纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配

纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配

张珍

（长安大学）

摘要：本文系统的介绍了纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车主要性能的要求进行主要参数的设计及匹配，并通过对具体的车型的计算，进一步探讨了主要参数的确定。

关键词：纯电动汽车(EV) 驱动系统参数设计

1、前言

纯电动汽车(EV)即蓄电池电动汽车是“零污染”的绿色环保交通工具，它没有噪声和振动、操作性能好等远远优于内燃机汽车。EV是当前开发和研制取代内燃机汽车的首选车型，其前景广阔。

目前，我国的EV大都建立在改装车的基础上，其设计是一项机电一体化的综合工程。改装后的EV高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和然油箱换成电动机和蓄电池便可以实现的，它必须对储能装置、动力装置及变速器、减速器等参数进行合理的匹配。鉴于目前国内对EV研究的现状，故本论文的研究建立在传统汽车驱动系统的基础上。

2、电动汽车的驱动系统的基本结构

本文研究的EV的电力驱动结构形式如图1所示

图1 电驱动的形式

C——离合器；D——差速器；GB——变速器；M——电动机

3、主要部件的选型及主要参数的确定

EV 驱动系统的关键部件为：电动机、蓄电池、变速器等，这些部件类型的选择及参数设置直接决定着EV 的动力性和续驶里程等主要性能。

3.1电动机的选型及其参数的设计

3.1.1电动机的选型

电动机的选择要满足EV 对电动机性能的要求：①高电压、高转速、质量轻；②电动机具有较大的起动转矩和较宽的调速性能；③高效率、低能耗、实现制动能量的收回；④安全性必须符合相关部门的标准和规定。另外，电动机还要求可靠性好、寿命长；结构简单，适合大批生产，使用维修方便，价格低等。

3.1.2电动机额定功率的选择

本课题采用某电动汽车的部分技术参数如表1

表1 电动汽车的部分技术参数

电动机额定功率可根据EV 的最高行驶车速、爬坡和加速性能来确定[1]。建立电动机额定功率的数学模型：

t D a m V A C V f g m P η÷⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯+⨯⨯⨯≥7614036003max max 1 (1) t a D a a a a m V A C V g m V f g m P ηαα÷⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣

⎡⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯≥761403600sin 3600cos 32 (2) t a a D a m

V dt du m V A C V f g m P ηδ÷⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯≥360076140360033 (3) 式中： m ax V =100km/h ；a m =1600(kg)；D C =0.2；a V =30km/h ；ηt =0.9；

30.0arctan =α；δ —汽车旋转质量换算系数；

经计算得m P 1=12.67kw ； m P 2 =43.26kw ；m P 3=77.14kw 。

EV 的电动机功率要选取公式(1)、(2)、(3)中较大者即=m P m P 3=78kw 。 参考电工手册选择交流电机参数：额定功率=30kW ；额定电压=220V ；最大电流=180A ；过载系数λ=2.6；最高转速9000r/min 。

3.2蓄电池的选型及其参数的选择

3.2.1蓄电池的选型

电动汽车对蓄电池的基本要求：①比能量高、充电时间短；②连续放电率高、自放电率低；③安全可靠、寿命长、制造成本低。

蓄电池中的镍—氢电池具有很好的耐过充电特性，良好的使用安全性和充放电效率。本文选用镍—氢电池作为储能装置。

3.2.2蓄电池额定功率及电池数目的确定[3]

根据电动机驱动汽车时需要的功率，确定蓄电池的功率。选择原则是蓄电池的功率在满足使用要求的前提下应尽可能取小。本文选用比电容为250A ·h ，比电压1.2V ，比能量达80Wh/kg ，比功率为230W/kg 。

蓄电池提供的能量必须保证EV 的最大耗能并且保证EV 能够行驶一定的里程。所以要求电池的数目必须要满足上述两种情况。即：

ec e e b P N P ηηm ax

1m ax ≥ (4)

LW N V C s s 10002≥ (5)

式中： int

20max 92R E P e =；9.0=e η；9.0=ec η；N —电池组的数目。 经计算得1N ≥=21.801；≥2N 15.893，所以电池组数目取为22。

3.3主减速器速比的确定[2]

本论文由电动机最高转速和最高行驶车速确定最大传动比。

max 01max max /377.0V Ne R i i i T g t ⨯⨯=⨯= (4)

T R —车轮滚动半径为0.283m ；

本论文由电动机最高转速对应的最大输出扭矩和最大行驶车速对应的行驶助力确定传动比的最小值。即：

()

()max 2max min /v t T D t T R V A C f g m i η⨯⨯+⨯⨯= (5) 式中：max v T —电动机最高转速对应的输出扭矩)(m N ⋅

传动系的传动比],[max min t t t i i i ∈

经计算得1.33≤t i ≤8.73，暂定变速器的最高档的传动比为1，暂取主减速器的传动比0i =4.32。

3.4变速器的选型及其速比的确定[2]

变速器应该满足操纵简便、起步平稳、无换挡冲击、振动和噪声小、舒适性好等优点。

EV 传动比的选择应该满足最高期望车速、最大爬坡度以及对加速度时间的要求。本论文采用的变速器选择完全按等比数列分布的三档变速器。即：

21/g g i i =32/g g i i =q (6) 由公式(4)、(6)得1g i =2.02 ；=2g i 1.4213；3g i =1。

4、结论：

EV 驱动系统主要参数是由汽车行驶时车速、加速度、爬坡度及所消耗的能量出发推导计算得到的，理论上，它的动力性、续驶里程都应该可以满足设计的要求。接下来的工作就是通过用仿真软件advisor 对其进行仿真试验验证，进一步优化驱动系统的主要参数，使得所设计的参数不但满足动力性及续驶里程的要求，还要满足汽车经济性的要求。

参考文献

[1] Ehsani M,Rahmann K.M,Toliyat H.A.Propulsion System Design of Electric Vehicles.IEEE.1996,(1):7～13

[2]余志生. 汽车理论. 机械工业出版社.