基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析

基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析

摘要动力系统参数的选择与匹配对电动汽车的动

力性和经济性会产生很大的影响。文章在理论计算和系统分析的基础上，对电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配，分析了纯电动汽车动力系统参数的选择对电动汽车性能的影响。GT-suite 仿真结果表明，所选动力总成部件与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性的要求。为纯电动汽车动力系统参数选择与匹配提供了参考。

关键词电动汽车动力系统参数匹配动力性仿真

中图分类号：U463. 23 文献标识码：A

电动汽车是解决当前能源短缺和环境污染问题可行的

技术之一。电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，尤其是在我国，逐步向小批量商业化生产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。考虑开发经费和开发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是很有意义的。

1电动汽车动力系统参数要求电动汽车的动力性主要取决于动力及传动系统参数匹配，包括动力电池、驱动电机及传动系统控制器等部

件。

根据设计要求，本电动汽车设计参数为：最高车速

150km/h，最大爬坡度》30%，续驶里程》180km。0100km/h

的时间为： < 15s。相关的车辆参数为：汽车整备质量: 1600kg ;迎风面积：2.19m2;长？卓？赘呤滴？631?? 790??

470 m m ；轴距为：2650；滚动阻力为：0.0015；风阻系数：

0.296 。

2电机参数匹配电机作为电动汽车主要动力源，电机的匹配对电动汽车

性能起着关键作用。电机匹配主要考虑参数为电机的额定功率、峰值功率，电机的最高转速、额定转速。

2.1电机额定功率、峰值功率的选择电机功率的高低直接决定了汽车

动力性的好与坏。电机

额定功率越大，电动汽车的加速性能和最大爬坡度就越好，但是带来的是电机体积与质量的增加，而且此时电机不能保持在较高效率下工作，降低车辆的能量利用效率，缩短了汽车的续驶里程。因此，为了满足整车动力性能要求的同时，使车辆具备一定的后备功率。驱动电机的最大功率（Pemax）

必须满足最高车速时的阻力功率（Pe）、最大爬坡度时的功

率（Pa）及根据加速时间的功率（Pc）要求，即：Pemax> max[Pe ，Pa，Pc]。

Pe = （mgf + ）；

Pa = ( mgf + mg + );

Pc = ( m + mgf + );

umax 最高车速（km/h）; T 传动系机械效率; m 电动

汽车整备质量（kg ）；f 滚动阻力系数；CD 空气阻力系数；A

迎风面积（m2）；max 最大爬坡度（?埃?ui 车速（km/h ）；

ua汽车的加速末速度（km/h ）；ta汽车加速时间（s）;为汽

车旋转质量换算系数。

根据设计要求以及汽车参数带入公式可计算得

Pe=35kw ；Pa=37kw；Pc=47kw ；

电机的峰值功率与额定功率的关系为：P1= P2。

式中：P1电机额定功率（kW）;P2电机峰值功率（kW）;

电机过载系数。

驱动电机的过载系数通常根据其工作环境温度决定，如

果环境温度长期处于在40 度以上，只能按照额定功率使用，如果在20度左右，可以在1.2-2.5 内使用，如果工作在零度以下，可以将过载系数调至1.5-1.6，过高的过载系数会导致

绕组温度过高而烧毁，电动汽车的工作环境一般处于-10 C到

35C,将过载系数确定为2。根据Pe max选择驱动电机的峰值功率，本文选择P1=30 kW，P2=60 kW。

2.2电机额定转速和最大转速的选择驱动电机的额定转速（nb）和最

高转速（nmax）的选取

应符合驱动电机的转矩转速特性要求，如图1 所示，在启动

即低转速时得到恒定的最大转矩（Tmax ），同时在高转速时得到恒定的较高功率（wb ）。

nmax/nb= （电机扩大恒功率区系数）。增大值，可使

电机在恒转矩区获得较大的转矩，提高汽车的加速和爬坡性

能。但值过大，会导致电机工作电流和逆变器的功率损耗

和尺寸增大，因此值一般取2〜3。如果值处于此范围，仅需要一级减速，而本电动汽车满足此要求所以采用一级减速。

2.3 电机转矩制定

Tmax 选择依据要根据整车整备质量来确定，既要能满

足汽车启动的最小转矩Tmin 和最小设计加速度amin ，同时要结合传动系最大传动比（imax ）和最大爬坡度max 来确定。

式中：r 汽车轮胎滚动半径（m）；imax 传动系统最大传

动比，Tmin为需要最小转矩（N?m）;而结合公式本车型通

过仿真计算得到的电机最大扭矩为280Nm。

3电池组参数设计对于电动汽车，动力的直接来源是动力电池的电

能；电

动汽车的动力性能主要由整车参数、驱动电机性能、动力电池放电能力决定。因此，动力电池的能量输出直接决定了电动汽车动力性能。

3.1 由最大输出功率确定电池组数目（n）

电池单体数量的选择，基本要求是要满足电动机最大功

率的需求，本车采用的是三个电池组串联的方式

n=

式中： L 电动车续驶里程（ km ）；W 电动汽车行驶 1km

所消耗的能量（ kW ）；C 单节电池额定容量（ A?h ）；U 单节 电池电压（ V ）。

np 和 n 的较大值作为最后确定的电池组数目。

4 传动系参数设计 电动汽车的传动系参数匹配设计主要包括：变速器传动

比及挡位的确定和主减速器的匹配设计等。在电机定型之

4.2 最小传动比（ imin ）的确定

imin=0.37 ； 式中：nmax 为电机最高转速（r/min ）;r 为轮胎半径（m ）。

由于此电动汽车采用了单级减速比，所以本车需要兼顾

算出的最大、 最小传动比的值， 而本车的减速比选择为

8.28

。 5 动力性能仿真

性能指标要 后，传动系速比的匹配，主要取决于整车的动力性能指 求。 4.1 最大传动比（ imax ）的确定

由最大爬坡度和最大输出扭矩决定的 imax 为：

式中： Ttqmax 电机最大输出转矩（

N?m ）；

由电机最高转速和最高行驶车速确定的

imin 为：