电动汽车动力性能参数匹配设计

王旭彤，于士军

（1.德州学院 生命科学学院，山东 德州 253023；2.德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253023）

电动汽车动力性能参数匹配设计

王旭彤1，于士军2

（1.德州学院 生命科学学院，山东 德州 253023；2.德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253023）

以零排放、噪声低、环保等优点而得到大力推广的电动汽车为研究对象，对其动力传动系统的参数进行分析研究，根据对电动汽车加速、爬坡等动力性能要求，以及整车参数和经济性等要求，对电动汽车传动参数的进行了选择、匹配，通过对其进行仿真和实验，对参数进行了优化，使其参数匹配均能满足初始设计要求，验证了匹配和优化的可行性。

电动汽车；传动系统；参数匹配

汽车的使用为人们在出行带来了极大地便利，但同时随着汽车保有量的不断累积，能源的消耗、环境污染等问题也随之而来。电动汽车的出现在很大程度上可以有效减少石油资源的消耗，同时其零排放的特点也减少了对大气的污染。所以发展电动汽车日渐受到各国汽车业界的青睐和重视。但是电动汽车续航里程较短制约了电动汽车的推广。通过对动力系统的参数进行合理的选择、匹配，并进行仿真和实验，对各项参数进行优化，有效提升电动汽车的整体性能。

1 电动汽车车型参数及动力性要求

动力传动系统是电动汽车的动力源，其性能决定了电动汽车的综合性能。合理的动力系统参数匹配对于电动汽车的动力性能具有至关重要的作用，同时可以极大地缩短汽车的开发周期，降低研发成本，汽车质量可以获得很好地保证。

对于电动汽车来说，其动力性能的评价指标包括：汽车的最高车速、最大爬坡度和加速性能。整车参数及对动力性的要求如表1所示。

表1 整车参数及动力性要求

2 动力传动系统参数匹配

2.1 电机传动参数匹配

电机是电动汽车动力系统动力装置，其性能将对电动汽车的动力性有直接影响。电动机所选择的功率越大，汽车的动力性就越好，但电机的体积和质量也将变大，效率也不高。要求在电动汽车的起步、加速、爬坡等不同工况行驶时，提供合理的性能参数。因此需要确定的参数主要有额定功率、峰值功率。其峰值功率对汽车的动力性能有较大影响，而电机额定功率决定了能否满足长时间的连续高效工作。

（1）电机额定功率的确定。所选电机额定功率由最高车速确定。

其中，m为整车总质量，kg；g为重力加速度，m/s-1；f为滚动阻力系数，用功率平衡法测得滚动阻力系数为0.015；CD为空气阻力系数，取0.33；A为迎风面积，取1.8m2；umax为最高车速，取100km/h，ηT为传动系统效率，一般可取0.85。

（2）电机峰值功率的确定。整车的爬坡工况下的工作性能决定了电机峰值功率Pmax的选择。电机峰值对汽车的动力性能有直接影响。峰值功率由下面公式确定：

αm为爬坡度，取0.25；ua为爬坡时车速，取30km/h。

2.2 电池组的确定

电动汽车电池可以分为两大类，蓄电池和燃料电池。对于纯电动汽车来说，蓄电池比较适合，种类包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、锂电池、空气电池。燃料电池是专用于燃料电池电动汽车的一种电池，包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池等。锂电池所具有的比能量高、比功率高等优点，非常适合用在纯电动汽车上，所以选择锂电池作为电动汽车的能源装置。

（1）电池组总电压的计算。采用如下公式进行计算：

式中：U为蓄电池电压；Ue是电机额定电压，选择常州汇恩机电科技有限公司15kW电机，额定电压为110V；Pmax是电机峰值功率；R是蓄电池内阻，一般取0.2Ω。一般单组电池电压有12V、24V、48V等，所以总电压可选为120V。

（2）电池组容量。电机最大功率来确定的电池组数目n1为：

其中，Pmax为电机峰值功率，P为单个电池输出功率，ηe为电机及控制器效率。

根据续驶里程匹配出的电池组数目n2为：

其中，W为电动汽车每行驶一公里所消耗的能量，L为电动汽车的续驶里程，Ub为单体电池的电压，Cb为单体电池的容量，ηe为电机及控制器效率。

表2 电池参数

2.3 传动比的确定

电动汽车传动系统传动比的上限由最大转速和最高行驶速度决定，最高车速行驶时，用最小传动比挡位工作，以最大爬坡度行驶时，用最大传动比挡位工作。因此，传动比参数的选择要满足电动汽车的最高车速和最大爬坡度。

传动系统传动比的上限为：

其中，nmax是最高转速，r/min；Umax是最高速度，km/h；r是车轮滚动半径，m。

传动系统传动比的下限为：

其中，Tmax是电机输出最大转矩，N/m。

主减速器取3.63。

电动汽车传动系统匹配参数如表3所示。

表3 电动汽车传动系统匹配参数

3 仿真分析

依据之前确定的各项参数，利用ADVISOR软件搭建仿真模型，并选择在ECE工况下进行仿真，仿真结果如图1、图2所示。

图2 SOC与时间的关系曲线

从以上仿真结果可以看出，最高车速达到了110km/h，0～50km/h加速时间为9s，在30km/h的速度下最大爬坡度为23%。仿真结果表明，匹配出的传动系统各项参数符合电动汽车的动力性及经济性要求。

4 结语

根据汽车动力性和经济性的要求，对电机、电池组及传动比等参数进行了匹配，利用ADVISOR软件建立了整车模型并进行了仿真，仿真结果表明，匹配参数符合要求。

M atching Design of Dynam ic Performance Param eters for Electric Vehicles

WANG Xu-tong1，YU Shi-jun2
（1.College of Life Sciences，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China；2.College of Automotive Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

In this paper，the electric vehicle of the powertrain system with the advantages of zero emission low noise and environmental protection is taken as research subject,whose powertrain parameter is studied.According to the dynamic performance requirements of electric vehicle acceleration and climbing，parameters and economy，the parameters of the electric vehicle are selected and matched.The parameters are optimized and the parameters are matched to meet the initial design requirements.The matching and optimization feasibility of the parameters are verified.

electric vehicle；transmission system；parameter matching

U469.72

A

2095-980X（2017）06-0065-02

2016-05-24

王旭彤（1996-），主要研究方向：生物工程。