纯电动厢式运输车动力系统匹配

崔梦谦 李金勇

天津科斯特汽车技术有限责任公司 天津市 301709

1 引言

动力系统是汽车的动力来源，对汽车的性能有着决定性的影响，本文对纯电动厢式运输车动力系统的匹配过程做了简要总结。

2 纯电动厢式运输车动力系统的组成

动力系统主要由以下零部件组成：

（1）驱动电机；

（2）减速箱；

（3）动力电池。

3 方案介绍

3.1 方案概述

（1）在汽油车基础上，用纯电动驱动系统取代燃油动力系统；

（2）开发减速箱，中置后驱改为后置后驱；

（3）转向助力改为电动系统（电动液压泵）；

（4）增加电动水泵；

（5）增加电动真空泵；

表1 车速与电机功率对应关系

（6）改制原汽油车车身以安装纯电系统零部件；

（7）改制原车线束。

3.2 设计目标

（1）30min最高车速，85km/h；

（2）加速性能，0-50km/h，小于10s；

（3）爬坡能力，大于15%；

（4）保证车辆在纯电池驱动时，60km/h匀速行驶里程不小于200km。

4 动力系统主要零部件选型

4.1 驱动电机的选型

电机的选择需要考虑整车性能的需求，功率既不能选的过大也不能选的过小，功率太小，纯电动汽车动力不足，不能达到预期的性能要求；功率选的过大，则会造成整车效率偏低且车轮容易打滑。总之，电机的选择应能够同时满足对最高车速，加速性能和爬坡性能的要求。同时，电机的尺寸和重量也需要方便电动汽车的布置与配重要求。

由于纯电动车需要满足整车的性能指标，所以，根据最高车速和加速度两个方面初步选择驱动电机。

车速与驱动电机功率的对应关系见表1。

根据设计目标及表1初步确定驱动电机的参数见表2：

表2 初步确定驱动电机的参数

4.2 动力电池的选型

三元锂电池持续放电≤3C；最大为5C，放电时间不超过3分钟。初选单体容量为25.5Ah的电池，成组方案为25.5Ah 6并，9 6串，电池组3 C放电时功率为159kW。动电机额定功率为40kW，最大功率为80kW。25.5Ah6并，96串电池满足驱动电机的要求。

4.3 减速箱参数的设计要求

减速箱用于转变驱动电机的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速为的不同要求的需要。用减速箱转变驱动电机转矩、转速的必要性在于电动机转矩、转速变化特性的特点是具有相对小的对外部载荷改变的适应性。

为保证减速箱具有良好的工作性能，对减速箱提出如下设计要求：

（1）此减速箱为 一级 减速箱，速比为1.8；

（2）最大输入转矩：250Nm，最大输入转速：6000rpm；

（3）最大输出转矩：450Nm，最大输出转速：2778rpm；

（4）布局：输入输出端再同一侧（可参考上面动力传动链布局图）

（5）中心距：245mm

（6）减速箱输入轴与电机输出轴连接方式：花键连接；

（7）减速箱壳体与电机壳体连接方式：端面连接；

（8）润滑方式为油池润滑；

（9）噪声要求：符合手动机械变速箱的噪声标准；

（10）工作环境温度：-40℃～45℃。

表3 初步确定动力电池的参数

5 车辆动力性能仿真计算

5.1 车辆基本参数

汽车整备质量m1（kg）：2030

汽车满载质量m2（kg）：3030

汽车试验质量m3（kg）：2530

空气阻力系数CD：0.55

汽车迎风面积A（m2）：3.83

滚动阻力系数f 0.02

传动效率ηT =0.9

车轮滚动半径r（m）：0.317

后桥主减速比：4.556

减速箱减速比：1.8

5.2 使用matIab软件进行车辆动力性仿真

计算机仿真可快速、准确的计算车辆的动力性，提高了动力性匹配的效率。

本文使用matlab软件对车辆动力性进行建模与仿真，分析、确定车辆动力系统各零部件的参数是否满足车辆动力性要求。

5.3 仿真结果

（1）30分钟最高车速

按电机额定功率，30分钟最高车速可达到93.85 km/h，如图1所示。

图1 功率和车速对应关系

按电机最高转速最高车速为87km/h，

满足设计要求（≥85 km/h）。

（2）最大爬坡度

满载最大爬坡度：16%，如图2所示。

（3）加速时间

0-50km/h加速时间为9.5s，如图3所示。

（4）60km/h匀速行驶续驶里程：

53.6*0.8*0.95/11.5*60=212.5km

注：

（1）动力电池能量为53.6kwh；

（2）可使用电量为80%（SOC剩余20%）；

（3）低压（12V）电气系统耗电5%；

（4）60km/h匀速行驶需求功率为11.5kw。

图2 爬坡度和电机转矩对应关系

图3 加速时间和车速对应关系

5.4 仿真分析结论

5）30分钟最高车速：87 km/h，满足设计要求（≥85 km/h）；

6）最大爬坡度：16%，满足设计要求（＞15%）；

7）0-50km/h加速时间为9.5s，满足设计要求（≤10s）；

8）6 0 k m/h匀速行驶，续驶里程212km，满足设计要求（≥200km）；

6 动力系统匹配结论

（1）驱动电机参数满足车辆动力性能要求；（2）减速箱参数满足车辆动力性能要求；（3）动力电池参数满足车辆动力性能要求。