基于ADVISOR设计的双电源系统

2018-10-21武玉慧马国清于汶阳田元青张军

汽车实用技术 2018年17期

武玉慧马国清于汶阳田元青张军

摘要：文章在现有动力电池的性能基础上，提出双电源系统优化电动汽车的动力性能。双电源系统主要包括主电源模块和副电源模块，主电源模块给驱动电机供能，副电源模块主要给汽车电器系统供能。以北汽的EU260纯电动汽车参数为基础，设计了双电源系统，并且利用ADVISOR软件验证其动力性能，结果表明该方案可有效地提升纯电动汽车的动力性能。

关键词：双电源系统；纯电动汽车；动力性；ADVISOR

中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2018）17-09-03

Abstract： Based on the performance of existing batteries， this paper proposes a dual power system to optimize the dynamic performance of electric vehicles. The dual power system mainly includes a main power module and a sub power module. The main power module mainly supplies power to the drive motor， and the auxiliary power module mainly supplies power to the automobile electrical system. Based on the parameters of BAIC motors EU260 pure electric vehicle， a dual power system was designed and its dynamic performance was verified by ADVISOR software. The results show that the scheme can effectively improve the dynamic performance of pure electric vehicles.

Keywords： dual power supply system； pure electric vehicle； ADVISOR

CLC NO.： U469.7 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-09-03

前言

2016年中國汽车工程学会年会上发布了《节能与新能源汽车技术路线图》，标志着我国新能源汽车产业进入快速的发展时期。到2018年国家“双积分”政策的实施，纯电动汽车作为未来纯净能源汽车的代表，其发展前景备受关注。但是就目前而言，纯电动汽车的性能依然受制于动力电池。在上述技术线路图的“1+7”总体框架中，将纯电动汽车列为重点的发展对象。

对于现在纯电动汽车而言，动力电池是其整车的能量来源。动力电池性能的好坏将直接影响整车的性能，电路布局也会对汽车性能产生影响。虽然近几年中动力电池的发展比较迅猛，最明显的是三元锂电池的普及应用，可现在纯电动汽车的续航性能依然无法达到传统燃油车的程度。本文将通过优化电池能量供给方案，合理利用汽车电池组的有限能量，提升汽车的动力性能。

双电源系统的设计构想来源于夏天驾驶汽车的感受，当车内空调开启时，传统汽车的动力性能明显降低。对于纯电动汽车影响更为严重，为此很多司机在开车时，不敢开启空调，背离驾驶的乐趣。因此，设计双电源系统改善驾驶体验，提高动力性能。

1 双电源系统设计方案

驱动电机的能量来自于主电源模块，而副电源模块的功能是为汽车电器提供能量。当主电池组的电能充足时，副组件不会为驱动电机提供能量。但是当主电池模块电能不足时，其副电池组就会相应的参与驱动电机能量供给，这时主、副电池模块将同时提供能量供给驱动电机。通过使用主、副电池模块方案，在行车使用汽车电器时，驱动电机的能量并不受干扰。这样可以提高汽车行驶的平顺性，避免使用汽车电器影响汽车的驱动性能。在充电方式上，主电池模块供电来自于外部充电补给，而汽车制动时的回收能量将会补充给副电池模块，若未充满时将由外部充电装置补给。结构如下图1所示。现在三元锂离子动力电池的设计充电寿命在1500次左右。在驶过程中，通过实时地将制动反馈的能量储存于副电源模块中，既可以避免主电源模块放电的同时又要被充电，也有利于动力电池放电过程中，动力电池的能量均衡便于控制，其寿命会得到保护。

主电池模块的能量供给于驱动电机，则主电池组的所需的放置空间需求也比较大。为提高汽车的操纵性能，降低其车辆的质心高度，将主电池组放置于汽车底盘上。而副电池组的体积比较小，由于使用条件决定，要便于更换，则将其放置于其车前舱。其布置图如下如2所示。

2 电池模块方案设计

2.1 主电池模块方案设计

为了便于比较其性能优势，设计过程中将采用下表1、2为北京汽车的EU260的整车参数和驱动力参数。

根据这两个表的数据要求，设计汽车所需的电源模块的参数，其设计性能必须满足于其经济性能。

表1 EU260整车参数

表2 EU260驱动力参数

由于主电源的能量用于驱动电机的日常行驶，因此根据60km/h等速工况法可计算出主电池的容量。第一步先推算出等速60km/h时所需的功率，根据公式如下：

式中：Pb为等速功率，单位kW；ub取为60km/h；ηT为传动系机械效率，本文中取为0.9；m为汽车满载质量，单位kg；CD为空气阻力系数；A为迎风面积，单位m?。

根据上文的数据计算的，Pb=8.19kW。

第二步计算主电源的需求能量，计算公式如下：

式中：s为汽车等速行驶里程，单位km；W为主电源能量容积，单位kW·h。

根据上述参数，计算的W=31.9kW·h。根据上文中计算所得出数据，选择233V的平台为驱动系统的额定电压，最终电池容量为160Ah。本文中采用的18650锂电池，单节电芯容量为2.0Ah，3.7V为额定电压，所以主部件的形式为63并80串，采用5040颗电芯。最终W取其能量为37.2 kW·h。

2.2 副电池模块设计

副电源模块主要供电于车载辅助电器，车载空调可以说是车载附件中电量消耗最大的部件。在设计副电源部件时，最低的要求是满足车载空调的使用，对于传统汽车，其车载空调无需制热，纯电动汽车中并不具备这样的条件也就相应的增加了副电源组容量。不管制冷或制热都通过空调进行，则车载空调的使用需求量就会加大，在设计副电源组时，应着重注意这一方面。

北京汽车公司的纯电动汽车的车载附件将只会设计车载空调和车灯等基本部件。其不同车所载的辅助电器部件不同，但是其计算方法与如下相似。车载空调的功率一般在2kW左右，设定44.4V為副电池组的额定电压，则副电池组的容量应大于47.6Ah。为满足于车载设备的需要，设定副电池组的容量为50Ah。综上，副电池组的形式为12并25串，一共采用360颗电芯。计算的副电池模块的W=2.22kW·h。

3 实验验证

上述通过计算得出主电源的容量37.2kW·h，副电源的容量W=2.22kW·h，其一共所需39.42 kW·h。然而其北汽的纯电动汽车的电池容量为41.4 kW·h。在电池方面，新的结构方案在满足其性能的前提下具有更大的经济性能。

本文中采用ADVISOR软件进行验，ADVISOR软件中并不具备其相应的模型。根据相应的数据重新编写M文件。在添加负载的情况下，根据ECE-EUDC循环工况测定，其相应参数的结果如下图3。

通过循环工况运行图可以看出，该车可以跑完25个ECE-EUDC循环工况，可以证明该车的续航里程超过北汽的纯电动汽车。通过仿真结果图3，整理数据如下表3。

通过表3可以清晰的看出，双电源系统方案的性能优势比较明显。续航里程、最高时速和加速时间方面均有明显的提升。尤其在0～100km/h加速时间提高比较明显，这样可以提升驾驶体验。

4 结论

通过采用主、副电源模块供给能量，在其负载开启时，其加速性能并不受影响而且其加速性能得到提升，这说明双电源系统方案可以提升驾驶性能。

通过双电源系统方案，其主电源模块的电池并不会受能量回收的影响，充放电过程得到较好的保护，并且在保持原电池能量大小的前提下，其驱动能力的得到提升。

参考文献

[1] 黄志坚，电动汽车.结构·原理·应用.[M]北京：化学工业出版社. 2014.

[2] 胡骅，宋慧.电动汽车.[M]北京：人民交通出版社，2012.

[3] 曾小华，宫维钧.ADVISOR 2002电动汽车仿真与再开发应用[M]北京：机械工业出版，2014.