纯电动C照教练车动力电池匹配设计及性能仿真研究

王荣兵

摘要：由于经济的发达，汽车已成为家庭生活的必需品，那么就需要学习驾驶技能，就需要用于训练用的汽车。当前用的最多的驾驶训练车仍是燃油的，但限于学员水平和场地的原因，致使发动机长期处于低负荷、低档位、低速运行，这样既造成高油耗又带来严重排气污染。由于电动汽车的诸多优点，有必要对教练车进行油改电。本文在元件选择的基础上，进行动力电池的匹配设计并进行仿真实验，以求该方法可行。

Abstract： As a result of the developed car driving skills， it has become a necessity for family life. At present， the most used driving training vehicle is still fuel， but is limited to the level of trainees and venues， resulting in the engine in low load， low gear， low speed for a long time， which not only causes high fuel consumption but also brings serious exhaust pollution. Due to the advantages of electric vehicles， it is necessary to change fuel to electricity for coach cars. In this paper， based on the selection of components， the matching design of power battery is carried out and the simulation experiment is carried out to make the method feasible.

关键词：电动;动力电池;仿真实验

Key words： electric;power battery;simulation experiment

中图分类号：U469.72                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）22-0206-04

1  概述

当地驾培行业绝大部分使用桑塔纳轿车，因此本文以SANTANNA LX为研究对象，但底盘部分仍采用原车的系统。现把选用车辆（SANTANNA LX）的动力性能指标做三点设定：①最高车速为40km/h;②最大爬坡度为15%;③忽略整车的加速度。

1.1 选择的原车的基本技术参数如表1、表2所示

1.2 所选电机的参数

选用的电机参数如表3所示。

1.3 所选的电机控制器

通过计算选定了该车的串励直流电动机的功率为4.5kW，能量电池的电压为48V。对其具体的要求如下：

启动开关位于不同档位，车辆状态：①启动开关置于ACC位时，全车附属电器元件处于带电工作状态;②启动开关打到ON档，点亮仪表;③启动开关位于启动档后自动回位，电机开始怠速转动。

不同运行工况下，车辆状态：①整车怠速运转时：在驾驶员的操控下，电动机立即旋转，但整车静止不动;②整车起步、行车时：与燃油汽车不同的是接受型号和发出指令的单元不是电脑而是控制器;③整车减速时：只需向控制器發出刹车信号。

如何操控车辆：①若遇一脚油门时，会导致线圈内的电流短时间内大幅增加，所以应该采用相关的措施保护电器元件的安全性;②若同时踏下油门和离合器踏板，此时控制器忽略油门踏板信号;③整车启动后，若不小心踏下油门或制动踏板时，整车保持静止不动;④若要使整车起步平顺，应使其速度稳步增加;⑤行车中，若触发刹车信号，整车应减速甚至停车。

占据纯电动汽车电气系统的心脏部件是控制系统，此系统既能管理车载能源又能利用传感器检测的数据信号控制电动机的工作。现在，虽然控制器的生产商较多但其电路的基本原理基本相同，所不同的是由于选用的主要控制芯片和周边元件的性能优劣导致控制器的性能也就有了差别。

出于对性价比、效能及安装的简便性考虑，本文选的控制器型号为1204M-5301G48。对使用3千瓦采用串励的驱动电机来驱动的电动汽车来说，选用此型号的控制器比较合适。

2  动力电池

2.1 动力电池的选择

能源电池性能的优劣决定了电动汽车的全车动力性，因为电动机是靠电池的电能产生磁扭矩来工作的。衡量电池性能好坏的指标主要有比能量、使用循环寿命、比功率、及能量密度等。

通过大量的调研，所选3D-250型铅酸动力电池的主要参数指标如表4所示。

由于我们选择装车使用的电动机型号为XQ-4.5-2，45V是其供电电压，故将串接8个模组的选用电池作为整车的动力源。

2.2 动力蓄电池参数计算

2.2.1 动力蓄电池组电压

所选电机的额定电压决定了电池模组的总电压，电压值高于或是低于其正常值均能影响整车性能。因此，就驱动电机的功率，尽可能的使用电压值高的电池组。所选电机的额定电压为45V，故电池模组的总电压为45V。最终，选用镇江市天源蓄电池有限公司生产的单体电池电压为6伏，容量250安时的铅酸动力电池，具体型号是3D-250型。

2.2.2 电池数目

能源系统中电池的个数应与整车的连续驶里程数、加速度及爬坡度等性能的要求相匹配。所有单个电池串接在一起，向电动机供电，所用电池的个数为N。

①根据动力性要求，确定单体电池的数量。

②驱动电池模组数量的计算（按照满电状态下，一次连续行驶的里程）。

最终，选用的铅酸电池单体数共8个，型号为3D-250型，通过串接使其总电压为48V。

2.2.3 电池能量

平均车速决定了连续行驶的里程数，其计算公式为：

本设计中，通过在教练场地工作调研和查阅已有资料，得知，教练车跑一天的续驶里程为137.91km。将V平均=12814km/h;P1=2.6kW;S=137.91km代入式（3）、式（4），得电池能量为W1=12814Wh。所选择的动力蓄电池能量应满足W？叟W1=12.814kWh。

2.2.4 电池容量

电池的电量与电能用其容量与能量来表示，电动汽车的连续行驶里程数由其值的大小决定。电池容量Q计算公式为：

2.2.5 循环次数

动力电池能够循环使用的次数称为使用循环寿命，一次循环是指电池由充满电到放完电的这一个过程，其循环次数决定寿命长短。选3D-250型铅酸蓄电池为电动车用电池，数量为8个，且采用串联的方式连接安装，其使用的循环次数在450次左右，总的额定电压为48V，动力电池组容量Q为2000Ah，与计算要求相符合，同时满足能量大小的要求。

3  主、从带轮和皮带的设计

由于保留了原来燃油教练车的底盘系统。所以皮带轮设计如下：

4  纯电动C照教练车的实现流程

将燃油教练车改装为电动c照教练车的主要工作流程如图1所示。

5  纯电动C照教练车性能仿真

5.1 系统模型的建立

利用软件，建立系统的总体模型，如图2所示。

5.2 最高速度性能仿真

在上述的基础上，将相关数据输入，进行仿真，具体如下：

5.3 爬坡性能仿真

①仿真条件参数的设定输入及结果。（图8）②如最高车速性能仿真，输入相关的设计参数。③通过仿真，得到相应车速曲线图和驱动阻力特性图。（图9、图10）

5.4 性能仿真结果

通过仿真实验，设计参数基本满足，实现了设计的预期目標。

6  总结

本设计在SANTANA LX场地教练车的基础之上，结合驾驶员训练场地的特点，将传统燃油教驶训练车进行了动力电池匹配设计。通过参数选择和性能仿真实验，所得结果实现了预定的目标，然而还是有诸多需要该进的地方，如：①皮带连接虽然可以起到过载保护的作用，但其打滑的同时造成传动效率的下降，而且易于磨损。②电动机在行车过程中冷却不够致使车辆连续行驶的里程数缩短，因此在以后的设计中应对电机的选用和冷却问题考虑周全。③无动力转向系统，增大了驾驶的疲劳性，在以后的设计中应进一步完善，以降低驾驶的强度。④本设计所用电池为铅酸蓄电池，然而由于其结构和性能上的缺点，应选更好的锂电池作为电动车用电池组。

参考文献：

[1]洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真[Ml.北京：机械工业出版社，2010.

[2]冯镇，余曼，成振坤.电动教练车的研制与动力性能试验[J].扬州大学学报，2012.

[3]范钦满，包旭.电动教练车驱动电机功率匹配设计[J].科技信息，2013.

[4]马文胜.燃油教练车电动化技术研究[J].河北科技大学，2017.