新能源汽车
纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配
张 珍 陈丁跃 刘 栋 (长安大学 ,西安 710064)
【摘要 】 文章系统地介绍了纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车性能要求进行主要参
数的设计及匹配 ,并通过对具体车型的计算 ,进一步探讨了主要参数的确定 。
【Ab s tra c t】 Choice of the main components of the power train system of electric vehicle and de2 sign and matching of the main parameters according to requirement of m ain performance are intro2 duced. Confirmation of the m ain parameters is further discussed through the calculation to the specific veh ic le.
ig3 = 1。
3 结语
EV 驱动系统主要参数是由汽车行驶时车速 、 加速度 、爬坡度及所消耗的能量出发推导计算得 到的 ,理论上 ,它的动力性 、续驶里程都应该可以 满足设计要求 。接下来的工作就是通过用仿真软 件 advisor对其进行仿真试验验证 ,进一步优化驱 动系统的主要参数 ,使得所设计的参数不但满足 动力性及续驶里程的要求 ,还要满足汽车经济性 的要求 。
经计算得 P1m = 12. 67 kW ; P2m = 43. 26 kW ; P3m = 77. 14 kW。
EV 的电动机额定功率要选取公式 ( 1) 、( 2) 、
( 3)中较大者即 Pm = P3m = 78 kW。 由于 EV 所用的电动机具有较大的过载能力 ,
最大功率可达额定功率的 5 倍左右 [ 5 ] 。因此 ,按
4 刘清虎 ,郭孔辉. 动力参数的选择对纯电动汽车性能的影 响 [ J ]. 湖南大学学报 (自然科学版 ) , 2003, 30 (3) : 62264.
5 肖平 ,冯能莲. 电动汽车用驱动电机控制系统研究 [ J ]. 北 京汽车 , 2009, (3).
6 余志生. 汽车理论 [M ]. 北京 :机械工业出版社 , 2009. 7 李国良 ,初亮. 采用交流感应电机的电动汽车传动系统合 理匹配 [ J ]. 吉林工业大学自然学学报 , 2006.
本文由电动机最高转速和最高行驶车速确定
最大传动比 。
it max = ig1 ×i0 = 0. 377 ×RT ×N e max /Vmax
(6)
RT 为车轮滚动半径为 0. 283 m。
本文由电动机最高转速对应最大输出扭矩和
最大行驶 车 速 对 应 行 驶 助 力 确 定 传 动 比 的 最 小
值 。即 :
池的功率 。选择原则是蓄电池的功率在满足使用
要求的前提下应尽可能取小。本文选用 Ovonie公 司研制的镍 —氢电池 ,比电容为 250 Ah, 比电 压 112 V ,比能量达 80 W h / kg,比功率为 230 W / kg。
蓄电池提供的能量必须保证 EV 的最大耗能 及一定的行驶里程 。所以要求电池的数目必须满
参考文献
1 Mehrdad Ehsani, Yim in Gao, A li Emadi. Modern electric \ hy2 bird electric and fuel cell vehicles. CRC Press, 2009.
2 王刚 ,周荣. 电动汽车充电技术研究 [ J ]. 农业装备与车辆 工程 , 2008, ( 6) .
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新能源汽车
匀速模式选择的电动机功率完全能够满足加速模
式下动力性能的要求 。
参考电工手册选择交流电机参数 : 额定功率 = 30 kW ;额定电压 = 220 V;最大电流 = 180 A;过 载系数 λ = 2. 6;最高转速 9 000 r/m in。 2. 2 蓄电池的选型及其参数的选择 2. 2. 1 蓄电池的选型
1 600 1 350 0. 01 1. 89 0. 2 0. 283 不小于 150 ≥100
7 30
图 2 储能装置的结构形式
2 主要部件的选型及主要参数的确 定
EV 驱动系统的关键部件为 :电动机 、蓄电池 、 变速器等 ,这些部件类型的选择及参数设置直接 决定着 EV 的动力性和续驶里程等主要性能 。 2. 1 电动机的选型及其参数的设计
【主题词 】 纯电动汽车 驱动系统 参数设计
0 引言
配 。鉴于目前国内对 EV 研究的现状 ,本文研究是 建立于传统汽车驱动系统基础上 。
纯电动汽车 ( EV )是当前研制取代内燃机汽 车的首选车型 ,前景广阔 。目前 ,我国的 EV 大都 建立在改装车基础上 ,其设计是一项机电一体化 的综合工程 [ 1 ] 。改装后的 EV 高性能的获得并不 是简单地将内燃机汽车的发动机和燃油箱换成电 动机和蓄电池便可以实现的 ,它必须对储能装置 、 动力装置及变速器 、减速器等参数进行合理的匹
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3 600
76 140
(2)
P3m ≥ m ×g ×f ×Va + CD ×A ×V3a +
3 600
76 140
δ ×m 3 600
d uV dt
a
÷ηt
(3)
式中 : Vmax = 110 km / h; m a = 1 600 kg; CD = 012; Va = 30 km / h;ηt = 0. 9;α = arctan0. 30;δ为汽 车旋转质量换算系数 。
it m in = ( m ×g ×f + CD ×A × Vmax2 ) RT /
(ηt TV max )
(7)
式中 , TV max为电动机最高转速对应的输出扭 矩 (Nm ) 。
传动系的传动比 it ∈[ it m in , it max ] 经计算得 1. 33≤it ≤8. 73,暂定变速器最高档 的传动比为 1,暂取主减速器的传动比 i0 = 4132。 2. 4 变速器的选型及其速比的确定
参考文献
1 姜辉. 电动汽车传动系统的匹配及优化 [ J ]. 哈尔滨工业大 学 , 2006.
2 陈清泉 ,孙逢春 ,祝贺光. 现代电动汽车技术 [M ]. 北京 : 北京理工大学出版社 , 2004.
3 Ehsani M , Rahmann K. M , Toliyat H. A. Propulsion System Design of Electric Vehicles[ J ]. IEEE, 1996, ( 1) : 7213.
电动汽车对蓄电池的基本要求 :比能量高 、充 电时间短 ;连续放电率高 、自放电率低 ;安全可靠 、 寿命长 、制造成本低 。
蓄电池中的镍 —氢电池具有很好的耐过充电
特性 ,良好的使用安全性和充放电效率 。本文选 用镍 —氢电池作为储能装置 。
2. 2. 2 蓄电池额定功率及电池数目的确定 [ 7 ] 根据电动机驱动汽车时需要的功率 ,确定蓄电
电机驱动能 。其中 作为 EV 动力核心的牵引电机又决定了驱动系统 的性能 ,是电动汽车的“心脏 ”。 2. 1. 1 电动机的选型
电动机的选择要满足 EV 对电动机性能的要 求 :高电压 、高转速 、质量轻 ;电动机具有较大的起 动转矩和较宽的调速性能 ; 高效率 、低能耗 、实现
本文采用某电动汽车的部分技术参数如表 1。
表 1 电动汽车的部分技术参数
最大质量 ( kg) 整车整备质量 ( kg)
滚动阻力系数
迎风面积 (m2 ) 空气阻力系数 轮胎滚动半径 (m ) 续驶里程 ( km ) 最大期望车速 ( km / h) 加速时间 (10～48 km / h) ( s) 最大爬坡度 (30 km / h) ( % )
足上述两种情况 。即 :
Pb maxN 1 ≥ηPeηmax
(4)
e ec
CsVsN 2 ≥1 000 LW
(5)
式中 :
Pe max
= 2E20 9R int
;ηe
= 0.
9;ηec
= 0.
9; N 为电
池数目 。
经计算得 N1 ≥21. 801; N2 ≥15. 893,所以电池 数目取 22。 2. 3 主减速器速比的确定
电动机额定功率可根据 EV 的最高行驶车速 、
爬坡和加速性能来确定 [ 3 ] [ 4 ] 。建立电动机额定功
率的数学模型 :
P1m ≥
m a ×g ×f ×Vmax + CD
×A ×Vm3 ax
÷η t
3 600
76 140
(1)
P2m ≥
ma
×g ×f ×Va
×co sα
+
3 600
m a ×g ×Va ×sinα + CD ×A ×V3a ÷ηt
3 徐性怡. 电动汽车用电机控制器的设计方法与实践 [ J ] , 2009, (6).
4 姬芬竹 , 高峰. 电动汽车传动系参数设计及动力性仿真 [ J ]. 北京航空航天大学学报 , 2006.
5 赵云. 电动汽车结构布置及设计 [ J ]. 汽车电器 , 2006.
收稿日期 : 2010 - 05 - 05 上海汽车 2010108
变速器应该满足操纵简便 、起步平稳 、无换档
冲击 、振动和噪声小 、舒适性好等优点 。
EV传动比的选择应该满足最高期望车速 、最
大爬坡度以及对加速度时间的要求 。本文采用的
变速器选择完全按等比数列分布的 3 档变速器 。
即:
ig1 / ig2 = ig2 / ig3 = q