蔣志偉

(江蘇林海動力機械集團有限公司，江蘇 泰州 225300)

微型電動汽車性能參數(shù)匹配與仿真

蔣志偉

(江蘇林海動力機械集團有限公司，江蘇 泰州 225300)

以林海某款微型電動汽車為例，按照性能指標要求，通過理論分析和計算來匹配電機和電池參數(shù)。最后通過仿真軟件Advisor進行仿真驗證，結果表明性能參數(shù)匹配合理。

微型電動汽車；參數(shù)；計算匹配；仿真

隨著能源和環(huán)境危機的加劇，電動汽車已成為未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向。其中，微型電動汽車因其輕便節(jié)能環(huán)保和能夠滿足日常出行需要，正在逐漸成為一種重要的交通工具。動力系統(tǒng)作為電動汽車的核心部分，其各部件間的匹配將直接影響汽車的性能、成本和經(jīng)濟性，因此對電動汽車的動力部件進行合理的參數(shù)選取與匹配非常重要[1-6]。

1 整車性能計算

1.1 整車參數(shù)及性能指標

電動汽車的動力性能主要由最高車速、加速時間和最大爬坡度三個指標來評定。

林海某款微型電動汽車的整車參數(shù)和性能指標分別見表1、表2。

表1 某款電動汽車的整車參數(shù)

參數(shù)名稱參數(shù)值整備質量/kg800滿載質量/kg1100額定載客/人4軸距/mm2170迎風面積/m223輪胎型號155/65R13減速比10

表2 某款電動汽車性能指標

指標名稱技術指標最高車速/km·h-1400～30km/h加速時間/s≤10最大爬坡度20%總續(xù)駛里程/km≥80

1.2 動力性能匹配

1.2.1 電機最高轉速

(1)

式中：u為車速(km/h)；rr為輪胎滾動半徑(mm)；i為減速比。

通過計算可得電機的最高轉速n=3 989 r/min。

1.2.2 電機額定轉速

在日常行駛過程中，考慮到車輛的實際使用情況及其經(jīng)濟性，通常以常規(guī)車速來確定電機的額定轉速。設定常規(guī)車速為30 km/h，通過計算可得電機的額定轉速n=2 986 r/min。

1.2.3 最高車速行駛所需功率

車輛在正常道路上以最高車速行駛時，需要克服的阻力有滾動阻力和空氣阻力。所需功率P1為：

(2)

式中：η為傳動效率；m為整車質量(kg)；g為重力加速度(m/s2)；f為輪胎滾動阻力系數(shù)；umax為最高車速(km/h)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為車輛的迎風面積(m2)。

通過計算可得所需功率P1=2.4 kW。

1.2.4 最大爬坡時所需功率

根據(jù)國家標準GB/T 18385-2005《電動汽車動力性能試驗方法》[7]所規(guī)定的爬坡性能來計算電機所需要的功率，車輛的最大爬坡度應不低于20%。在計算最大爬坡行駛功率時忽略了加速阻力功率和相應的空氣阻力功率。由于低速電動汽車爬坡時速度不高，因此此處只計算了以15 km/h車速勻速爬坡時所需的功率。其計算公式為：

(3)

通過計算可得最大爬坡所需功率P2=7.63 kW。

1.2.5 滿足加速性能時所需功率

車輛加速時對應的電機所需功率為加速時的滾動阻力、空氣阻力和加速阻力功率之和，根據(jù)加速性能確定電機功率的計算公式為：

(4)

通過計算可得加速所需功率P3=8.6kW。

1.2.6 電機功率和扭矩計算

電機峰值功率應能同時滿足車輛對最高車速、爬坡度及加速時間的要求，即Pmax≥max(P1,P2,P3)。

電機額定功率與峰值功率之間的關系為：

Pmax=Pe×λ

(5)

式中：λ為電機過載系數(shù)，一般取2～3。

根據(jù)計算，確定電機的額定功率為4 kW，通過上式可計算出電機的最大功率為8～12 kW，能夠滿足最大所需的功率。

電機扭矩計算公式為：

(6)

式中：n取基速，電機峰值扭矩=27.4 N·m；額定扭矩=12.73 N·m。

根據(jù)理論計算結果確定的電機參數(shù)見表3。

表3 電機參數(shù)

額定功率/kW最大功率/kW額定轉速/r·min-1最高轉速/r·min-1額定扭矩/N·m最大扭矩/N·m410300050001273>30

1.3 蓄電池參數(shù)匹配

動力電池作為電動汽車的唯一能量來源，其容量將直接影響車輛的續(xù)駛里程。微型電動汽車主要以鉛酸電池為主，其能夠適應大電流放電，具有免維護、壽命長、充電接受能力強等特點。

根據(jù)續(xù)駛里程計算電池容量，設計要求電動汽車以額定車速40 km/h勻速行駛，續(xù)航里程應不小于80 km，考慮電池的放電深度約為0.8。

(7)

式中：S為續(xù)航里程(km)，v為額定車速(km/h)。

通過計算可得所需能量Eb≥8 kW?？紤]到微型電動汽車實際行駛時經(jīng)常有加速、剎車、爬坡等不同的工況和其他附載電器件(燈光、雨刷等)的能量損耗，因此確定選擇60 V 120 Ah的鉛酸免維護膠體電池。

2 性能仿真

Advisor是基于Matlab和Simulink軟件環(huán)境下開發(fā)的電動汽車仿真軟件，其可以對各種汽車的零部件模型或整車進行仿真，是一款優(yōu)質的電動汽車仿真軟件。按照步驟首先建立電動汽車模型，然后對各模塊進行參數(shù)設置，最后模擬微型電動汽車的行駛狀況[8-9]。

圖1所示為典型的城市行駛工況。海拔高度為0 m，最高車速為40 km/h，平均時速為11 km/h，工況時間為1 089 s，總里程3.32 km。

圖1 城市工況

圖2所示為車輛在一個循壞工況下的蓄電池SOC(State of Charge，荷電狀態(tài)，也稱剩余電量)的變化情況。從圖2可以看出隨著時間里程的增加SOC逐漸減少，但下降平穩(wěn)。

圖2 電池SOC

圖3所示為一個循環(huán)工況下電流和扭矩的變化曲線。從仿真結果可以看出，微型電動汽車的性能基本能夠滿足城市工況。

圖3 電流和扭矩曲線

3 結束語

以某微型電動汽車為例，在給定整車參數(shù)的基礎上，根據(jù)相關動力性能指標，通過汽車理論計算得出主要參數(shù)，再采用Advisor軟件進行仿真驗證，證明了參數(shù)匹配的合理性。

[1] 王冰.增程式電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配[D].大連：大連理工大學，2014.

[2] 余銀輝.微型電動汽車傳動系統(tǒng)匹配及驅動優(yōu)化研究[D].重慶：重慶大學，2009.

[3] 申彩英，李孟柯.微型純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J].遼寧工業(yè)大學學報，2013，33(4)：255-259.

[4] 曹曉光，趙青青.基于WTW的電動汽車效率研究[J].森林工程，2014，30(1)：154-156.

[5] 馬東輝，吳煜，王猛猛.電機在新能源汽車上的應用[J].林業(yè)機械與木工設備，2013，41(6)：13-17.

[6] 郝魁，贠海濤，孫華偉，等.微型純電動汽車動力系統(tǒng)匹配設計[J].青島理工大學學報，2015，36(1)：108-113.

[7] GB/T 18385-2005，電動汽車動力性能試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2006.

[8] 曹振新，虞海波，馬成偉.微型純電動汽車的動力參數(shù)匹配與仿真研究[J].機械制造，2014，52(593)：25-28.

[9] 劉和平，余銀輝，王強，等.微型電動轎車動力性匹配設計及仿真[J].2010，43(5)：56-58.

(責任編輯 張雅芳)

Matching and Simulation of Performance Parameters of Micro-electric Vehicles

JIANG Zhi-wei

(Jiangsu Linhai Power Machinery Group Co.，Ltd.，Taizhou Jiangsu 225300，China)

Taking a Linhai micro-electric vehicle as an example，according to the requirements of the performance index，the matching motor and the battery parameters are analyzed and calculated through the theoretical analysis.Finally，the simulation software Advisor is used for verification，and the simulation results show that the performance parameter matching is reasonable.

micro electric vehicle；parameters;calculation matching；simulation

2016-08-09

蔣志偉(1984-)，男，江蘇泰州人，工程師，學士，主要從事新能源汽車電器研究，E-mail：269698011@qq.com。

U469.7；TP391.9

A

2095-2953(2017)01-0041-03