英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
电动汽车电动动力系统匹配的方法
宁国宝，熊璐，张丽君，于卓平
中国上海201804同济大学清洁能源汽车工程中心
摘要：目前的电动动力总成匹配的方法仍然是使用纵向动力学，不能实现对车载能量存储单元的最大容量，也不会达到最低等效燃油消耗。另一种匹配方法着重于提高可用空间，考虑车辆的合理布局，以扩大车载能量存储单元的额定能量，这可以保持纵向动力性能几乎不变，但不能达到最低燃料消耗。考虑驱动电机的特性，提出了利用传统的纵向动力学对驱动系统进行电动动力匹配方法和对于传统客车转换的能量存储系统的试验方法。通过结合有助于车载能量容量的车辆空间的利用率、车辆纵向性能要求、车辆等效燃油消耗水平、被动安全要求和最大行驶里程要求，全面提出了电动汽车电动传动系统的最佳匹配方法。在模拟中，车辆模型和匹配方法建立在Matlab / simulink中，选择美国环境保护署（EPA）城市测功机驱动计划（UDDS）作为测试条件。仿真结果表明，2.62%的再生能源和2%的能源储存效率相对于传统方法增加。研究结论为现代电池动力电动车，特别是那些从传统转换的汽车，提供了电动动力匹配的理论和实际的解决方案，并进一步提高了电动车的动力学。
关键词：电动汽车、电动动力系统、电力驱动系统、能量储存系统、优化设计
Abstract: The current match method of electric powertrain still makes use of longitudinal dynamics, which canrsquo;t realize maximum capacity for on-board energy storage unit and canrsquo;t reach lowest equivalent fuel consumption as well. Another match method focuses on improving available space considering reasonable layout of vehicle to enlarge rated energy capacity for on-board energy storage unit, which can keep the longitudinal dynamics performance almost unchanged but canrsquo;t reach lowest fuel consumption.Considering the characteristics of driving motor, method of electric powertrain matching utilizing conventional longitudinal dynamics for driving system and cut-and-try method for energy storage system is proposed for passenger cars converted from traditional ones. Through combining the utilization of vehicle space which contributes to the on-board energy amount, vehicle longitudinal performance requirements, vehicle equivalent fuel consumption level, passive safety requirements and maximum driving range requirement together, a comprehensive optimal match method of electric powertrain for battery-powered electric vehicle is raised. In simulation, the vehicle model and match method is built in Matlab/simulink, and the Environmental Protection Agency (EPA) Urban Dynamometer Driving Schedule (UDDS) is chosen as a test condition. The simulation results show that 2.62% of regenerative energy and 2% of energy storage efficiency are increased relative to the traditional method. The research conclusions provide theoretical and practical solutions for electric powertrain matching for modern battery-powered electric vehicles especially for those converted from traditional ones, and further enhance dynamics of electric vehicles.
Key words: battery-powered electric vehicle, electric powertrain, electric driving system, energy storage system, optimization design
1介绍
环境和能源安全问题正在推动着投资去为运输领域开发替代燃料和动力总成。动力系统的电气化已经受到了来自世界各国政府和工业的高度关注，并且随着磷酸铁锂电池技术的进步和电动动力系统可靠性的提高，因简单和可靠性著称的电池动力电动车辆或纯电动车辆在不久的将来会成为中国最有利的技术[1]。但由于能源相对密度低、价格高、行驶里程短，电动车在商业化过程中受阻。
如图1所示为典型的电力动力系统。整个系统由电驱动系统（包括驱动电机和电力电子）、储能系统（包括电池、高压安全单元和电池管理系统）、辅助系统（包括电动液压转向、在制动期间增压的电动真空泵、高压交流电、将依赖于系统定义的高电压转换为低12V电压的低DC-DC转换器、CAN信号转换器（网关，如果传统汽车的车载系统有一个CAN，另一个CAN用于电动动力系统 ）、车辆热管理系统、外部充电端口）、控制器局部网总线和车辆控制单元（VCU）。
研究表明，对于常规汽车，制动系统的能量消耗占内燃机（ICE）通过传动系统提供的总驱动能量的30％[2]。由于动力系统的电气化及其快速响应，电池供电的电动车辆可以实现再生制动功能，因此电池供电的电动车辆的行驶范围取决于能量存储系统的能量容量，实际驾驶循环，电动动力系的效率和整体车辆特性（包括前面积、质量等），以及在制动情况下受能量回收量的影响[3-4]。
回收能力取决于驱动电机特性，如额定和最大扭矩或功率，回收速度范围和电动机效率图，考虑车辆安全要求、驾驶员驾驶习惯等的整体车辆控制算法[5]。通常，我们在系统集成期间设置的驱动电机的峰值功率越大，驱动电机的恢复能力越大。驱动电机效率越高，驱动电机的恢复能力越强。
许多研究都致力于匹配方法上。ZENG等人[6]利用车辆控制器基于车辆性能要求匹配动力系的参数。HUBBARD等人[7]建立了详细的模型，描述了每个关键动力系统部件的瞬态和稳态运行。
对于电动车辆，匹配电动动力系统的最流行的方式是用于车载能量存储系统的常规纵向动力学理论和渐进法的匹配方法。整个过程的框图如图2所示。
主要步骤主要实现如下：（1）根据驱动性能确定驱动电机的功率和扭矩。（2）根据工程经验设置系统额定电压、电压工作范围和储能系统容量。（3）计算和验证在汽车上组装整个储能单元的可能性。（4）根据选定的行驶工况进行仿真，得到理想的行驶范围。（5）如果驱动范围不能达到目标或无法组装汽车上的所有的关键部件，例如电驱动系统，储能系统，则跳回到步骤1，重置驱动性能目标 ，然后再次计算和验证。根据这种方法难以找到完美的解决方案，并且对于大多数情况，在驱动性能和驱动范围之间存在折中方案。
试验性的方法存在一些缺点：一个是如果仅仅考虑被动地进行制动回收，则再生的考虑是不够的。这意味着基于混合制动系统的车辆整体控制算法，在制动过程中能够回收多少能量，同时忽略设计的电机峰值功率对制动恢复的影响，这是由于电机的峰值功率由驱动性能目标，不考虑制动过程[8]。另一个缺点是动力系统的整个空间不能被有效地利用。 为了进一步提高汽车的行驶里程，提出了一种称为最大额定能量的新方法，以实现能量存储系统中的最大能量存储。此外，为了实现多目标优化，通过考虑驾驶性能要求，整车设计和布局，行驶里程，制动能量恢复的特点，提出了纯电动客车的全方位匹配方法。
2基于车辆纵向动力学的动力系容量匹配
2.1电动汽车电动汽车的纵向动力学原理
类似于传统内燃机汽车的原理[9]，考虑动力传动比及其效率，电驱动系统容量，滚动阻力，风阻力，加速阻力和坡度阻力等，电池动力电动车的纵向驱动动力学被列为等式 （1）：
（1）
其中，delta;是旋转质量当量系数；m是整车质量；u是车速； Ft是电驱动系统提供的驱动力；Ff是滚动阻力；Fw是空气阻力；Fi是坡度阻力，爬坡时为正。它们的表达式分别描述如下：
（2）
（3）
（4）
（5）
其中，Tm：电机输出转矩；ig：变速器传动比；i0：主减速器传动比；eta;g：变速器传输效率；eta;0：主减速器传输效率（包括差速器）；eta;d：传动系的效率（仅包括传动轴、半轴及传动副）；r：轮胎半径，m；f ：滚动阻力系数；alpha;：坡度角，rad；CD：风阻系数；A：迎风面积，m2；A=0.78*wd*h；wd：汽车的宽度，m；h ：汽车的高度，m；rho;：空气密度，rho;=1.2258kg/m3；g：重力系数，g=9.8055m/s2。
2.2电驱动系统的匹配方法
电动动力系统的关键原理图确定后，用电力驱动系统匹配的主要步骤来确定额定速度和最高车速，额定功率和峰值功率[10-11]。
根据整车目标，如最高车速umax，初选传动系统的传动比，由变速器或减速器的传动比ig和主减速比i0和传动系的效率eta;d组成，计算汽车的最大速度为：
（6）
根据最高速度umax计算电动机的额定功率Pn：
（7）
根据最大坡度alpha;max计算电动机的最大扭矩Tp：
（8）
根据最常见的驱动条件，确定电动机的额定转速nn，然后通过获得额定功率和额定转速计算电动机的额定转矩Tn：
（9）
电动机最大功率由电动机的最大转矩与额定转速决定：
（10）
验证电动机的最大转矩以确保加速时间足够，例如，0-100km/h加速时间的计算由公式（6）得出，如果结果不能达到目标Tacc,则调整电机额定转速：
（11）
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[136951]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
课题毕业论文、外文翻译、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
