電動汽車動力系統的參數匹配及優化研究

許磊

摘 要：隨著環境污染日益嚴重以及石油供應危機不斷加劇，近年來能源短缺問題和環境污染問題已成為以內燃機為動力的燃油汽車所面臨的兩大突出問題，因此能源的節約與替代能源的開發，被公認為是疏解環境污染、保證能源供給的行之有效的方法，在此，本文對電動汽車動力系統的參數匹配及優化進行研究。

關鍵詞：電動汽車;動力系統;參數匹配;優化

1 導言

人類自誕生以來就不斷探索生存與發展的途徑和方法，汽車就是伴隨著人類的發展而產生的重要交通工具，也是人類文明的象征與產物，與人類社會文明進程息息相關，毫無疑問，汽車的發展脫離不了可持續發展的軌道近年來隨著環境的污染以及石油的緊缺等問題的出現，節約能源與開發替代能源成為緩解環境污染及能源緊缺的有效方法，開發代用燃料和電動汽車，是解決環境問題的重要途徑。

2 影響純電動汽車續駛里程的因素有哪些

2.1 電動汽車的行駛環境

相同的電動車在不同環境下行駛，將會達到不同的最大里程數。首先氣溫就對當前電動車廣泛使用的鋰電池影響很大，鋰電池的能量應用屬于氧化還原反應，通過化學反應釋放電離子，從而達到充放電。由于鋰元素的化學特性非常活潑，因此在低溫和高溫狀態下（冬天/夏天），反應強度不同，放電密度不同，電池的使用時間不同，而造成汽車的行駛里程不同。

其次，同傳統汽車一樣，風向、風力、道路條件及城市交通狀況也是影響電動汽車續駛里程的因素（城市交通狀況方面，目前輕型混合動力驅動系統在提高電池壽命和環保方面發揮著重要作用）。

2.2 滾動阻力和空氣阻力

在理論力學中，物體滾動時受到的阻礙作用被稱為滾動阻力。滾動阻力通常是由重力引起的，它是一種力矩作用。也就是說，如果汽車越重，運動時所承受的滾動阻力也就越大。因此，減少滾動系數可在一定程度上提升電動汽車的續駛里程。

空氣阻力，顧名思義，是汽車在行駛中與空氣產生摩擦而產生的阻力。由于電動汽車的外形設計與電池、電機的位置有關，因此，相比傳統汽車，電動汽車的外形設計彈性較大。通過更合理擺放汽車內部組成零件，可得到更合理的外觀設計，以此來減少空氣阻力系數，續駛里程可有相應提高。

3 電動汽車主要部件參數設計與匹配

3.1 電機的參數匹配設計

目前在電動汽車上已應用的和有應用前景的驅動電動機主要有：直流電動機（DCM）、交流感應電動機（IM）、永磁電動機（PMBLM）和開關磁阻電動機（SRM）等。其主要性能感應電動機效率高（90%以上），功率大（接近1KW/kg），功率因數變化大，轉子為鼠籠型結構，適合于高速運轉。另外，感應電動機的可靠性高，便于維修，價格便宜。電動汽車要求頻繁啟動、加速、制動，能量利用效率高，要求在啟動即低轉速時得到恒定的最大扭矩，同時在高轉速時得到恒定的較高功率（電機最大轉速的選擇要結合傳動系減速比、電機的效率和連續轉動特性考慮）。感應電動機能夠很好地滿足這些要求，是理想的電動汽車用驅動電機之一。故本文選用感應電動機作為驅動電機。

電動機是電動汽車行駛的動力源，對整車的動力性有直接的影響。所選的電動機功率越大，整車的動力性也就越好，但是如果功率過大，電動機的質量和體積也會增大，且電機的工作效率不高，這樣就不能充分利用有限的車載能源，從而使續駛里程降低。

4 傳動系統的優化及仿真

利用汽車仿真軟件GT-driver建立了仿真模型、定義了各個模型參數并對整車的動力性能進行了仿真。由仿真結果可知本文設計的樣車的最高車速為88km/h，0-60km/h的加速時間25s，最大爬坡度為24%，美國ECE15工況下的耗能情況大約為50kwh/100km。從仿真結果來看，整車性能基本符合了整車動力性要求，但是該傳動系統并沒有達到整車的動力性和續駛里程的最佳匹配，電動機在高效率工作的區域也不是很理想。因此本文將對整車的變速器速比參數進行優化，然后和原來的仿真結果進行對比分析，最終使整車性能得到優化。

4.1 電動汽車性能影響因素分析

影響電動汽車動力性能和續駛里程的因素較多，主要有電動汽車本身的結構參數、蓄電池的性能參數、電動機的特性參數以及電動汽車的行駛條件等。汽車動力傳動系統匹配的好壞直接關系到汽車動力性能的發揮和燃油經濟性的好壞。在電動汽車設計中，一般是根據整車性能要求和一定的電動機參數，對傳動系參數進行選擇。

4.2 傳動系統的優化

車輛的行駛性能通常由其加速時間、最高車速和爬坡能力予以評價。在電動車驅動系設計中，固有的電動機額定功率和傳動裝置參數是為了滿足性能技術要求首要考慮的問題。所以這些參數的設計基本上取決于牽引電動機的轉速-功率特性。本文在確定電動機和蓄電池不變的情況下對整車的性能進行優化。

5 結論

純電動汽車的動力性能主要取決于動力系統參數匹配以及控制策略和各部件的特性等。動力傳動系統是電動汽車最主要的系統，電動汽車運行性能主要由其動力傳動系統的性能決定。一個電動汽車的動力傳動系統的參數匹配，主要包括電機參數選擇、傳動比選擇、電池組容量等。

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