純電動C照教練車動力電池匹配設計及性能仿真研究

王榮兵

摘要：由于經(jīng)濟的發(fā)達，汽車已成為家庭生活的必需品，那么就需要學習駕駛技能，就需要用于訓練用的汽車。當前用的最多的駕駛訓練車仍是燃油的，但限于學員水平和場地的原因，致使發(fā)動機長期處于低負荷、低檔位、低速運行，這樣既造成高油耗又帶來嚴重排氣污染。由于電動汽車的諸多優(yōu)點，有必要對教練車進行油改電。本文在元件選擇的基礎上，進行動力電池的匹配設計并進行仿真實驗，以求該方法可行。

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.

關(guān)鍵詞：電動;動力電池;仿真實驗

Key words： electric;power battery;simulation experiment

中圖分類號：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0206-04

1? 概述

當?shù)伛{培行業(yè)絕大部分使用桑塔納轎車，因此本文以SANTANNA LX為研究對象，但底盤部分仍采用原車的系統(tǒng)。現(xiàn)把選用車輛（SANTANNA LX）的動力性能指標做三點設定：①最高車速為40km/h;②最大爬坡度為15%;③忽略整車的加速度。

1.1 選擇的原車的基本技術(shù)參數(shù)如表1、表2所示

1.2 所選電機的參數(shù)

選用的電機參數(shù)如表3所示。

1.3 所選的電機控制器

通過計算選定了該車的串勵直流電動機的功率為4.5kW，能量電池的電壓為48V。對其具體的要求如下：

啟動開關(guān)位于不同檔位，車輛狀態(tài)：①啟動開關(guān)置于ACC位時，全車附屬電器元件處于帶電工作狀態(tài);②啟動開關(guān)打到ON檔，點亮儀表;③啟動開關(guān)位于啟動檔后自動回位，電機開始怠速轉(zhuǎn)動。

不同運行工況下，車輛狀態(tài)：①整車怠速運轉(zhuǎn)時：在駕駛員的操控下，電動機立即旋轉(zhuǎn)，但整車靜止不動;②整車起步、行車時：與燃油汽車不同的是接受型號和發(fā)出指令的單元不是電腦而是控制器;③整車減速時：只需向控制器發(fā)出剎車信號。

如何操控車輛：①若遇一腳油門時，會導致線圈內(nèi)的電流短時間內(nèi)大幅增加，所以應該采用相關(guān)的措施保護電器元件的安全性;②若同時踏下油門和離合器踏板，此時控制器忽略油門踏板信號;③整車啟動后，若不小心踏下油門或制動踏板時，整車保持靜止不動;④若要使整車起步平順，應使其速度穩(wěn)步增加;⑤行車中，若觸發(fā)剎車信號，整車應減速甚至停車。

占據(jù)純電動汽車電氣系統(tǒng)的心臟部件是控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)既能管理車載能源又能利用傳感器檢測的數(shù)據(jù)信號控制電動機的工作。現(xiàn)在，雖然控制器的生產(chǎn)商較多但其電路的基本原理基本相同，所不同的是由于選用的主要控制芯片和周邊元件的性能優(yōu)劣導致控制器的性能也就有了差別。

出于對性價比、效能及安裝的簡便性考慮，本文選的控制器型號為1204M-5301G48。對使用3千瓦采用串勵的驅(qū)動電機來驅(qū)動的電動汽車來說，選用此型號的控制器比較合適。

2? 動力電池

2.1 動力電池的選擇

能源電池性能的優(yōu)劣決定了電動汽車的全車動力性，因為電動機是靠電池的電能產(chǎn)生磁扭矩來工作的。衡量電池性能好壞的指標主要有比能量、使用循環(huán)壽命、比功率、及能量密度等。

通過大量的調(diào)研，所選3D-250型鉛酸動力電池的主要參數(shù)指標如表4所示。

由于我們選擇裝車使用的電動機型號為XQ-4.5-2，45V是其供電電壓，故將串接8個模組的選用電池作為整車的動力源。

2.2 動力蓄電池參數(shù)計算

2.2.1 動力蓄電池組電壓

所選電機的額定電壓決定了電池模組的總電壓，電壓值高于或是低于其正常值均能影響整車性能。因此，就驅(qū)動電機的功率，盡可能的使用電壓值高的電池組。所選電機的額定電壓為45V，故電池模組的總電壓為45V。最終，選用鎮(zhèn)江市天源蓄電池有限公司生產(chǎn)的單體電池電壓為6伏，容量250安時的鉛酸動力電池，具體型號是3D-250型。

2.2.2 電池數(shù)目

能源系統(tǒng)中電池的個數(shù)應與整車的連續(xù)駛里程數(shù)、加速度及爬坡度等性能的要求相匹配。所有單個電池串接在一起，向電動機供電，所用電池的個數(shù)為N。

①根據(jù)動力性要求，確定單體電池的數(shù)量。

②驅(qū)動電池模組數(shù)量的計算（按照滿電狀態(tài)下，一次連續(xù)行駛的里程）。

最終，選用的鉛酸電池單體數(shù)共8個，型號為3D-250型，通過串接使其總電壓為48V。

2.2.3 電池能量

平均車速決定了連續(xù)行駛的里程數(shù)，其計算公式為：

本設計中，通過在教練場地工作調(diào)研和查閱已有資料，得知，教練車跑一天的續(xù)駛里程為137.91km。將V平均=12814km/h;P1=2.6kW;S=137.91km代入式（3）、式（4），得電池能量為W1=12814Wh。所選擇的動力蓄電池能量應滿足W？叟W1=12.814kWh。

2.2.4 電池容量

電池的電量與電能用其容量與能量來表示，電動汽車的連續(xù)行駛里程數(shù)由其值的大小決定。電池容量Q計算公式為：

2.2.5 循環(huán)次數(shù)

動力電池能夠循環(huán)使用的次數(shù)稱為使用循環(huán)壽命，一次循環(huán)是指電池由充滿電到放完電的這一個過程，其循環(huán)次數(shù)決定壽命長短。選3D-250型鉛酸蓄電池為電動車用電池，數(shù)量為8個，且采用串聯(lián)的方式連接安裝，其使用的循環(huán)次數(shù)在450次左右，總的額定電壓為48V，動力電池組容量Q為2000Ah，與計算要求相符合，同時滿足能量大小的要求。

3? 主、從帶輪和皮帶的設計

由于保留了原來燃油教練車的底盤系統(tǒng)。所以皮帶輪設計如下：

4? 純電動C照教練車的實現(xiàn)流程

將燃油教練車改裝為電動c照教練車的主要工作流程如圖1所示。

5? 純電動C照教練車性能仿真

5.1 系統(tǒng)模型的建立

利用軟件，建立系統(tǒng)的總體模型，如圖2所示。

5.2 最高速度性能仿真

在上述的基礎上，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入，進行仿真，具體如下：

5.3 爬坡性能仿真

①仿真條件參數(shù)的設定輸入及結(jié)果。（圖8）②如最高車速性能仿真，輸入相關(guān)的設計參數(shù)。③通過仿真，得到相應車速曲線圖和驅(qū)動阻力特性圖。（圖9、圖10）

5.4 性能仿真結(jié)果

通過仿真實驗，設計參數(shù)基本滿足，實現(xiàn)了設計的預期目標。

6? 總結(jié)

本設計在SANTANA LX場地教練車的基礎之上，結(jié)合駕駛員訓練場地的特點，將傳統(tǒng)燃油教駛訓練車進行了動力電池匹配設計。通過參數(shù)選擇和性能仿真實驗，所得結(jié)果實現(xiàn)了預定的目標，然而還是有諸多需要該進的地方，如：①皮帶連接雖然可以起到過載保護的作用，但其打滑的同時造成傳動效率的下降，而且易于磨損。②電動機在行車過程中冷卻不夠致使車輛連續(xù)行駛的里程數(shù)縮短，因此在以后的設計中應對電機的選用和冷卻問題考慮周全。③無動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，增大了駕駛的疲勞性，在以后的設計中應進一步完善，以降低駕駛的強度。④本設計所用電池為鉛酸蓄電池，然而由于其結(jié)構(gòu)和性能上的缺點，應選更好的鋰電池作為電動車用電池組。

參考文獻：

[1]洪乃剛.電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真[Ml.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]馮鎮(zhèn)，余曼，成振坤.電動教練車的研制與動力性能試驗[J].揚州大學學報，2012.

[3]范欽滿，包旭.電動教練車驅(qū)動電機功率匹配設計[J].科技信息，2013.

[4]馬文勝.燃油教練車電動化技術(shù)研究[J].河北科技大學，2017.