帶增程器的純電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計說明

1、帶增程器的純電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計前言眾所周知，我國在傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車方面一直落后于發(fā)達國家，有很多關(guān)鍵技術(shù)依賴于發(fā)達國家的汽車企業(yè)，常常被別人牽著鼻子走，這也造成了我國汽車行業(yè)長期處在一種低水準、高成本的模式下運作，非常不利于我國汽車行業(yè)的正常發(fā)展。目前全球汽車行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型階段，由于石油資源的短缺和環(huán)境的日益惡化，使得人們不得不考慮從傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車向新能源電動汽車轉(zhuǎn)型，這也給我國汽車行業(yè)帶來了發(fā)展契機，大力發(fā)展新能源電動汽生，掌握其關(guān)鍵技術(shù)，就能讓我國汽車企業(yè)在未來的全球競爭中占得先機，在汽車行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位。1電動汽車及Range-Extender簡介電動汽車具有高效、節(jié)能、低噪聲、零排放等

2、顯著優(yōu)點，在環(huán)保和節(jié)能方面具有不可比擬的優(yōu)勢。目前電動汽車技術(shù)的研發(fā)已成為各國政府和汽車行業(yè)的熱點。電動汽車指全部或部分用電能驅(qū)動電動機作為動力系統(tǒng)的汽車。它包括燃料電池電動汽車（FCEV）、混合動力電動汽車（HEV）和純電動汽車（BEV）3種類型。其中純電動汽車（BatteryElectricVehicle）發(fā)展時間最長，曾被全球汽車企業(yè)廣泛看好，從20世紀70年代至今，可以說比其他類型電動汽車的發(fā)展時間都長，經(jīng)驗也豐富，開發(fā)成本也較低。但由于目前蓄電池儲能有限，純電動汽車存在一次充電后續(xù)駛里程短的問題。考慮采用在純電動汽車上加裝一個增程器(Range-Extender)的方法來增加純電動汽

3、車的續(xù)駛里程。增程器(Range-Extender)是為了增加純電動汽車行駛里程而加裝在純電動汽車上的一個附加儲能部件。通常用戶可以在出行時根據(jù)行駛里程需求自行選擇安裝或者不安裝(降低車重，可以減少能量消耗)。增程器的形式通常有：小型發(fā)電機、蓄電池和燃料電池等。而由于增程器的工作特點，通常對其性能有如下要求：(1)要求系統(tǒng)可靠，長時間待機后可以立刻進入工作狀態(tài)；(2)由于工況單一，要求對工作點進行較好的優(yōu)化以降低系統(tǒng)成本，提高效率。相比純電動汽車，帶Range-Extender的電動汽車在行駛里程方面有很大的優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)油電混合動力汽車，帶Range-Extender的電動汽車在排放方面優(yōu)點

4、十分突出，而相比新型電電混合動力汽車，帶Range-Extender的電動汽車以蓄電池驅(qū)動為主，更偏向于純電動驅(qū)動，因此也可視其為從混合動力驅(qū)動向純電動驅(qū)動的一種過渡方法。2動力系統(tǒng)總體規(guī)劃帶有Range-Extender的純電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致如圖1所圖1動力系統(tǒng)懶認兌.aw4W5感娛設(shè)計車輛的動力系統(tǒng)往往要先確定車輛的整車性能指標。車輛的整車性能中與動力系統(tǒng)相關(guān)的指標主要包括：動力性、經(jīng)濟性、排放等,對于電動汽車還要確定其一次充電后的行駛里程。車輛的動力性能通常采用最高車速、最大爬坡度和加速性能來衡量。經(jīng)濟性是通過車輛的百公里油（能）耗來衡量。排放則是通過百公里排放的污染物來衡首先根據(jù)

5、開發(fā)目的和國家法規(guī)標準來確定待開發(fā)車輛的動力性能指標，其中加速性能用汽車從靜止加速到某一速度所需的時間來確定，通常使用0100km/h的加速時間來評價汽車的加速性能。在確定了待開發(fā)車輛的動力性能要求之后，根據(jù)上述3個動力性能指標來確定驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)，對于電動汽車即確定驅(qū)動電機的參數(shù)。根據(jù)行駛里程的要求可以確定車輛儲能部件的參數(shù)，對于電動汽車即確定蓄電池的電量。純電動工況下為零排放，故只需考慮Range-Extender的排放問題。3選擇驅(qū)動電機理想車用電機的特性可以用圖2表示。轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速加以下以Tmax恒轉(zhuǎn)矩運行，以上以Wb恒功率運行。電機輸出特性與車輛行駛時車速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩大的要求相一致。

6、根據(jù)上述分析，需要確定的電機性能參數(shù)包括：最大功率、最高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速、額定功率等。下面通過分析車輛在不同工況下的受力情況和能量轉(zhuǎn)換設(shè)計電機參數(shù)。A恒轉(zhuǎn)知區(qū)恒功率區(qū)轉(zhuǎn)速婦序跳檄青取海3.1確定電機最大功率(1)最高車速工況整車力平衡方程：Ft=Ff+Fw汽車驅(qū)動力：Ft;滾動阻力：Ff=mgf;空氣阻力：Fw=CdAV2/21.15風阻系數(shù)：Cd,汽車車速：V,迎風面積：A,滾動阻力系數(shù)：f。汽車以最高車速行駛所需要的電機功率:Pt=Ft-Vmax(2)(2)最大爬坡工況整車力平衡方程:Ft=Ff+Fw+Fp(3)坡道阻力：Fp=m2-g-sinaP2=Ft-Vb(4)3.2確定電機最高轉(zhuǎn)速需

7、要先選擇傳動系統(tǒng)總傳動比：inmax=V-I/(0.377x3.3確定電機轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速即對應(yīng)轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速對應(yīng)電機恒轉(zhuǎn)矩工況向恒功率工況轉(zhuǎn)換時的車速,于恒轉(zhuǎn)矩工況時的最大轉(zhuǎn)速。3.4校核加速時間加速過程通常分為恒轉(zhuǎn)矩和恒功率兩個階段。恒轉(zhuǎn)矩階段整車驅(qū)動力：Ftl=Tmax/Vb轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速時的車速：Vb恒功率階段整車驅(qū)動力：Ft2=Wb/V因此整車加速時間：4選擇儲能電池通常按照以巡航車速完成所要求行駛里程所需要的能量來確定儲能電池電量。作為純電動汽車動力電池的常見類型為鉛酸電池、銀鎘電池和銀氫電池、鋰電池、磷酸鐵鋰電池等。其中磷酸鐵鋰電池也是一種鋰電池，其比能量不到鉆酸鋰電池的一半，但是其安全性高，循環(huán)次

8、數(shù)能達到2000次，放電穩(wěn)定，價格便宜，因此通常選擇磷酸鐵鋰電池作為電動汽車的動力電池。5 選擇Range-Extender通?？蛇x擇的增程器類型為小型發(fā)電機或者燃料電池?；诒M量避免使用燃油和爭取實現(xiàn)零排放的初衷，建議選用蓄電池或燃料電池作為Range-Extender。根據(jù)動力電池的充電電壓和車輛行駛里程的要求可以確定Range-Extender的輸出電壓和儲電量。6實例分析假設(shè)開發(fā)一輛場館車，整車參數(shù)如表1表1整車參數(shù)（新能源汽車聚焦網(wǎng)制表）參數(shù)名稱數(shù)值續(xù)航里程（km）純電動續(xù)航里程60ExtendedRange60總續(xù)航里程120空載質(zhì)量（mi/kg)495滿載質(zhì)量（m2/kg)570

9、車輪半徑/mm222.4風阻系數(shù)0.35迎風面積（m2）1.96滾動阻力系數(shù)0.015傳動效率（nJ0.95根據(jù)其使用目的和常用工況可以選擇動力性能指標如下最高車速：Vmax=40km/h;爬坡能力：以Vb=10km/h車速爬15%的坡道;加速能力：0-30km/h用時小于5s;巡航車速：Vn=30km/h。6 .1計算電機參數(shù)根據(jù)式（2）和式（4）確定其最大功率為其最大爬坡工況，計算出最大功率為2.68kW。電機額定功率通常是巡航車速工況的功率，按式（2）代入巡航車速可得額定功率為0.99kW。選擇的驅(qū)動形式為四輪輪轂電機驅(qū)動，因此傳動比為1,根據(jù)式（5）得出nmax=480（1/min）。

10、轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速即為最大爬坡車速時對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速，根據(jù)式（5）得出:nb=120（1/min）。根據(jù)式（6）得出加速時間為3.464s,滿足性能要求。6. 2計算動力電池參數(shù)以巡航車速30km/h,行駛60km所需能量:E-Ft-36。隼叫人/丁+口，磷酸鐵鋰電池放電電壓在2.5V3.5V之間，故可選用20個放電電壓為3V的磷酸鐵鋰電池串聯(lián)。考慮安全系數(shù)可選擇電池參數(shù)如下：電池電壓為60V,容量為80Ah;希望SOC:0.20.9;校核電池能量：E=60X80X(0.9-0.2)=3.36(kW)(8)滿足需求。6.3選擇Range-Extender參數(shù)要求Range-Extender提供可供該車行駛60km的能量，考慮蓄電池充電效率，Range-Extender的儲電量應(yīng)比蓄電池的4.8kW-h略大，可取5kWh。磷酸鐵鋰電池充電電壓在3.5