動(dòng)力總成的匹配

1、HEV動(dòng)力總成的匹配1整車參數(shù)及性能要求2.2計(jì)算公式2.3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇3.1.3.1 功率3.3.1.1 最大功率 3.3.1.2 額定功率 3.3.2 扭矩4.3.2.1 最大扭矩 4.3.2.2 額定扭矩 4.3.3 轉(zhuǎn)速4.3.3.1 最高轉(zhuǎn)速 4.3.3.2 基速 4.3.4電壓4.1.4發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇5.4.1 最大功率 5.4.2 最高轉(zhuǎn)速 5.4.3 最大扭矩 5.5發(fā)電機(jī)的選擇5.1.5.1 功率5.1.5.2 轉(zhuǎn)速6.5.3電壓6.6超級(jí)電容的選擇6.1.6.1 容量 6.6.2 放電電流 7.6.3 充電功率 7.6.4 電容選型 7.7鋰電池的選擇7.1 容量 7.7.

2、2 放電電流 7.1整車參數(shù)及性能要求編號(hào)工程數(shù)值估算1總質(zhì)量m180°°kg2迎風(fēng)面積A7m23風(fēng)阻系數(shù)CD0.64滾動(dòng)阻力系數(shù)fR0.015滾動(dòng)半徑r0.476旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)61.17主減速器速比io6.438最局車速U max80 km/h1°加速性能050km/h加速時(shí)間小于30s5080km/h加速時(shí)間小于40s11爬坡性能能以10km/h爬上20%的坡連續(xù)爬坡時(shí)間大于3 min。2計(jì)算公式2驅(qū)動(dòng)力計(jì)算：車速和轉(zhuǎn)速換算:驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算：Ft 二 GfReos G sin C-dA m-dAa2dtnm -S °m °.3 77Pt 二

3、 F Ua其中：Ft車輛的驅(qū)動(dòng)力，N ;G車輛的總重量，N ;:坡度,% ；?一空氣密度，nI_s2r,;Ua 車速，m/s ;Pt 驅(qū)動(dòng)功率，W ;nm -驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速，r / min以下計(jì)算中均未考慮效率因素，并且對(duì)局部計(jì)算過(guò)程做了一定簡(jiǎn)化3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇鑒于該混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇要滿足車輛動(dòng)力性的需求，包 括 爬坡、加速和助力；從整車能量角度來(lái)說(shuō)，要求電機(jī)的工作效率盡可能的高； 從驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)尺寸角度來(lái)說(shuō)，要求電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度盡可能高。3.1功率3.1.1最大功率 根據(jù)最大爬坡性能來(lái)確定，以10km/h上20%的坡。由公式(1)和可得，轉(zhuǎn) 速為320r/min時(shí)的

4、電機(jī)的最大功率需求為105kW,計(jì)算過(guò)程如下：10 = 105kW3.6P;冰二 Ft ba : (GfR gl： )_Ua=(180000*0.01 180000*0.2)其中：車速為10km/h,車重180000kg,空氣阻力系數(shù)為0.01,坡度為0.2;由 于車速較低，計(jì)算中忽略了空氣阻力，由于勻速行駛，沒有加速阻力。 根據(jù)最大加速性能來(lái)確定，以 050km/h加速時(shí)間小于30s o在臨界車速 以下由電機(jī)提供動(dòng)力，在臨界車速以上主要由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，因此把加速性能 指標(biāo)調(diào)整為020km/h加速時(shí)間小于12s?？傻闷骄铀俣萢0為0.46m/s2,根 據(jù)公式 (1)可得，轉(zhuǎn)速為650r/m

5、in時(shí)的電機(jī)最大功率需求為60.6kW ,計(jì)算過(guò)程如 下：PTx =FtLUa： (GfR ' maO* U a20 -(180000*0.01 1.1*18000*0.46)*60.6kW3.6其中：車速為20km/h,車重180000 kg,旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)取1.1,平均加速度 區(qū) 0.46m / s2 o3.1.2額定功率由于動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，純電機(jī)驅(qū)動(dòng)只出現(xiàn)在臨界車速以下，該車臨界車 速選 定為20km/h ,因此車輛起步后車速很快會(huì)超過(guò)臨界車速， 純電驅(qū)動(dòng)的時(shí)間 很短，額 定功率的選擇對(duì)車輛的經(jīng)濟(jì)性影響很小， 無(wú)需匹配計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定 功率。3.2 扭矩3.2.1 最大扭

6、矩最大扭矩由車輛的爬坡性能決定，根據(jù)公式(1)可得最大扭矩為3000Nm。maxFtLr(GfR - GL)rM m io i o(180000 0.01 180000 0.2) 0.513000 Nm6.17其中：車重180000kg,坡度為0.2，車輪半徑為0.51m,主減速器速比為6.17; 由于車速較低，計(jì)算中忽略了空氣阻力，由于勻速行駛，沒有加速阻力。3.2.2 額定扭矩由于動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，純電機(jī)驅(qū)動(dòng)只出現(xiàn)在臨界車速以下，該車臨界車速選定為20km/h ,因此車輛起步后車速很快會(huì)超過(guò)臨界車速，純電驅(qū)動(dòng)的時(shí)間很短，額定扭矩的選擇對(duì)車輛的經(jīng)濟(jì)性影響很小，無(wú)需匹配計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定扭矩

7、。3.3 轉(zhuǎn)速3.3.1 最高轉(zhuǎn)速車輛的最高車速?zèng)Q定了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，由公式(2)可得電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為2600r/min ,計(jì)算過(guò)程如下：maxu max i 0806Y7nm2600r/min0.377r0.377 漢 0.51其中：最局車速為80km/h,主減速器速比為6.17,車輪半徑為0.51 m。3.3.2 基速以臨界車速作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基速，大概在650r/min ,這樣可以保證在臨界 車速以前，車輛有恒定的扭矩驅(qū)動(dòng)，加速性能較好。3.4 電壓電機(jī)的功率確定后，電機(jī)的電壓選擇主要考慮高壓平安、散熱和本錢等因素。 具體電機(jī)的電壓如何選擇無(wú)法定量給出，一般不超過(guò)400V4發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇4.

8、1 最大功率根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，公交客車要以不低于 80km/h的車速連續(xù)行駛30min ,可見 發(fā) 動(dòng)機(jī)的最大功率要滿足最高車速的要求，需要發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為68kw,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2600r/min ,計(jì)算過(guò)程如下：max=E 2max : (GfR- 2)_ U max80 20"7"於舊80=(180000*0.0168kW23.6其中：車速為80km/h,空氣密度為1.23Njs2_m*,車重180000kg,空氣 阻力系 數(shù)為0.01;由于平路勻速行駛，沒有坡度阻力和加速阻力?？紤]到附件消耗功率20kW,還有10kW的充電余量，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率選為100 kWo注意：實(shí)

9、際上車輛很少以最高車速行駛，我們城市公交車的平均行駛速度為2030km/h ,如果以最高車速來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，那么功率有很大的浪費(fèi)， 而且電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)助力，因此在實(shí)際選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)要根據(jù)車輛的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行的調(diào)整。4.2 最高轉(zhuǎn)速根據(jù)車輛的最高車速?zèng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為2600r/min。4.3 最大扭矩一般由車輛的加速能力決定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，但是由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的存在，而且該混合動(dòng)力系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩很大，發(fā)動(dòng)機(jī) +驅(qū)動(dòng)電機(jī)肯定可以滿足加 速能 力的需求，無(wú)需討論發(fā)動(dòng)的最大扭矩。5發(fā)電機(jī)的選擇5.1 功率發(fā)電機(jī)的額定功率要保證車輛可以在臨界車速以下長(zhǎng)時(shí)間行駛，根據(jù)公式(1)可以計(jì)算得

10、到發(fā)電機(jī)的額定輸出功率要高于10kw,還要有一定的充電余量Pg 二 FtUa: GfR_Ua =180000 0.01 10kW3.6其中：車速為20km/h,車重180000kg,空氣阻力系數(shù)為0.01；由于平路勻速 行駛, 沒有坡度阻力和加速阻力；車速較低，忽略了空氣阻力。如果考慮以一定的車速上坡，那么需要增加發(fā)電機(jī)的功率，假設(shè)坡度為8%,保持車速為10km/h,根據(jù)公式(1)可得功率大概在40kw左右。5.2 轉(zhuǎn)速發(fā)電時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以選擇適宜傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，使得發(fā)電機(jī)工作在事先設(shè)定好的效率最高的轉(zhuǎn)速下。5.3 電壓發(fā)電機(jī)的電壓要在電池、電容和電機(jī)的工作電壓范圍內(nèi)，并能給電容充

11、滿電。6超級(jí)電容的選擇6.1 容量超級(jí)電容滿足起步加速的需求，根據(jù)020km/h加速時(shí)間小于12s,平均加速度a，為0.46 m/s2,加速過(guò)程需要的電能大于 360kJ ,計(jì)算過(guò)程如下： tE =Fu at =(Gf R +6ma 0) Jo(0 + a0t)dt =360kJ其中：車速為20km/h,車重180000 kg,旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)取1.1,平均加速度 區(qū)0.46m/s2,加速時(shí)間12s。電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)滿足加速需求，根據(jù)2050km/h加速時(shí)間小于18s,平均加速度a。為0.46m/s2,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的需求扭矩為890 Nm，假設(shè)電機(jī)提供其中 的190Nm,貝U加速過(guò)程電機(jī)消耗的能

12、連大于400kJ。超級(jí)電容滿足車輛加速助力的功率需求，根據(jù) 5080km/h加速時(shí)間小于 40s,可以得到平均加速度為0.2m/s2,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的扭矩需求為476 Nm ,發(fā)動(dòng)機(jī)就可以滿足扭矩需求，無(wú)需電機(jī)助力。6.2 放電電流超級(jí)電容滿足起步加速的需求，根據(jù) 020km/h加速時(shí)間小于12s,在加速 末端 20km/h時(shí)具有最大的功率輸出，此時(shí)應(yīng)該對(duì)應(yīng)超級(jí)電容的截止電壓，假設(shè)為400V平臺(tái)，截止電壓為240V,那么可得此時(shí)的電流為250A;假設(shè)電壓為600V,那么可 得電流為160A。如果發(fā)電機(jī)工作，可以提供額外45A的電流。6.3 充電功率假設(shè)該車以20km/h的車速下6%1勺坡，貝剛

13、動(dòng)功率為 50kW ,假設(shè)電壓為 400V,那么充電電流為125A假設(shè)電壓為600V,那么可得電流為83AO6.4 電容選型400V平臺(tái)：選用 Maxwell的BMOD016P048, 8 串2并就可以滿足要求，電 容 組為388V,電容41F,連續(xù)放電電流300A,設(shè)放電截止電壓為240V,那么該電 容組包 含的電能為1850kJ° 如果用BM0D00838串2并，電流可能不夠o600V平臺(tái)：選用 Maxwell的BMOD008P048, 12 串2并就可以滿足要求，電 容 組為580V,電容13.5F ,連續(xù)放電電流230A,設(shè)放電截止電壓為360V,那么該 電容組 包含的電能為1300kJ o7鋰電池的選擇7.1 容量連續(xù)爬長(zhǎng)坡時(shí)，需要鋰電池、超級(jí)電容和發(fā)電機(jī)同時(shí)供電。以 10km/h的車 速爬20%的坡3min ,需要的電能為5kWh。假設(shè)鋰電池提供其中80%的電能， 假設(shè) SOC的