帶增程器的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、帶增程器的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)0前言眾所周知，我國(guó)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車方面一直落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，有很多關(guān)鍵技術(shù)依賴于發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車企業(yè)，常常被別人牽著鼻子走，這也造成了我國(guó)汽車行業(yè)長(zhǎng)期處在一種低水準(zhǔn)、高成本的模式下運(yùn)作，非常不利于我國(guó)汽車行業(yè)的正常發(fā)展。LI前全球汽車行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型階段，山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(jī)汽車向新能源電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型，這也給我國(guó)汽車行業(yè)帶來了發(fā)展契機(jī)，大力發(fā)展新能源電動(dòng)汽車，掌握其關(guān)鍵技術(shù)，就能讓我國(guó)汽車企業(yè)在未來的全球競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)，在汽車行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位。1電動(dòng)汽車及Range-Extender簡(jiǎn)介電動(dòng)汽車具有高效、節(jié)能、低噪聲、零排

2、放等顯著優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。U前電動(dòng)汽車技術(shù)的研發(fā)已成為各國(guó)政府和汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車指全部或部分用電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車。它包括燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV和純電動(dòng)汽車（BEV）3種類型。其中純電動(dòng)汽車（BatteryElectricVehicle）發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，曾被全球汽車企業(yè)廣泛看好，從20世紀(jì)70年代至今，可以說比其他類型電動(dòng)汽車的發(fā)展時(shí)間都長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)也豐富，開發(fā)成本也較低。但山于LI前蓄電池儲(chǔ)能有限，純電動(dòng)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(dòng)汽車上加裝一個(gè)增程器（Range-Extender的方法來增加純電動(dòng)汽

3、車的續(xù)駛里程。增程器（Range-Extender是為了增加純電動(dòng)汽車行駛里程而加裝在純電動(dòng)汽車上的一個(gè)附加儲(chǔ)能部件。通常用戶可以在出行時(shí)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(jī)、蓄電池和燃料電池等。而由于增程器的工作特點(diǎn)，通常對(duì)其性能有如下要求：（1） 要求系統(tǒng)可靠，長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)后可以立刻進(jìn)入工作狀態(tài)；（2） 由于工況單一，要求對(duì)工作點(diǎn)進(jìn)行較好的優(yōu)化以降低系統(tǒng)成本，提高效率。相比純電動(dòng)汽車，帶Range-Extender的電動(dòng)汽車在行駛里程方面有很大的優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)油電混合動(dòng)力汽車，帶Range-Extender的電動(dòng)汽車在排放方面優(yōu)

4、點(diǎn)十分突出，而相比新型電電混合動(dòng)力汽車，帶Range-Extender的電動(dòng)汽車以蓄電池驅(qū)動(dòng)為主，更偏向于純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，因此也可視其為從混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)向純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的一種過渡方法。2動(dòng)力系統(tǒng)總體規(guī)劃1 所示。帶有Range-Extender的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致如圖(Rang!Snder)蓄電池二C 驅(qū)動(dòng)電機(jī)車輪設(shè)計(jì)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)往往要先確定車輛的整車性能指標(biāo)。車輛的整車性能中與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的指標(biāo)主要包括：動(dòng)力性.經(jīng)濟(jì)性.排放等，對(duì)于電動(dòng)汽車還要確定其一次充電后的行駛里程。車輛的動(dòng)力性能通常采用最高車速、最大爬坡度和加速性能來衡經(jīng)濟(jì)性是通過車輛的廳公里油（能）耗來衡排放則是通過廳公里排放的污染

5、物來衡首先根據(jù)開發(fā)U的和國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來確定待開發(fā)車輛的動(dòng)力性能指標(biāo)，其中加速性能用汽車從靜止加速到莫一速度所需的時(shí)間來確定，通常使用0A100km/h的加速時(shí)間來評(píng)價(jià)汽車的加速性能。在確定了待開發(fā)車輛的動(dòng)力性能要求之后，根據(jù)上述3個(gè)動(dòng)力性能指標(biāo)來確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，對(duì)于電動(dòng)汽車即確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)。根據(jù)行駛里程的要求可以確定車輛儲(chǔ)能部件的參數(shù)，對(duì)于電動(dòng)汽車即確定蓄電池的電io純電動(dòng)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(dòng)電機(jī)理想車用電機(jī)的特性可以用圖2表示。轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速皿以下以Tmax恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，以上以Wb恒功率運(yùn)行。電機(jī)輸出特性與車輛行駛時(shí)車速范圍寬、低速轉(zhuǎn)矩

6、大的要求相一致。根據(jù)上述分析,需要確定的電機(jī)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M轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)？電機(jī)參數(shù)。轉(zhuǎn)速3.1 確定電機(jī)最大功率( 1)最高車速工況整車力平衡方程：Ft=Ff+Fw(1)汽車驅(qū)動(dòng)力：Ft;滾動(dòng)阻力：Ff=m?g?f;空氣阻力：Fw=CdAV2/21.15,風(fēng)阻系數(shù)：Cd,汽車車速：V,迎風(fēng)面積：A,滾動(dòng)阻力系數(shù)：f。汽車以最高車速行駛所需要的電機(jī)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=rri2?g?sinaP2=Ft?Vb(4)3.2 確定電機(jī)最

7、高轉(zhuǎn)速需要先選擇傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比：i。nmax=V-l/(0.377xr)(5)車輪半徑：ro3.3 確定電機(jī)轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩工況向恒功率工況轉(zhuǎn)換時(shí)的車速，即對(duì)應(yīng)于恒轉(zhuǎn)矩工況時(shí)的最大轉(zhuǎn)速。3.4 校核加速時(shí)間加速過程通常分為恒轉(zhuǎn)矩和恒功率兩個(gè)階段。恒轉(zhuǎn)矩階段整車驅(qū)動(dòng)力：Fti=Tmax/Vb轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速時(shí)的車速：Vb恒功率階段整車驅(qū)動(dòng)力：Ft2=Wb/V（6）因此整車加速時(shí)間：dV+F；4選擇儲(chǔ)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M來確定儲(chǔ)能電池電M。作為純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的常見類型為鉛酸電池、彳桀鎘電池和彳桀氫電池、鋰電池、磷酸鐵鋰電池等。其中磷酸鐵鋰電池也是一種鋰

8、電池，具比能M不到鉆酸鋰電池的一半，但是其安全性高，循環(huán)次數(shù)能達(dá)到2000次，放電穩(wěn)定，價(jià)格便宜，因此通常選擇磷酸鐵鋰電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)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(jī)或者燃料電池?；诒MM避免使用燃油和爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)零排放的初衷，建議選用蓄電池或燃料電池作為Range-Extendero根據(jù)動(dòng)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(chǔ)電6實(shí)例分析假設(shè)開發(fā)一輛場(chǎng)館車，整車參數(shù)如表表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(dòng)續(xù)航里程60ExtendedRange60總續(xù)航里程120空載質(zhì)

9、M(mi/kg)495湎載質(zhì)M(m/kg)570車輪半徑/mm222.4風(fēng)阻系數(shù)0.35迎風(fēng)面積（m?）1.96滾動(dòng)阻力系數(shù)0.015傳動(dòng)效率（m）0.95根據(jù)其使用LI的和常用工況可以選擇動(dòng)力性能指標(biāo)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(shí)小于5s；巡航車速：Vn=30km/ho6.1 計(jì)算電機(jī)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(jì)算出最大功率為2.68kWo電機(jī)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0.99kWo選擇的驅(qū)動(dòng)形式為四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此傳動(dòng)比為

10、1,根據(jù)式（5）得出nmax=480（1/min）o轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速即為最大爬坡車速時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)式（5）得出：nb=i20（1/min）。根據(jù)式（6）得出加速時(shí)間為3.464s滿足性能要求。6.2 計(jì)算動(dòng)力電池參數(shù)以巡航車速30km/h,行駛60km所需能E二Pt二3600口口？（叫窈+魯*）%?!=?x（570xA.8x0.015+。如伽冊(cè)x3Qx23600x0.95x0.921.15=2.2時(shí)市磷酸鐵鋰電池放電電壓在2.5V-3.5V之間,故可選用20個(gè)放電電莊為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M為80Ah;希望SOC:0.2-0.9；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#數(shù)要求Range-Extender提供可供該車行駛60km的能考慮蓄電池充電效率，Range-Extender的儲(chǔ)電M應(yīng)比蓄電池的4.8kW?h略大，可取5kW?h。磷酸鐵鋰電池充電電壓在