基于电动汽车动力系统设计及仿真研究

邵得孟，史振萍

（德州学院，山东 德州 253000）

基于电动汽车动力系统设计及仿真研究

邵得孟，史振萍

（德州学院，山东 德州 253000）

随着国家经济的发展，对环保建设的关注度越来越高，电动汽车动力系统作为影响环境质量的一项重要因素也逐渐成为了社会各界的研究方向。文章主要以环保建设和低成本为质量目标，研究电动汽车动力系统的设计问题，并结合计算机仿真技术，预测电动汽车动力系统设计过程中的各项性能，并通过优化的手段加以改善。

电动汽车动力系统；设计；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.006

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-13-03

引言

电动汽车作为一种交通工具，随着汽车行业在世界经济上的崛起，各国在电动汽车领域均投入了大量的精力与财力，并且取得了较为显著的效果。然而，电动汽车在生产过程中依然存在一系列问题，例如生产耗时较大，生产成本相对较高以及污染指数控制不佳等。因此，本文主要以改善电动汽车动力系统性能为出发点，研究电动汽车动力系统的设计和优化，对于发展电动汽车行业具有较高的指导意义。

1、电动汽车结构与关键技术概述

1.1电动汽车的基本结构

电动汽车与一般的汽车相比，其能量的传递方式主要是通过导线以电流形式的柔性传播，与传统的刚性机械连接相比，电动汽车各部分的结构在配置的过程中更加灵活，而且可以有效的安排系统空间。电动汽车一般包括三种类型，即纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。电动汽车的一般系统组成包括电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统，其典型结构如图1所示[1]。

电力驱动控制系统是电动汽车的核心，对于纯电动汽车而言，电力驱动控制系统决定了整个电动汽车的结构组成以及性能特征，相当于传统汽车中的发动机与其它功能以机电一体化的方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同之处。

图1　电动汽车典型结构示意图

1.2电动汽车的关键技术分析

影响电动汽车性能的首要技术就是电机驱动及其控制技术，驱动电机种类主要包括直流电机、交流感应电机、永磁电机和开关磁阻电机等，其具体的性能特点，如表1所示[2]。

表1　电力种类和性能对比

在实际选择过程中，由于驱动电机要满足电动汽车初始速度和加速过程中的动力要求，保证其在加速过程中能够尽可能的在高功率范围内工作，并且对驱动电机的可控性能、动态性能以及其它性能均提出了要求，因此，在选择驱动电机的过程中要综合比较不同驱动电机之间的优缺点，作出正确的判断。

除了电机驱动和控制技术以外，动力蓄电池也是关键技术之一，即蓄电池的性能可以直接影响到电动汽车的动力性能。

结合襄阳市的主要灾害类型，参照国家标准和其他城市的经验做法，总体上采用《关于加强城市绿地系统建设提高城市防灾避险能力的意见》（建城[2008]171号）的分类，将襄阳市防灾避险绿地分为防灾公园、临时避险绿地和紧急避险绿地3类，如表1所示。在服务半径和有效面积上则采用GB 51143—2015《防灾避难场所设计规范》。

2、电动汽车动力系统的设计

2.1电动汽车的受力分析

电动汽车在行驶的过程中受到外界多种阻力，因此汽车的驱动力与电动汽车所受到的外界阻力之和相等。其中汽车的驱动力可以通过式1.1表达。

如式1.1所示，其中T表示电动机的扭矩，单位为（N.m），ig表示变速器的传动比，io为主减速器的传动比，r为汽车车轮的半径，nt为传统系统的机械效率。

除式1.1,以外，汽车的驱动力Fr=Ff+Fw+Fi+Fj，其各自分别表示为地面的滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，驱动力与4种阻力之间的关系为近似关系，在误差允许范围内二者可以建立相等关系。

2.2电动汽车的动力性能分析

电动汽车的动力性能主要包括最高车速、加速时间和最大爬坡度和续航里程等几个方面。最高车速的表达式为uσ=0.377m/igi0；爬坡能力等于驱动力与空气阻力和滚动阻力的差，加速时间t=1/3.6*δm/Ft-(mgf+CDAuσ2/21.15)，纯电动汽车等速行驶下的续航里程可以表示为L=Wnuσ/P，W表示电池总能量[3]。

2.3电动汽车动力参数匹配与选型

表2　整车参数

表3　性能指标参数

本文中设计的电动汽车的动力系统主要采取了800rpm的永磁同步电机，恒功率的扩大系数设置在2到4之间，最大坡道上坡时所需要的功率要大于等于38.7卡瓦，加速过程中的最大功率不小于25卡瓦，电动机峰值功率为65KW，当驱动电机的过载系数取2.5时，额定功率为26KW处于25KW以上的范围内。在最大坡度行驶所需要的驱动转矩为170N.m。电动汽车的最小传动比要小于7.16，最大传动比要大于2.8，最后得到的传动比范围为5.51-7.1之间，电池容量为70Kw.h,蓄电池的个数为35个[4]。

3、电动汽车动力系统的仿真与分析

本文采取的仿真软件为ADVISOR仿真软件，仿真前期需要做的基本工作包括电动汽车车辆、车轮、减速器、变速器、驱动电机和蓄电池的基本模型，然后进入到模型的仿真分析与优化过程，鉴于模型建立过程较为繁琐，本文主要分析模型的仿真分析测试结果。

整车模型参数主要包括表2中的相关参数设置，仿真任务主要包括对电动汽车动力系统的最高车速、最大爬坡度、加速性能和续航里程进行仿真。

循环道路工况主要选择美国的CYS_UDDS，其与我国的道路情况较为相似。基于此，得到的仿真测试结果如图所示[5]。

图2　仿真测试结果

经过仿真测试以后，分析其仿真结果，总结为表4。由表4可以清晰的看出电动汽车动力系统的各项性能参数与期望指标之间的差异，在最高车速和续航里程两项指标上，动力系统均超越了期望指标。但是在加速性能与爬坡性能两个方面与期望值相差较大，有待于进一步优化。

表4　仿真结果汇总分析表

4、结论

综上所述，通过分析电动汽车的基本结构和关键技术，了解到电动汽车的基本工作原理，并设计出与电动汽车功能需求相适应的动力系统。通过采用计算机仿真技术对系统设计进行模拟，得出的结果显示，大部分的性能指标符合期望要求，部分性能指标有待于进一步改善。

[1]黄万友. 纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究[D].山东大学,2012.

[2]潘磊. 纯电动汽车动力系统匹配及仿真优化研究[D].长安大学,2015.

[3]陈宗波. 双驱电动汽车动力传动系统参数匹配与仿真研究[D].重庆大学,2013.

[4]李夏楠. 纯电动汽车动力系统参数优化方法仿真研究[D].武汉理工大学,2013.

[5]田超贺,张昕,张欣. 可充电式混合动力电动汽车动力系统分析及仿真研究[J]. 北京汽车,2011,04:5-8+11.

Research on design and Simulation of electric vehicle power system

Shao Demeng,Shi Zhenping
( Dezhou University, Shandong Dezhou 253000 )

with the development of the national economy, the construction of environmental protection has been paid more and more attention, the power system of electric vehicle is regarded as one of the important factors affecting the quality of the environment has gradually become the research direction of the community. This paper mainly to the construction of environmental protection and low cost as the quality objectives, design of electric vehicle power system, combined with the the computer simulation technology, the performance prediction process of electric vehicle power system design, and be improved by means of optimization.

electric vehicle power system; design; simulation

U464.9

A

1671-7988(2016)11-13-03

邵得孟（1994-），男，就读于德州学院汽车工程学院，专业：交通运输 （汽车运用方向）。

指导教师：史振萍，（1971-），女，讲师，就职于德州学院，从事机械制图和理论力学的教学与科研工作。