ADVISOR纯电动汽车仿真.ppt

纯电动 汽车仿真,ADVISOR,纯电动汽车车动力系参数匹配,电动汽车的动力系统主要包括电动机、动力电池、传动系和控制系统四部分。电动汽车动力匹配的任务是在满足整车动力性能要求的基础上合理选择动力总成中各部件参数，降低改装成本和提高续驶里程 。,1、电动机的参数匹配,电动机是纯电动汽车的唯一动力源，其性能与电动汽车整车性能密切相关，因此，对电动机的选择及参数匹配是研究设计纯电动汽车动力系统的关键之一。为了高性能地驱动电动汽车，驱动电机在性能上须达到一定的要求，通常要求驱动电机能够频繁起动停车、加速减速，转矩控制的动态性能要求高；在低速或爬坡时，转矩要高，而在高速行驶时，转矩要低；其次，驱动电机的的调速范围要宽，既要工作在恒转矩区，又要运行在恒功率区，同时在整个调速范围内还得保持较高的运行效率。,1.1 驱动电机类型的选择 适用于电动汽车的电动机可分为两大类，即有换向器电动机和无换向器电动机。前者表示它们通常有换向器组件，而后者则无换向器组件。 主要有以下几种电机类型；有换向器的直流电动机 ；无换向器直流电动机 中的感应电动机、永磁电机 、开关磁阻电动机 。,纯电动汽车的电动机应有较高的转矩惯量比，尽可能宽的高效率区和良好的转矩转速特性。在目前所用的电动机驱动系统中，直流电机虽然具有良好的控制特性，但由于其自身固有的缺陷，在电动汽车中用的越来越少。采用鼠笼式感应电动机结构简单，运行可靠，大量应用在电动汽车中，但功率密度和效率一般。开关磁阻电机结构更为简单，效率、转矩惯量比也较高，但由于力矩波动及噪声过大，在电动汽车上用得还不普遍。永磁无刷电动机系统具有最高的效率、转矩惯量比，在电动汽车中得到了较广泛的应用。,1.2 电动机峰值功率及额定功率的匹配,1.电动汽车动力系统参数匹配的基本原则 电动机的功率直接影响整车的动力性。电动机功率越大，电动汽车的后备功率也越大，加速性和最大爬坡度越好，同时也会增加电动机的体积和质量，正常行驶时电动机不能在高效率区附近工作，降低了车辆的续驶里程。因此，设计时通常依照电动汽车的最高车速vmax (km/h)、初速度v0、末速度v，加速时间丁(秒)和最大爬坡度lmax (%)来确定电动机的功率。 首先，根据最高车速vmax (km/h)确定的最大功率为； 式中为 传动系总效率，f为滚动阻力系数， 为空气阻力系数，A为迎风面积（ ）,其次，根据最大爬坡度确定最大功率：,式中最大爬坡角,最后，根据加速性能来确定最大功率： 汽车起步加速过程可根据经验公式表示为： 式中x为拟合系数，一般取0.5左右； Vm 和Tm分别为车辆的加速时间（S） 和车辆的末速度(km/h) 。,1-2,1-3,假设车辆在平直路面上加速，根据车辆加速过程的动力学方程，其瞬态过程总功率为： = 1- 4 其中Pall为加速过程总功率（kw）由加速功率Pj、滚动阻尼功率Pf与空气阻力功率Pw组成；dt为设计过程的迭代步长，单位秒，为满足计算精度要求，步长通常取为0.1秒。 车辆在加速过程的末时刻，点击输出最大功率，因此，加速过程最大功率要求Pall-max为：,1-5,Pall-max=Pmax3=,根据上述由动力性三项指标计算各自最大功率，动力源总功率P必须满足上述所有的设计要求，即：,1-6,将整车参数代入上述公式并按照整车动力性要求，计算得到电动机的峰值功率，计算过程如下： 整车通过改型为电动客车后，质量估算：,1-7,即，新车质量原车整备质量发动机质量变速器质量发动机附件质量+电池质量+电机质量+乘员质量。估算电动机、电池和乘客等质量后，计算得到 veh_mass。,首先将不同的车速值代入式（1-1），得到最高车速与电动机最大功率需求的关系曲线。再根据性能指标最高车速，进而得到 Pmax1。 其次将不同的坡度值代入式（1-2），并假设车速 vi ，计算得到车辆最大爬坡度与电动机功率需求的关系曲线。再根据最大爬坡度要求、车速，最终得到Pmax2 。 最后将不同的加速时间与加速末速度代入式（1-5），计算得到车辆加速性能与电动机功率需求的三维关系曲线。 考虑一定的电动机后备功率（约 20%），计算得 Pmax3 。,综合考虑上述动力性指标（最高车速、最大爬坡度和加速性）要求，根据式（1-6）确定电动机峰值功率为,电动机的额定功率可根据峰值功率由下式求出：,（1-8 ）,式中 Pm ax电机峰值功率； P额 电机额定功率；电机过载系数。 （电动机过载系数一般取为 23 ）,1.3 电动机额定转速及最高转速的选择 电动机的最高转速对电动机成本、制造工艺和传动系尺寸有很大的影响。转速在 6000r/min 以上的为高速电机，以下为普通电机。前者成本高、制造工艺复杂而且对配套使用的轴承、齿轮等有特殊要求，一般适用于电动轿车或 100kw 以上大功率驱动电机，很少在纯电动客车上使用。因此应采用最高转速不大于 6000r/min 的低速电机。,电动机最高转速与额定转速的比值也称为电机扩大恒功率区系数 ，随 值的增大，电动机可在低转速区获得较大的转矩，有利于提高车辆的加速和爬坡性能。但 值的过多增加会导致电动机工作电流的增大，增大了逆变器的功率损耗和尺寸。因此 值一般取 24，计算出电动机额定转速应该在 15003000r/min 之间选取。,注意事项： 对经常启动、制动和反转的生产机械，选择额定转速时则应主要考虑缩短启、制动时间以提高生产率。启、制动时间的长、短主要取决于电动机的飞轮矩和额定转速，应选择较小的飞轮矩和额定转速。从电动机制造角度讲，同样功率的电动机若额定转速越高，其电磁转矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦轻，并且高速电机的功率因数及效率比低速电机都高。若能选择转速愈高的电动机，则经济性愈好，但若由此而引起电动机与被拖动机械间的转速相差过大时，所需装设减速装置的传动级数就越多，这就会加大设备成本及传动的能量损耗。,1.4 电动机额定电压的选择 电动机额定电压的选择与电动汽车动力电池组电压密切相关。在相同输出功率条件下，电池组电压高则电流小，对导线和开关等电器元件要求较低，但较高的电压需要数量较多的单体电池串联，引起成本及整车质量的增加和动力性的下降并且难于布置。 电动机额定电压一般由所选取的电动机的参数决定，并与电动机额定功率成正比，电动机的额定电压越高电动机的额定功率越大。考虑上述结果确定电动机的额定电压范围为 300350V。,由于电动汽车在行驶过程中所遇到的阻力随车速的变化而变化，变化范围很宽，单靠电动机的力矩变化无法满足电动汽车的行驶性能要求。为了满足电动汽车的行驶性能，同时也使驱动电机经常保持在高效率的工作范围内工作以减轻驱动电机和动力电池组的负荷，电动汽车在电动机和驱动轮之间需要安装减速器和变速器。,2 传动系的参数匹配,