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现代车辆纯电动汽车驱动系统设计

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:电机额定电压的选择与纯电动汽车动力电池组电压密切相关。纯电动汽车的传动系统参数匹配设计主要包括变速器的匹配设计和主减速器的匹配设计。对于纯电动汽车,动力电池组能量的大小由续驶里程决定。工况法指将纯电动汽车置于工况试验环境下以工况行驶速度经行驶试验,试验期间行驶的总距离即为续驶里程。纯电动汽车常采用等速法对续驶里程进行测定。

现代车辆纯电动汽车驱动系统设计

纯电动汽车电机应有较高的转动惯量比、尽可能宽的高效率区和良好的转矩转速特性。在目前应用的电机驱动系统中,直流电机虽然具有良好的控制特性,但碍于其固有的缺陷,在纯电动汽车中的应用越来越少。笼式感应电机结构简单、运行可靠,大量应用在纯电动汽车中,但其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,但其力矩波动及噪声过大,在纯电动汽车上的应用还不普遍。永磁无刷电机具有最高的效率、转矩惯量比,在纯电动汽车中得到了广泛应用。

(1)电机的参数匹配

1)纯电动汽车动力系统参数匹配的基本原则。电机的功率直接影响整车的动力性能。电机功率越大,车的后备功率越大,加速性和最大爬坡度越好,但同时会增加电机的体积和重量,正常行驶时电机不能在高效率区工作,降低了车辆的续驶里程。因此,设计时通常依照纯电动汽车的最高车速、初速度、末速度、加速时间和最大爬坡度来确定电机的功率。

2)电机额定转速及最高转速的选择。电机的最高转速对电机成本、制造工艺和传动系统尺寸有很大影响。转速在6000r/min以上的为高速电机,6000r/min以下的为普通电机。前者成本高、制造工艺复杂且对配套使用的轴承齿轮等有特殊要求,一般适用于100kW以上的大功率驱动电机,很少在纯电动客车上使用。因此应采用最高转速低于6000r/min的低速电机。电机最高转速与额定转速的比值也称电机扩大恒功率区系数,随该系数的增大,电机可在低转速区获得较大转矩,有利于提高车辆的加速和爬坡性能,但同时会导致电机工作电流增大,并使逆变器的功率损耗和尺寸相应增大。因此,电机扩大恒功率区系数一般取2~4。计算出电机额定转速应在1500~3000r/min之间。

3)电机额定电压的选择。电机额定电压的选择与纯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,动力电池组电压高,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,导致成本及整车质量的增加和动力性能的下降,且难于布置。电机额定电压一般由所选取的电机的参数决定,并与电机额定功率成正比。电机的额定电压越高,其额定功率越大。考虑上述结果,确定电机的额定电压范围为300~350V。近年来,电机及驱动系统的控制系统趋于智能化和数字化。各车企分别将变结构控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制、专家控制、遗传算法非线性智能控制技术,结合应用于纯电动汽车的电机控制系统中。

(2)纯电动汽车传动系统的参数匹配

纯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,因此单靠电机的力矩变化无法满足纯电动汽车的行驶性能要求。为满足纯电动汽车的行驶性能,同时也使电机经常保持在高效率工作区间内,以减轻电机和动力电池组的负荷,应在纯电动汽车的电机和驱动轮之间安装减速器和变速器。

纯电动汽车的传动系统参数匹配设计主要包括变速器的匹配设计和主减速器的匹配设计。在电机输出特性一定时,传动系统传动比的选择主要取决于纯电动汽车的动力性要求,即最大传动比取决于整车的最大爬坡度,最小传动比取决于整车的最高车速。

1)最大传动比的选择。传动系统最大传动比是变速器最低档传动比与主减速器传动比的乘积,由电机峰值转矩和车辆最大爬坡度决定。

2)最小传动比的选择。传动系统最小传动比是变速器最高档传动比与主减速器传动比的乘积,由电机的最高转速和车辆最高速度决定。随着电机及其控制技术的发展,高转速、宽调速范围得以实现。纯电动汽车要求电机既能在恒转速区提供较高的瞬时转矩,又能在恒功率区提供较高的转速。

(3)动力电池的参数匹配

动力电池系统是纯电动汽车的能量源,为整车提供驱动电能。动力电池系统的体积、形状和技术参数影响纯电动汽车的行驶性能。纯电动汽车动力电池系统的参数匹配主要包括动力电池类型的选择、动力电池组电压和能量的选择。纯电动汽车要求动力电池系统具有较高的比能量和比功率,以满足汽车的续驶里程和动力性能要求,同时也需要动力电池系统具有与汽车使用寿命相当的充放电循环寿命,拥有高效率、良好性价比以及免维护特性。具体要求如下:(www.xing528.com)

1)能量密度高,以提高运行效率和续驶里程。

2)输出功率密度高,以满足驾驶性能要求。

3)工作温度范围广,以满足夏季高温和冬季低温的运行需要。

4)循环寿命长,保证动力电池的使用年限和行驶总里程。

5)无记忆效应,以满足车辆处于非完全放电状态下的充电需要。

6)自放电率小,满足车辆较长时间的搁置需求。

7)安全性好、可靠性高以及可循环利用。

纯电动汽车动力电池系统的参数匹配主要包括动力电池类型的选择、动力电池组电压和能量的选择。

1)动力电池类型的选择。根据对动力电池特性的分析和动力电池的匹配原则,选择合适的动力电池。

2)动力电池组电压的选择。在匹配动力电池组电压时,要求动力电池组的电压等级与驱动电机的电压等级一致,并满足驱动电机电压变化的要求。由于电动空调、电动真空泵和电动转向助力器等附件的功率消耗,动力电池组的总电压要高于电机的额定电压。一般车载动力电池的放电电流不超过300A。

3)动力电池组能量的选择。动力电池能量指标是体现动力电池价值的最重要参数。对于纯电动汽车,动力电池组能量的大小由续驶里程决定。纯电动汽车的续驶里程可通过工况法或等速法测定。工况法指将纯电动汽车置于工况试验环境下以工况行驶速度经行驶试验,试验期间行驶的总距离即为续驶里程。等速法指让纯电动汽车以恒定速度在道路上行驶,由于不同车速下的续驶里程不同,根据续驶里程与车速的关系,当车速在30~63km/h范围内时有较大的续驶里程。纯电动汽车常采用等速法对续驶里程进行测定。

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