微型电动汽车性能参数匹配与仿真

蒋志伟

(江苏林海动力机械集团有限公司，江苏 泰州 225300)

微型电动汽车性能参数匹配与仿真

蒋志伟

(江苏林海动力机械集团有限公司，江苏 泰州 225300)

以林海某款微型电动汽车为例，按照性能指标要求，通过理论分析和计算来匹配电机和电池参数。最后通过仿真软件Advisor进行仿真验证，结果表明性能参数匹配合理。

微型电动汽车；参数；计算匹配；仿真

随着能源和环境危机的加剧，电动汽车已成为未来汽车工业的发展方向。其中，微型电动汽车因其轻便节能环保和能够满足日常出行需要，正在逐渐成为一种重要的交通工具。动力系统作为电动汽车的核心部分，其各部件间的匹配将直接影响汽车的性能、成本和经济性，因此对电动汽车的动力部件进行合理的参数选取与匹配非常重要[1-6]。

1 整车性能计算

1.1 整车参数及性能指标

电动汽车的动力性能主要由最高车速、加速时间和最大爬坡度三个指标来评定。

林海某款微型电动汽车的整车参数和性能指标分别见表1、表2。

表1 某款电动汽车的整车参数

参数名称参数值整备质量/kg800满载质量/kg1100额定载客/人4轴距/mm2170迎风面积/m223轮胎型号155/65R13减速比10

表2 某款电动汽车性能指标

指标名称技术指标最高车速/km·h-1400～30km/h加速时间/s≤10最大爬坡度20%总续驶里程/km≥80

1.2 动力性能匹配

1.2.1 电机最高转速

(1)

式中：u为车速(km/h)；rr为轮胎滚动半径(mm)；i为减速比。

通过计算可得电机的最高转速n=3 989 r/min。

1.2.2 电机额定转速

在日常行驶过程中，考虑到车辆的实际使用情况及其经济性，通常以常规车速来确定电机的额定转速。设定常规车速为30 km/h，通过计算可得电机的额定转速n=2 986 r/min。

1.2.3 最高车速行驶所需功率

车辆在正常道路上以最高车速行驶时，需要克服的阻力有滚动阻力和空气阻力。所需功率P1为：

(2)

式中：η为传动效率；m为整车质量(kg)；g为重力加速度(m/s2)；f为轮胎滚动阻力系数；umax为最高车速(km/h)；CD为空气阻力系数；A为车辆的迎风面积(m2)。

通过计算可得所需功率P1=2.4 kW。

1.2.4 最大爬坡时所需功率

根据国家标准GB/T 18385-2005《电动汽车动力性能试验方法》[7]所规定的爬坡性能来计算电机所需要的功率，车辆的最大爬坡度应不低于20%。在计算最大爬坡行驶功率时忽略了加速阻力功率和相应的空气阻力功率。由于低速电动汽车爬坡时速度不高，因此此处只计算了以15 km/h车速匀速爬坡时所需的功率。其计算公式为：

(3)

通过计算可得最大爬坡所需功率P2=7.63 kW。

1.2.5 满足加速性能时所需功率

车辆加速时对应的电机所需功率为加速时的滚动阻力、空气阻力和加速阻力功率之和，根据加速性能确定电机功率的计算公式为：

(4)

通过计算可得加速所需功率P3=8.6kW。

1.2.6 电机功率和扭矩计算

电机峰值功率应能同时满足车辆对最高车速、爬坡度及加速时间的要求，即Pmax≥max(P1,P2,P3)。

电机额定功率与峰值功率之间的关系为：

Pmax=Pe×λ

(5)

式中：λ为电机过载系数，一般取2～3。

根据计算，确定电机的额定功率为4 kW，通过上式可计算出电机的最大功率为8～12 kW，能够满足最大所需的功率。

电机扭矩计算公式为：

(6)

式中：n取基速，电机峰值扭矩=27.4 N·m；额定扭矩=12.73 N·m。

根据理论计算结果确定的电机参数见表3。

表3 电机参数

额定功率/kW最大功率/kW额定转速/r·min-1最高转速/r·min-1额定扭矩/N·m最大扭矩/N·m410300050001273>30

1.3 蓄电池参数匹配

动力电池作为电动汽车的唯一能量来源，其容量将直接影响车辆的续驶里程。微型电动汽车主要以铅酸电池为主，其能够适应大电流放电，具有免维护、寿命长、充电接受能力强等特点。

根据续驶里程计算电池容量，设计要求电动汽车以额定车速40 km/h匀速行驶，续航里程应不小于80 km，考虑电池的放电深度约为0.8。

(7)

式中：S为续航里程(km)，v为额定车速(km/h)。

通过计算可得所需能量Eb≥8 kW。考虑到微型电动汽车实际行驶时经常有加速、刹车、爬坡等不同的工况和其他附载电器件(灯光、雨刷等)的能量损耗，因此确定选择60 V 120 Ah的铅酸免维护胶体电池。

2 性能仿真

Advisor是基于Matlab和Simulink软件环境下开发的电动汽车仿真软件，其可以对各种汽车的零部件模型或整车进行仿真，是一款优质的电动汽车仿真软件。按照步骤首先建立电动汽车模型，然后对各模块进行参数设置，最后模拟微型电动汽车的行驶状况[8-9]。

图1所示为典型的城市行驶工况。海拔高度为0 m，最高车速为40 km/h，平均时速为11 km/h，工况时间为1 089 s，总里程3.32 km。

图1 城市工况

图2所示为车辆在一个循坏工况下的蓄电池SOC(State of Charge，荷电状态，也称剩余电量)的变化情况。从图2可以看出随着时间里程的增加SOC逐渐减少，但下降平稳。

图2 电池SOC

图3所示为一个循环工况下电流和扭矩的变化曲线。从仿真结果可以看出，微型电动汽车的性能基本能够满足城市工况。

图3 电流和扭矩曲线

3 结束语

以某微型电动汽车为例，在给定整车参数的基础上，根据相关动力性能指标，通过汽车理论计算得出主要参数，再采用Advisor软件进行仿真验证，证明了参数匹配的合理性。

[1] 王冰.增程式电动汽车动力系统参数匹配[D].大连：大连理工大学，2014.

[2] 余银辉.微型电动汽车传动系统匹配及驱动优化研究[D].重庆：重庆大学，2009.

[3] 申彩英，李孟柯.微型纯电动汽车动力系统参数匹配研究[J].辽宁工业大学学报，2013，33(4)：255-259.

[4] 曹晓光，赵青青.基于WTW的电动汽车效率研究[J].森林工程，2014，30(1)：154-156.

[5] 马东辉，吴煜，王猛猛.电机在新能源汽车上的应用[J].林业机械与木工设备，2013，41(6)：13-17.

[6] 郝魁，贠海涛，孙华伟，等.微型纯电动汽车动力系统匹配设计[J].青岛理工大学学报，2015，36(1)：108-113.

[7] GB/T 18385-2005，电动汽车动力性能试验方法[S].北京：中国标准出版社，2006.

[8] 曹振新，虞海波，马成伟.微型纯电动汽车的动力参数匹配与仿真研究[J].机械制造，2014，52(593)：25-28.

[9] 刘和平，余银辉，王强，等.微型电动轿车动力性匹配设计及仿真[J].2010，43(5)：56-58.

(责任编辑 张雅芳)

Matching and Simulation of Performance Parameters of Micro-electric Vehicles

JIANG Zhi-wei

(Jiangsu Linhai Power Machinery Group Co.，Ltd.，Taizhou Jiangsu 225300，China)

Taking a Linhai micro-electric vehicle as an example，according to the requirements of the performance index，the matching motor and the battery parameters are analyzed and calculated through the theoretical analysis.Finally，the simulation software Advisor is used for verification，and the simulation results show that the performance parameter matching is reasonable.

micro electric vehicle；parameters;calculation matching；simulation

2016-08-09

蒋志伟(1984-)，男，江苏泰州人，工程师，学士，主要从事新能源汽车电器研究，E-mail：269698011@qq.com。

U469.7；TP391.9

A

2095-2953(2017)01-0041-03