纯电动汽车动力电池匹配技术的研究

田伟

摘要：为了使汽车能够在各种路况下安全匀速行驶，采用磷酸铁锂电池作为动力源，通过ADVISOR对纯电动汽车中电池与整车系统进行研究。同时，利用国外UDDS与NEDC对匹配度进行仿真分析，在符合汽车动力性的基础上，采用多种方案对参数进行优化处理，最终获得一套较为完善的与所研究电动汽车相匹配的方案。

关键词：纯电动；汽车动力；电池匹配技术

引言：

现阶段，我国新能源汽车层出不穷，根据相关数据调查显示，2015年新能源汽车的销售总量已经大于70万，在全球新能源汽车市场中居于首位。目前，新能源汽车主要为电动汽车，但是在动力性能与续航能力方面存在一定的缺陷与不足，因此在符合汽车动力性能的基础上，采用何种匹配方式能够节省大量能源消耗属于新的研究课题。

1.整车数学模型的建立

在本文的研究中，针对某种纯电汽车模型，建立整车数学模型，将电动传动系统作为传动系，车辆行驶过程中的状态方程可以表示为：

式中，Tc代表的是电机转矩；Cd代表的是风阻系数；ig代表的是汽车变速箱速比；i0代表的主减速比；代表的是传动系统的总传动效率；A代表的是车辆在正向行驶的过程中，迎风部分总面积；代表的是质量转换系数。通过上述公式能够得出车辆在行驶过程中的状态通用方程：

Pa≥1/

其中1/的计算方式为：

式中，Pa代表的是车辆在行驶的过程中所需要花费的功率；f代表的是汽车轮胎滚动过程中产生的阻力系数；ua代表的是汽车行驶速度；g代表的是重力加速度；m代表的是整车质量；代表的是道路的坡度大小。在上述公式中，主要计算的是车辆在行驶的过程中，针对电机输出功率建立的数学模型，当功率数值得到充分满足之时，才能够使电动汽车的动力需求得到充分满足。

在对整车动力性能进行检测时，车辆的最高车速属于关键指标，能够充分体现车辆的加速性能。对于纯电动汽车来说，其动力主要来源于电机，当处于高速状况下时，电机在恒功率的状态下，将会输出转矩。因此，对于电机来说，其最大功率应与路况相结合，以在理想道路状况的情况下，车辆匀速行驶的过程中，产生的阻力来决定，表达公式为：

Pm≥1/

式中，Pm代表的是最大输出功率；Umax代表的是车辆在行驶中的最大速度。

当车辆处于行驶过程中时，车速受电机转速的限制较为明显，并且最高转速应与最高车速相对应，对转速进行计算时，公式为：

Nm≥i0ihumax/0.337r

在本文的研究中，纯电动汽车的主要参数为：整车质量M0为1400/kg；，满载质量M的数值为1780/kg；风阻系数Cd的数值为0.30；迎风面积A的数值为2.1/m2；滚动半径r的数值为0.432/m；主减速比i0的数值为5.926；滚动阻力系数f的数值为0.021；通过上述公式的计算后可以得出电机各项参数，在充分符合整车动力的基础上，采用交流永磁同步电机的方式作为整车电机，具有体积小、质量轻等特征，与本车电机的使用需求充分符合[1]。

2.磷酸铁锂电池的功率匹配

在纯电动汽车的行驶过程中，电池输出功率要高于输入功率与车载设备输入功能的总和。对于不同路况进行分析以后，在最大车速状态下，在纯电动汽车工作过程中，电机产生的需求最大，这时整车电器功率为1.5kw，输入功率为70.31kw，输出功率为71.81kw；当低速爬坡过程中，坡度为20%时，电机应输出较大的转矩，在此基础上进行计算可以得出电机输入功率为65.95kw，这时整车电器功率为1.5kw，输出功率为65.45kw；在车辆启动和处于高速行驶状态下时，电机工作处于额定功率上下，此时磷酸铁锂电池的输出功率为47.55kw，模型表达式为：

Pa≥Pv+Pm

式中，Pa代表的是磷酸铁锂电池输出的总功率大小；Pm代表的是车辆电机的输入功率大小；Pv代表的是车辆电器系统中的输入功率；按照相关理论计算研究可知，与电池保护相结合后，能够使车辆的动力性能得到充分满足；当SOC的数值小于0.1时，对车辆进行保护，使车辆难以正常启动，并且匀速行驶；当SOC的数值出于0.1到0.6之间时，需要对车辆的行驶速度进行实时控制。通过调查分析后能够得出，磷酸铁锂电池输出功率的最佳范围在于4.75-71.81kw[2]。

3.整车与动力电池的仿真分析

3.1整车模型构建与仿真

在ADVSOR仿真界面中，选取纯电动汽车模型，然后在仿真界面中进行分析。按照该电动汽车的需求，選择Vehicle选项，对.m文件中的相关参数进行相关设置，包括风阻系数、质量等。在对整车进行仿真时，在相应页面中来完成，将#of cycle的循环次数设置成12次，仿真步长为1s，为了对车辆的动力性能进行进一步测试，在爬坡与加速测试的过程中，坡度应为20%，并且得出在设定的各项是指基础上，整车的仿真参数。将UDDS与NEDC两种背景下的结果进行对比分析后发现，在相同的条件下，UDDS路况下电池的续航能力更有优势，但是在NEDC路况下，与最大车速相比来看，路况优势更加明显。在加速度与怠速时间方面几乎相同。

3.2动力电池仿真

在对磷酸铁锂电池进行匹配以后，UDDS与NEDC两种路况进行分析以后，通过研究结果可知：在NEDC路况中，0-800s范围内，加速效率的发展趋势较为稳定，以50km/h的速度浮动，在最后400s之内，对特定的路况实施加速，并且当最高时速超过120km/h时，将达到最为理想的计算效果，这将充分说明在NEDC路况下时，动力电池与整车之间的匹配效果最为良好；在UDDC路况下时，0-200s范围内，车辆的速度在50km/h左右，当200-300s范围时，对最高车速进行测试后，发现测试结果作为良好，然后车速将始终以50km/h的速度浮动，使仿真效果一直处于理想状态，由此可见，在UDDS中动力电池的匹配性良好。

结论：

综上所述，在本文的研究过程中，采用ADVISOR的方式构建整车模型，与匹配需求相结合后，建立数学模型，并且在UDDS与NEDC两种工况下对整车进行分析，通过测试结果显示，磷酸铁锂电池能够与电动汽车之间产生良好的匹配性，充分满足用户的使用需求。

参考文献：

[1]武仲斌. 考虑电动空调能耗的纯电动汽车动力传动系统参数匹配[D]. 重庆大学，2015.

[2]吴雪. 纯电动轿车动力系统参数匹配方法研究[D]. 吉林大学，2015.

[3]张方强. 增程式电动汽车动力系统参数匹配与仿真优化研究[D]. 浙江大学，2017.