CN102799743A - 一种纯电动车动力系统匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纯电动车动力系统匹配方法，包括如下步骤：（1）确定整车各部件的参数；（2）建立整车仿真计算模型；（3）将参数输入模型进行仿真计算；（4）进行多次性能仿真分析，对参数进行改进和优化。通过以上方法可以反复计算优化出完全满足性能指标的动力系统参数，对于节约开发周期和成本意义重大。

Description

一种纯电动车动力系统匹配方法
技术领域
本发明涉及一种纯电动车动力系统匹配方法。
背景技术
电动汽车因为具有清洁无污染、能量转换效率高、结构简单、使用维护方便等优点, 已成为当代汽车研究的热点。然而, 电动车续驶里程问题制约了其普及和发展。因此, 对电动汽车的动力系统参数进行合理的设计和匹配, 从而提高传动效率, 增加其续驶里程, 已成为国内外汽车行业发展研究的热点之一。
电动车动力系统的设计涉及的影响因素很多，在电动车设计过程中如何通过优化动力系统参数，以实现性能优化、节约开发周期和成本的目的，一直是动力系统匹配工作中的难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯电动车动力系统匹配方法通过建立整车仿真模型，从而合理匹配与优化电动车动力系统各部件参数。通过建立整车MATLAB/SIMULINK仿真模型，合理匹配与优化电动车动力系统各部件参数，从而提高传动效率，增加续驶里程，并有效节约电动车开发周期及成本。
具体技术方案如下：
一种纯电动车动力系统匹配方法，包括如下步骤：
（1）确定整车各部件的参数；
（2）建立整车仿真计算模型；
（3）将参数输入模型进行仿真计算；
（4）进行多次性能仿真分析，对参数进行改进和优化。
进一步地，步骤（1）进一步包括：
（1-1）依据整车基本参数确定整车动力性能指标；
（1-2）驱动电机主要参数匹配：以最高车速确定电机的额定功率；以常规车速确定电机额定转速；以额定功率/转速确定电机额定转矩；以最大爬坡度确定电机的最大转矩；
（1-3）传动系统参数匹配：从满足汽车行驶最高车速的要求，确定传动系最小速比，最大传动比由最大爬坡度确定，确定传动系最大传动比即确定变速器传动比；
（1-4）动力电池组参数匹配：动力电池组参数确定依据车辆续驶里程和电机最大输出功率的需求，由电机最大输出功率选择电池数，由续驶里程选择电池数；
（1-5）结合整车基本参数和技术指标，确定初步参数匹配方案。
进一步地，步骤（1-1）中，所述电动汽车是基于燃油微型汽车进行改装的前置前驱可外接220V插电式纯电动汽车，在保留原车系统的基础上，改用锂离子电池、永磁同步电机驱动车辆行驶。
进一步地，步骤（1-2）中，电动汽车采用永磁同步电机作为唯一动力驱动装置，电机既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又能在恒功率区提供较高的运行速度。
进一步地，步骤（1-2）中，驱动电机主要参数匹配采用如下算法：用电机的额定工况计算电动汽车的最高车速，用电机的短时工作性能曲线计算车辆的最大爬坡度，电动汽车的常规车速落在电机的基频上，电动汽车最高车速功率平衡点落在电机连续工作性能曲线的等功率段上。
进一步地，步骤（1-3）中，传动系统包含变速器和主减速器，采用单一速比变速器，传动系速比匹配采用如下算法：保证实现预期的最高车速，保证汽车的最大爬坡度要求；以常规车速行驶时，保证电机工作在高效率区，保证电机既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又能在恒功率区提供较高的运行速度。
进一步地，步骤（2）中基于MATLAB/SIMULINK建立整车仿真计算模型。
进一步地，步骤（2）中包括：整车阻力计算模型的建立，电机控制策略的设计，整车仿真模型的建立。
进一步地，按照电动汽车行驶方程式建立整车阻力计算模型，和/或，在电机控制策略的设计中，在计算爬坡度和加速时间时，电机采用短时工作曲线，计算最高车速时电机采用额定工作曲线，电机控制中电机工作在高效率区间，和/或，根据电动汽车能量流控制模式，设计的整车仿真模型由循环工况、整车阻力计算模块、车轮模块、传动系模块、电池模块、电机模块等组成。
进一步地，步骤（3）中包括：输入整车基本参数和驱动电机、动力电池、传动系等部件参数的初步匹配值，在欧洲ECE15循环工况下进行性能仿真分析和参数优化：首先根据爬坡度和加速时间来确定电动机的最大功率，根据最高车速确定其额定功率；然后校核过载倍数，并适当优化速比；最后根据行驶里程和电机工作电压要求确定电池的容量和总能量；经过多次反复性能仿真分析和参数改进与优化。
与目前现有技术相比，本发明建立了高效准确的SIMULINK电动车动力系统仿真计算平台，并通过实际产品验证；通过该仿真平台建设，创立了一整套电动车动力系统逻辑分析，推理，计算及优化的方法；通过此方法提高了动力系统效率，增加了续驶里程，并有效节约电动车开发周期及成本。
附图说明
图1为本发明电动车动力系统流程图
图2为本发明基于MATLAB / SIMULINK的整车仿真模型
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
1.动力性指标确认：
本发明所开发的电动汽车是基于燃油微型汽车进行改装的前置前驱可外接220V插电式纯电动汽车。在保留原车系统的基础上，改用锂离子电池、永磁同步电机驱动车辆行驶。依据整车基本参数确定整车性能指标。
2.驱动电机参数匹配：
本发明设计的电动汽车采用永磁同步电机作为唯一动力驱动装置，要求该电机既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又能在恒功率区提供较高的运行速度。驱动电机主要参数匹配应遵循以下基本原则：
⑴用电机的额定工况计算电动汽车的最高车速；
⑵用电机的短时工作性能曲线计算车辆的最大爬坡度；
⑶电动汽车的常规车速应落在电机的基频上；
⑷电动汽车最高车速功率平衡点应落在电机连续工作性能曲线的等功率段上。
以最高车速确定电机的额定功率； 以常规车速确定电机额定转速；以额定功率/转速确定电机额定转矩；以最大爬坡度确定电机的最大转矩。
3.传动系统参数匹配：
传动系统一般包含变速器和主减速器，因此电动汽车根据实际需要来选择主减速器和变速器。传动系速比匹配应遵守以下原则：
(1)必须保证实现预期的最高车速；
(2)必须保证汽车的最大爬坡度要求；
(3)以常规车速行驶时，尽可能保证电机工作在高效率区；
(4)保证电机既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又能在恒功率区提供较高的运行速度。
由于电动汽车经常行驶在城市较好的路面上，且车流密度较大，车速经常在40-50 km/h之间，故本发明采用单一速比变速器，不仅能减轻整车质量，同时动力性也有所提高。
从满足汽车行驶最高车速的要求，确定传动系最小速比；最大传动比由最大爬坡度确定，确定传动系最大传动比也就是确定变速器传动比。
4.动力电池组参数匹配:
动力电池组参数确定主要依据车辆续驶里程和电机最大输出功率的需求。由电机最大输出功率选择电池数；由续驶里程选择电池数。结合整车基本参数和技术指标，按照上述匹配方法进行相关计算与圆整，确定初步参数匹配方案，从而为进一步仿真分析和参数改进优化奠定基础。
5.整车仿真计算模型建立
在电动车开发的前期，对动力系统进行全方位的数学建模与分析，并通过MATLAB仿真计算软件搭建相应的整车系统仿真平台，在此平台上，通过对不同选定参数及能量管理策略反复运行，可以起到为确定原型车配置提供参考的作用，从而提高电动汽车设计的前瞻能力，并能有效的缩短开发周期，降低研发成本。
(1)整车阻力计算模型的建立
汽车在水平道路上等速行驶时必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力；当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，即坡度阻力；汽车加速行驶时需要克服的阻力，即称为加速阻力。。
按照电动汽车行驶方程式建立整车阻力计算模型。
(2)电机控制策略的设计
在电机的控制策略中需要区分电机的不同工作曲线。在计算爬坡度和加速时间时，电机应该用短时（小于2min）工作曲线；计算最高车速时电机应该用额定工作曲线。电机控制中要尽量让电机工作在高效率区间。
(3)整车仿真模型的建立
根据电动汽车能量流控制模式，设计的整车模型由循环工况、整车阻力计算模块、车轮模块、传动系模块、电池模块、电机模块等组成，其能量流控制流程如图1所示。图1中双向箭头表示请求和反馈，单向箭头表示请求。
6.基于MATLAB/SIMULINK建立整车仿真模型如图2所示，且能够通过M函数来控制其参数的变化。
Cycle（整车行驶工况模型），提供仿真计算时所需要的各种工况信息；
vehicle、wheel（整车行驶条件模型），计算空气阻力，滚动阻力等；
trans（传动系统模型）、motor（电机模型）和battery（动力电池模型）共同组成动力系统，他们之间通过传递功率、扭矩及电流等信息，不断地实现申请与反馈控制计算过程；stop sim为计算截止条件判定。
7.性能仿真与参数优化
利用电动汽车整车仿真模型（如图2），输入整车基本参数和驱动电机、动力电池、传动系等部件参数的初步匹配值，在欧洲ECE15循环工况下进行性能仿真分析和参数优化。具体思路如下：首先根据爬坡度和加速时间来确定电动机的最大功率（转矩），根据最高车速确定其额定功率；然后校核过载倍数，并适当优化速比；最后根据行驶里程和电机工作电压要求确定电池的容量和总能量。经过多次反复性能仿真分析和参数改进与优化。
通过以上方法可以反复计算优化出完全满足性能指标的动力系统参数，对于节约开发周期和成本意义重大。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）确定整车各部件的参数；
（2）建立整车仿真计算模型；
（3）将参数输入模型进行仿真计算；
（4）进行多次性能仿真分析，对参数进行改进和优化。
2.如权利要求1所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（1）进一步包括：
（1-1）依据整车基本参数确定整车动力性能指标；
（1-2）驱动电机主要参数匹配：以最高车速确定电机的额定功率；以常规车速确定电机额定转速；以额定功率/转速确定电机额定转矩；以最大爬坡度确定电机的最大转矩；
（1-3）传动系统参数匹配：从满足汽车行驶最高车速的要求，确定传动系最小速比，最大传动比由最大爬坡度确定，确定传动系最大传动比即确定变速器传动比；
（1-4）动力电池组参数匹配：动力电池组参数确定依据车辆续驶里程和电机最大输出功率的需求，由电机最大输出功率选择电池数，由续驶里程选择电池数；
（1-5）结合整车基本参数和技术指标，确定初步参数匹配方案。
3.如权利要求2所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（1-1）中，所述电动汽车是基于燃油微型汽车进行改装的前置前驱可外接220V插电式纯电动汽车，在保留原车系统的基础上，改用锂离子电池、永磁同步电机驱动车辆行驶。
4.如权利要求2或3所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（1-2）中，电动汽车采用永磁同步电机作为唯一动力驱动装置，电机既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又能在恒功率区提供较高的运行速度。
5.如权利要求2-4中任一项所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（1-2）中，驱动电机主要参数匹配采用如下算法：用电机的额定工况计算电动汽车的最高车速，用电机的短时工作性能曲线计算车辆的最大爬坡度，电动汽车的常规车速落在电机的基频上，电动汽车最高车速功率平衡点落在电机连续工作性能曲线的等功率段上。
6.如权利要求2-5中任一项所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（1-3）中，传动系统包含变速器和主减速器，采用单一速比变速器，传动系速比匹配采用如下算法：保证实现预期的最高车速，保证汽车的最大爬坡度要求；以常规车速行驶时，保证电机工作在高效率区，保证电机既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又能在恒功率区提供较高的运行速度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（2）中基于MATLAB/SIMULINK建立整车仿真计算模型。
8.如权利要求1-7中任一项所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（2）中包括：整车阻力计算模型的建立，电机控制策略的设计，整车仿真模型的建立。
9.如权利要求8所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，按照电动汽车行驶方程式建立整车阻力计算模型，和/或，在电机控制策略的设计中，在计算爬坡度和加速时间时，电机采用短时工作曲线，计算最高车速时电机采用额定工作曲线，电机控制中电机工作在高效率区间，和/或，根据电动汽车能量流控制模式，设计的整车仿真模型由循环工况、整车阻力计算模块、车轮模块、传动系模块、电池模块、电机模块等组成。
10.如权利要求1-9中任一项所述的纯电动车动力系统匹配方法，其特征在于，步骤（3）中包括：输入整车基本参数和驱动电机、动力电池、传动系等部件参数的初步匹配值，在欧洲ECE15循环工况下进行性能仿真分析和参数优化：首先根据爬坡度和加速时间来确定电动机的最大功率，根据最高车速确定其额定功率；然后校核过载倍数，并适当优化速比；最后根据行驶里程和电机工作电压要求确定电池的容量和总能量；经过多次反复性能仿真分析和参数改进与优化。
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