毕业设计（论文）-纯电动车电池组参数匹配分析.docx

湖 南 涉 外 经 济 学 院本科毕业论文（设计）题目纯电动车电池组参数匹配分析作者学院机械工程学院专业车辆工程学号 指导教师 二一六 年 五 月 九 日湖南涉外经济学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二 一六 年 五 月 九 日摘 要纯电动汽车是以车载电池作为唯一动力源的交通运输工具。随着全球能源危机的逐渐加剧，设计一款纯电动汽车是十分有必要的。纯电动汽车具有高清洁性以及低噪音污染的特点。但是由于纯电动车的整车成本高，行驶里程比较短，使得我国现阶段纯电动车的发展还不够深入。在纯电动车的设计与发展汇总，电池组的配备与发展有着十分重要的作用。在本课题的研究中，主要分析了纯电动车电池组参数的匹配分析。通过建立模型与仿真分析的方式对参数匹配结果进行了分析。本课题的研究结果表明，经过参数匹配设计后的纯电动车电池组的设计符合纯电动车发展以及设计的需要，具有一定的可行性以及经济价值。关键词：纯电动车；电池组；参数匹配；仿真AbstractPure electric vehicles is the on-board batteries as the only means of transport power source.With the increasing global energy crisis, design a pure electric vehicles is very necessary.Pure electric vehicles have Gao Qingjie sex, and the characteristics of the low noise pollution.But owing to the high cost of pure electric vehicle, driving range is shorter, makes our country at present the development of pure electric vehicles is not deep enough.Summary in the pure electric vehicle design and development, the battery pack is equipped with and development has a very important role.In this topic research, mainly analyzes the matching analysis of pure electric vehicle battery parameters.By establishing the model and the simulation analysis of parameter matching results are analyzed.This topic the research results show that after parameter matching design of pure electric vehicle battery pack design conforms to the need of pure electric vehicle development and design, has certain feasibility and economic value.Key words: pure electric vehicles;The battery pack；The parameter match;The simulation 目录一、引言1（一）研究背景和意义1（二）国内外研究现状1二、纯电动车电池组电池特性分析及建模4（一）电池组质量估算及电池等效电路模型41.电池组质量估算42.电池组等效电路模型4（二）不同额定容量电池的放电电压、内阻特性51.不同额定容量电池的放电电压特性分析52.不同额定容量电池的内阻特性分析6（三）电池组输出功率特性分析7（四）电池组能量特性分析8（五）电池组建模8三、纯电动车电池组参数匹配10（一）整车参数及性能指标10（二）电池组的参数匹配设计101.电池组总容量的确定112.电池组的连接形式123.单体电池最大放电电流124.单体电池的个数12四、纯电动车整车模型的建立与仿真13（一）整车模型的建立131.GT-drive整车动力系统建模132.主要模块功能及参数设置15（二）整车性能的仿真分析18五、纯电动车电池组的试验25（一）试验方法和仪器25（二）试验结果25六、总结26参考文献27一、引言（一）研究背景和意义改革开放以来，我国汽车产业得到了飞速发展，随着引进外资企业合资建厂、自主品牌的崛起，乘用车在一般家庭中已得到普及。在 2009 年，我国超越美国，成为世界上产销量第一的汽车工业国家。截至 2015年底，中国的汽车保有量达到了2.4亿量，随之而来的能源危机、环境恶化也日益严重。我国作为世界上最大的发展中国家，虽然资源总量很大但人均占有量低于世界平均水平，为确保国家未来能源安全、低碳式经济发展，发展节能与新能源汽车技术已迫在眉睫。我国新能源汽车产业的发展起步于 21 世纪初。2001 年，新能源汽车首次被列入“十五”期间“863”重大科技课题，规划了以传统汽油车为起点，向氢动力车目标迈进的战略。计划在 2016-2020 年，进一步普及新能源汽车，使插电式电动轿车、氢燃料电池轿车逐步进入普通家庭。2012 年，国务院印发了节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020 年），规划指出，加快节能与新能源汽车的发展，对于有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展，加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争力有举足轻重的意义。在技术路线上，以纯电驱动模式作为汽车工业转型的主要方向，当前主要推进纯电动汽车及插电式混合动力汽车的产业化。至 2020 年，生产能力达到200万辆，产销量突破500万辆，乘用车平均燃料消耗量降至 5.0 升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5升/百公里。新能源汽车动力电池及关键零部件技术达到国际先进水平，生产能力满足国内市场需求，并建立起有效的节能与新能源汽车企业产品管理制度、技术标准。从上述我国节能与新能源汽车发展状况、规划可以看出，当前纯电动汽车的发展是重中之重。（二）国内外研究现状单电机驱动的纯电动汽车动力传动系统的结构相对简单，系统匹配所涉及的参数主要包括电机参数、电池参数和变速器参数等。通过调研近年来国内外纯电动汽车动力系统参数匹配的研究现状，可以总结出目前常用的匹配方法主要有以下三种：（1）以满足动力性及续驶里程指标为目标的基础匹配这种方法与传统燃油车匹配方法相似，以满足纯电动汽车设计的动力性及续驶里程指标为匹配目标，通过理论计算选择动力系统参数：电机的峰值功率依据动力性指标来确定；电机的最高转速由最高车速及减速装置速比选择；电池节数和额定容量依据续驶里程指标确定；电机额定参数由过载系数及基速比的经验值确定。这种传统的匹配方法简单直接，能缩短产品开发周期，但是只满足了车辆的功率输出需求，没有充分考虑降低车辆的能量消耗。而且匹配过程中也未能考虑部件之间的耦合关系，即忽略了某一部件参数取值变化对其他部件的影响。因此匹配结果用于工况仿真和实车运行时效率往往较低，整车能耗有较大降低的空间，这种方法仅可作为匹配的基础，用于预选部件型号，初步确定动力系统参数的范围。（2）以提升效率及降低能耗为目标优化单一部件参数或独立优化各部件参数为了有效延长纯电动汽车的续驶里程、降低能量消耗率，一些学者将优化问题引入到动力系统参数匹配中，以满足车辆动力性和续驶里程指标作为优化的约束条件，以提升整车效率及降低能耗作为匹配的目标来优化动力系统某一部件的参数，寻找满足续驶里程长、能量消耗率低的最优参数。重庆大学秦大同等以满足动力指标为约束、电机能耗值最小为目标对两档位传动比进行了优化；湖南大学周兵等以满足汽车起步加速时间及续驶里程双目标优化两档变速器传动比；合肥工业大学的王方以续驶里程为目标优化变速器传动比；E. Hall M、S. S. Ramamurthy、J. C. Balda 以提高电机效率为目标优化纯电动汽车减速器的单级传动比；布尔诺大学的 P. Prochazka 以提高电机效率为目标优化小型纯电动车减速器传动比和电机参数；吉林大学的王伟以电机效率最高为目标优化电机额定参数。这些研究中的优化变量大多为动力系统单一部件（减速器、电机）的参数，或者针对每个部件参数的匹配相互独立，即匹配单一部件的参数时将其他部件参数值固定，这样忽略了该部件参数变化对整车及其他部件能量消耗、功率输出的上海交通大学的朱正礼等基于遗传算法以延长纯电动汽车的续驶里程及降低成本为优化目标优化了动力系统的参数；哈尔滨工业大学的田德文以整车质量最小为目标函数对电机额定转矩、电池能量及传动比进行了优化；哈尔滨工业大学的张新磊结合整车仿真模型对电机功率、电池节数及主减速比进行优化9。这些研究均从整车需求角度出发结合动力系统参数之间的耦合关系，建立约束条件，同时利用先进的优化算法选择多个目标函数优化动力系统参数。但是在匹配过程中对电机、电池的模型处理常常过于简化，不能建立匹配参数与部件之间的直接联系，从而不能充分反映部件的真实特性，匹配结果容易产生偏差。影响，因而优化结果不够准确。综合国内外纯电动汽车动力系统参数匹配方法现状可以得出结论，匹配需要尽可能从整车角度充分分析整车及各部件的动力和能量需求，深入研究与其相关的各部件特性，制定合理的匹配流程；并通过搭建整车性能仿真平台，以满足动力性和续驶里程指标及各部件间的相互约束作为优化的约束条件，以提升效率及降低能耗为目标选用先进的优化算法优化整车动力系统参数，从而得到最优匹配结果。其中，提高整车及部件模型的精度是保证匹配结果准确的关键基础，模型不仅需要准确地模拟工况下整车及部件的功率及能量状态，还需要建立动力系统性能参数及优化目标直接而准确的联系，因此要深入研究并准确分析与匹配参数相关的部件特性，既不能太复杂而不具有代表性甚至解不出最优结果，也不能过分简化导致结果不准确。作为纯电动车提供者动力电池组而言，其性能的优劣关系到整车运行状况的好坏。虽然目前市场上用于各种不同场合的电池种类繁多，但真正能适应纯电动车的工作状况的动力电池却很少。对动力电池的研究大多数集中在通过对电池内部结构及化学物质的改进来改善电池的性能。而对于纯电动车的电池组则需要根据实际运行工况对动力电池提出要求，这样才能使动力电池充分发挥它在车辆实际运行过程中的电力辅助作用。30二、纯电动车电池组电池特性分析及建模估算电池质量，通过研究不同容量电池放电过程中电池的电压、内阻变化，分析不同容量及电压等级的电池输出功率及电池能量特性，研究影响整车性能的电池关键参数，同时结合特性分析搭建电池模型。（一）电池组质量估算及电池等效电路模型1.电池组质量估算电池组总质量mbat包括电池组本身质量mbat_加上箱体mbox的质量。项目车型单体电池的质量比能量qcell为 108Wh/kg，串联后电池组的质量比能量qbat 为 75Wh/kg，电池组箱体质量mbox为26kg。可以根据这些数据建立电池组总质量关于电池组电压及额定容量的关系，估算电池组质量：mbat = mbat_+mbox=+ mbox （公式2.1）验算，将项目车型电池组电压 326V，额定容量 60Ah 代入上式计算得到电池组总质量为 286.8kg，与项目车型中电池质量 286kg 基本吻合。2.电池组等效电路模型匹配车辆的电池组采用串联结构形式。通过建立电池组等效电路模型（如图2.1所示）来分析电池组的输出功率及能量特性。模型选用Rint模型，将电池简化为开路电压Uoc与电池内阻R bat串联的等效电路。图2.1 电池等效电路模型依据基尔霍夫电压定律，有电池总线电压Ubus、电池放电电流Ibat关系式：Ubus=Uoc-IbatRbat （公式2.2）Ibat=（公式2.3）（二）不同额定容量电池的放电电压、内阻特性1.不同额定容量电池的放电电压特性分析为了分析不同额定容量电池的放电电压特性，选取某电池厂家同一系列 20Ah、40Ah、60Ah 锂离子单体电池进行 C/2 倍率恒流放电试验，试验数据经过处理统计后得到三组不同容量电池 C/2 倍率放电的电压关于放电容量的变化曲线，如图2.2所示。图2.2 放电电压-放电容量曲线将放电容量归一化到电池 SOC 后，即可得到不同容量电池放电电压关于电池 SOC 的变化曲线，如图2.3所示。图2.3 放电电压-SOC 曲线由归一化后的图2.3曲线可以看出随着电池 SOC 的下降，电池的电压逐渐减小，在 SOC 为 0.80.4 的阶段，电压基本维持在标准电压 3.2V。在 SOC 小于 0.15 时，电池放电电压明显减小，这样会直接影响电池的功率输出，减小电池寿命，因此本文电池组的放电深度限制为 0.15。同一系列不同额定容量的电池在相同 SOC 状态下的放电电压相差很小，因此可以拟合出一条电池单体放电电压关于 SOC 值的变化曲线，从而可得串联电池组的电压关于 SOC 值的变化曲线。2.不同额定容量电池的内阻特性分析电池的内阻包括欧姆内阻和电极在电化学反应时表现的极化内阻。串联电池组的电池内阻可以通过研究单体电池内阻得到。为了在研究电池动态特性的同时分析不同额定容量电池的内阻特性，本文采用改进的 HPPC 脉冲试验测量某电池厂家同一系列 5Ah、10Ah、20Ah、30Ah、40Ah、50Ah、60Ah 锂电池单体在室温（2025）下的内阻，得到不同容量电池单体的内阻随 SOC 值变化的关系曲线，如图 2.4所示。图2.4 不同容量电池单体的内阻随SOC值的关系曲线从图2.4可以看出，一定额定容量的电池随着 SOC 的下降，电池的内阻逐渐增大。在 SOC 小于 0.15 时，电池的内阻明显增大，这样会导致电池能量损耗的增大，进一步验证了前文确定的电池组的放电深度最小为 0.15。（三）电池组输出功率特性分析电池组的实际输出功率需要受到电机需求输入功率和自身能够输出的最大功率双重限制（公式2.4）。电机需求输入功率由电机决定，因此研究电池的实际输出功率特性关键在于研究电池组的最大输出功率特性。 （公式2.4）电池组的实际输出功率可表示为：（公式2.5）如果将电池组的输出功率看做关于总线电压的函数，则该抛物线函数在总线电压Ubus等于Uoc/2时取最大值，此时有最大输出功率Pbat_max为Uoc/4Rbat，但总线电压的最小值不能低于电池组最小电压（由电池节数 N 及单体最小电压Uess_min）及电机最小工作电压Umot_min。在总线电压取Ubus_min时，电池组有最大输出功率Pbat_max。结合前文对不同容量电池的电压、内阻特性分析，通过查表方式可以得到一定容量C 、一定节数 N 串联电池组在不同 SOC 状态下的开路电压Uoc及内阻值Rbat，从而可得一定额定容量、电池节数电池组的最大输出功率特性电池组最大输出功率与电池 SOC 之间的关系。该特性用于约束电池组在一定 SOC 及工作电流下的输出功率。一般来说，随着 SOC 的下降，电池组的电压逐渐降低、内阻逐渐增大、最大输出功率也逐渐降低。（四）电池组能量特性分析电池组的能量特性包括电池组的理论能量特性和实际输出能量特性。电池组的理论能量特性用于评价不同额定容量及电压等级电池组携带的可用能量大小Wbat，实际输出能量特性研究电池组放电时实际放出的能量Wbat_awa，因此电池组的效率可以表示为：（公式2.6）电池组的理论能量Wbat可以表示为式2.7，在放电深度一定的情况下，电池组携带的总能量与额定容量及电池组电压等级成正比。Wbat=UbatC=NUess（公式2.7）电池组放电过程中实际放出的能量可以表示为实际放电功率Pbat_awa对放电时间T 的积分：（五）电池组建模电池组模型接收电机模型传递来的功率需求指令信号，结合当前的 SOC 值计算电池组开路电压及内阻大小，判断当前状态下功率输出能否满足电机的功率请求，计算出电池组实际输出电流大小。最后将电池组实际输出功率、总线电压输出给电机。电池组模型主要包括开路电压和内阻计算子模块、功率限制子模块、电流计算子模块、SOC 预估子模块、能量消耗及温度控制子模块等。开路电压和内阻计算子模块通过电池组额定容量、SOC 值和电池温度采用查表方法计算电池组的开路电压和内阻。功率限制子模块用来限制电池组的输出功率。能量消耗及温度控制子模块通过电池实际输出功率、电压、电流、内阻及环境温度信号估算电池温度，计算电池组的能量消耗及效率。此外模型中还通过约束电池的放电深度实现控制仿真结束与否。本文设置电池放电深度为 0.950.15，在工况运行下，当 SOC 降至 0.15 时，仿真自行结束，输出仿真结果。电池模型内部框图如图 2.5所示。三、纯电动车电池组参数匹配（一）整车参数及性能指标电动汽车传动系统参数(电机特性、传动系速比等)对车辆的动力性、经济性有显著影响。这里主要针对某内燃机车型改装成纯电动汽车，原车整车参数和性能指标如下表3.1。表3.1 整车主要技术参数总长总宽总高(m)59951820 2160满载整车质量(kg)6995轴距(mm) 3360轮距(前/后)(mm)1440/1425前悬/后悬1105/1530迎风面积（）3.2空气阻力系数0.699滚动摩擦系数0.018车轮滚动半径（m）0.376主减速比6.142轮胎规格7.00R16 14PR,7.00-16 14PR 表3.2 性能指标要求动力性能参数单位参数值加速性能s050km/h 的加速时间16最高车速Km.h-180最大爬坡度20% 续驶里程km等速工况下150 ；循环行驶工况下100（二）电池组的参数匹配设计电动车选用蓄电池主要选用蓄电池的比能量，比功率，能量密度，功率密度，更为重要的是电池的循环寿命，表3.3是对现有电池的性能比较。表3.3各种电池的性能比较电池类型比能量/(W.h/kg)比功率/(W/kg)循环寿命（cycle）EV 使用的主要优缺点蓄电池铅酸蓄电池3045200300400600技术成熟、成本低、充电快、比功率高；比能量低镍氢蓄电池60701503006001200比能量高、比功率高、可实现快速充电；成本高。锂离子蓄电池901302504508002000比能量非常高、比功率非常高；成本高。燃料电池30020002015040000（小时）续驶里程长、加料快、寿命长、比功率高；成本高。飞轮电池1015050001000025 年比功率大、比能量高、充电快、效率高；陀螺力矩、故障抑制。超级电容器0.74.312001600010000比功率大、充电速度快；比能量小、成本高。铁锂电池的比能量和比功率都很大，且有很长的循环寿命，可防止过充放电，是较理想的电动汽车动力电池，通过综合比较本文选择锂离子蓄电池作为车载电源。1.电池组总容量的确定电池组的总容量决定了整车的续驶里程，匹配大容量的电池组可以增加续驶里程，但同时会增加整车重量并大大增加成本，所以合理的匹配电池容量对提升整车性能非常重要。对于纯电动车，计算整车的续驶里程引用 GB/T 18386 电动汽车能量消耗率和续驶里程标准，即采用等速法（40Km/h）和续驶里程设计目标值反向计算电池容量。具体计算方法如下：设：续驶里程设计目标值 D（Km），整车形式传动效率T，电机工作效率e，电池放电效率b，电池组总容量 E（Kwh），整车在 40Km/h 负载稳定行驶输出功率为 P40（Kw），由能量平衡可得下方程式： ETeb= P40（D/40）（公式3.1）则电池总容量为：（公式3.2）注：整车负载按 GB/T 18386 电动汽车能量消耗率和续驶里程标准加载，即： a) 如果最大允许装载质量小于或等于 180Kg，按最大装载质量加载； b) 如果最大允许装载质量大于 180Kg，但小于 360Kg，按 180Kg 加载； c) 如果最大允许装载质量大于 360Kg，按最大装载质量的一半加载；2.电池组的连接形式单体电池的工作电压较低，一般不会直接并联供电，故电池组连接可分为串联和串联后并联的混连两种方式。根据电动车电机的最大电压和最大电流确定，一般原则是串联后电池组的输出电压与电机最大电压接近，以匹配功率驱动元件的性能。根据电池组的总容量和驱动电机的最大工作电流确定并联组数。3.单体电池最大放电电流设驱动电机最大工作电流为 Im，电池组并联组数为 n，则单体电池最大放电电流为： Im= （公式3.3）其中，为放电安全系数，取 1.1-1.4。求出的单体电池最大放电电流 Id数值也即单体电池的标称容量，等于 1CA 放电工况下电池的放电电流。4.单体电池的个数分别求出电池组总容量和单体电池容量后，可以简单计算出单体电池的个数 n：（公式3.4）根据计算，在本文选用磷酸铁锂电池单体电池 12.8V，138AH。两两并联组成一个单元体，然后再 25个串联。在锂离子蓄电池的容量下，当放电深度不超过 80时，电动车以 40kmh 匀速行驶的行驶里程 150km，作为电动车城市应用，可以满足城市工况的行驶要求。可见，蓄电池的个数与容量匹配合理。四、纯电动车整车模型的建立与仿真（一）整车模型的建立1.GT-drive整车动力系统建模GT-drive 软件提供了一种图形化的交互环境，用户可以在己有的模块库(主要包括流体、机械、热模型、电磁模型、控制模块、数据模型、通用的模型等)中选取合适的模块命名后拖放到 GT-drive 的建模窗口，迅速地建立系统框图。根据研究的需要还可以添加相应的控制模块，并正确的建立各模块之间的连接，包括机械连接和信号连接，快速得到系统模型。用户还能方便地修改动力传动系的配置方式。各个模块的仿真参数的设置可以通过 GT-drive 的各模块的属性设置窗口来完成。对于参数设置 GT-drive 软件根据计算任务的不同关于不影响计算任务的参数可以设置“ign”忽略，对于数据不全的客户来说可以对一些参数设置“def”默认为软件内部的数据，这样可以避免由于一些对仿真结果影响不大的数据缺失对正常仿真工作的阻碍。GT-drive 模块与其他模块共享同一个操作前台界面 GT-ISE 和后处理模块 GT-post，其中 GT-ISE 操作界面和一般常见的 windows 界面类似，包括菜单栏，按钮，窗口，建模区域，模块库，模块管理器等。模型在建模时以不同的状态出现，一般是三层结构：【Template】模板，这是模型的原始状态，出现在数据库中没有具体参数；【Object】实体，有具体参数的模型，而且该模型用于管理一批类似结构的部件；【Part】部件，出现在建模区（即画布）模型图上的模型，这是实际物理存在的模型，而不是概念。根据试验车型整车布置形式及各动力总成的参数,基于 GT-drive 平台建立了如图4.1所示的牵引车模型。模型中包括了 Vehicle 模块、battery 模块、Motor Generator模块、Clutch 模块、Transmission 模块、Differential 模块、以及 driver 模块等等。图4.1纯电动车整车模型1-Vehicle 车辆集成模块，2-battery 电池模块，3-Motor Generator 电机模块，4-Tire Conn 轮胎模块，5-road 路面模块,6-连接轴模块，7-driver 驾驶员模块，8-Vehicle Controller 行车控制模块。整车模型建立后，就需要对各个部件进行参数设置，GT-drive 中提供了多种数据输入方式，如下所述。 （1）从键盘手动输入数据：用户可以手动输入各个部件的数据，对于每个部件，都可以输入模板名称、实体名称、部件名称以及必要的注释。 （2）从已有文件中导入数据：GT-drive 中内置了许多自带模型数据和标准循环工况数据，用户可以方便的复制到自己建立的模型中，对于数据不全的客户来说，这样可以避免了由于数据缺对仿真的影响。 （3）拷贝和粘贴数据：在 GT-drive 内部或者 GT-drive 与其它应用软件之间可以方便快捷的拷贝和粘贴数据，比如 Excel 等。输入各个组件数据后，在建模窗口中修改部件之间的端口号连接(包括机械连接和信号连接)，图4.2就是由部件“汽车”到“驾驶员”的信息连接两边端口的连接结果，都是选的车速。图4.2部件之间的连接2.主要模块功能及参数设置（1）Vehicle body 模块 Vehicle body 模块是每个模型的基本组件，通常也称整车模块，在该组件中可以定义车辆的基本数据，如相关尺寸和重量参数等。每个模型只能有一个 Vehicle 模块。在计算动态轮载荷时要考虑动态因素，如滚动阻力、空气阻力和加速阻力等的影响Vehicle body 模块参数输入主界面如图 4.3所示。图4.3 Vehicle body 模块的主界面在Vehicle body 模块中，需要输入的主要参数有:整车装备质量、乘客和货物质量、重心高度、前后轴距离、质量中心距前轴的距离、迎风面积、悬架的固有频率和阻尼比等。（2）Motor Generator 模块Motor Generator 模块是通过特性曲线和 Map 图来建模的。理论上，要求使用在试验台架测定的电动机的工作特性图。电动机仿真模型将车辆请求的转矩和转速换为对电池的功率请求，并将电池实际输出的功率转化成转矩和转速的输出。Motor Generator 模块的输入参数主界面如图4.4所示。图4.4 Motor Generator 模块的主界面在 Engine 模块中需要输入的主要参数有：电动机的外特性曲线、和电动机的效率曲线以及电动机的最大有效转矩等。（3）Clutch Conn 模块Clutch Conn 模块用于模拟手动变速箱的摩擦式离合器模型，对离台器的控制由Veh Driver 模块来实现，当传动系模式设置为自动时由外部模块来定义对离台器的控制。最大传递转矩可以通过输入离合器的有效半径和摩擦系数来计算，也可以直接输入。（4）Transmission 模块 Transmission 模块考虑了传动比、转动惯量和转矩损失等因素，将驱动端的输入转矩转换成动力输出端的输出转矩。Transmission 模块输入的主要参数有：挡位、各个挡位的传动比、转动惯量及力矩损失等。（5）Differential 模块 Differential 模块用来模拟差速器和主减速器。该部件可以把驱动端的输入转矩分成两个动力输出到两侧驱动轮，满足车辆在转弯时驱动轮之间存在的转速差。同时也改变动力传输的方向使驱动轮的转动最终与传动轴转动方向相符，第二是作为变速器的延伸为各个档位提供一个共同的传动比。该模块需要输入的主要参数有：动力输入、输出端的转动惯量，转速速比和传动效率等。（6）Tire Conn 模块 Tire Conn 模块是车辆和道路之间的连接模块，传递着汽车与路面之间的一切力和力矩，起着承载车体重量及产生驱动力、制动力的作用。所需输入的主要参数有：轴数、轮胎滚动半径、轮胎摩擦系数等。（7）Veh Driver 模块 Veh Driver 模块模拟驾驶室模块，用来实现驾驶员和车辆之间的联系，该部件只能通过数据总线来连接，一方面要把驾驶员的意图(如加速踏板、制动踏板的位置)传送给其他部件，另一方面要接收车辆的信息(如速度、加速度等)。该模块中需要定义加速踏板行程与负荷信号的关系、离合器踏板和制动踏板的特性，当传动系模式为自动时无需定义离合器踏板特性。（二）整车性能的仿真分析在确定仿真模块各个部件及其相互之间的机械连接与数据连接之后，即可向整车仿真模型添加计算任务。根据纯电动汽车的特点，主要对整车的动力性能和经济性能进行仿真分析，需设定以下几项计算任务：最高车速，最大爬坡度，加速性能，工况行驶和等速行驶的续驶里程计算。每个不同的计算任务设定不同的计算步长、精度等参数。（1）对原车动力性能仿真：对于动力性能，GT-driver 的计算任务中包括最高车速、最大爬坡度、全负荷加速性能等任务。以下将对样车各项动力性能的仿真结果进行分析。最高车速的仿真结果如图4.5所示。图4.5电动汽车功率平衡图从图中可以看出行驶阻力功率曲线与驱动力功率曲线的交点所对应的车速即为整车的最高车速。这里需要说明的是：如果行驶阻力功率曲线与驱动力功率曲线没有交点，则电动机最高转速对应的车速即是整车的最高车速，此时若想提高整车的最高车速可以通过减小速比来实现；最高车速仿真结果图 4.5表明，该样车的实际最高车速在次高挡 4 挡时达到 88km/h。与理论最高车速存在着差距，所以整车的最高车速仍有提升的空间。最大爬坡度仿真结果见图4.6。图4.6最大爬坡度仿真结果由最大爬坡度仿真结果可以看出，此样车的最大爬坡度约为24%(车速为12.8km/h)。另外，在 GT-driver 软件中，最大爬坡度计算任务是静态计算,即不考虑时间的影响，每一个步长都是稳态条件下的计算，对于每一个步长加速度均为零。原地起步连续换挡加速性能仿真结果见图4.7。图4.7原地起步连续换挡加速性能仿真结果由连续换挡加速性能仿真结果可以得出，车速从 0km/h 加速到 60km/h 的加速时间为 25s。由汽车的加速时间，能够反映出整车的加速能力，为选择传动系最佳方案提供了参考依据。从图中可以看出该样车换挡平顺，电动机转速波动在一定范围内，符合驾驶需求。从上述仿真结果与理论值想对比可知，样车的动力性能还有提高的空间，尤其是原地起步连续换挡加速性能。而改善这个性能的关键在于选择合适的传动比，从而充分发挥电池组的功率潜能。（2）对样车经济性能仿真：对于经济性能，GT-driver 的计算任务中包括典型路况、续驶里程的任务建立。为了模拟电动汽车正常的运行，并符合本车的用途主要用来做电动扫路车底盘，所以本文选择 ECE15 行驶工况，该试验方法标准是参照联合国欧洲经济委员会（ECE）的排放法规制定的。由怠速、加速、等速、减速等共计 15 种不同车速和负荷组成一个试验循环的一种试验工况，一个循环周期为 195 秒，每个循环的行驶距离为 6.95km。最高车速 50km/h，平均车速 19km/h。适用于市区内的车辆行驶情况。仿真分析软件中，ECE 道路工况如图4.8所示。图4.8 ECE 道路工况在 ECE 工况下电机输出扭矩变化如图4.9所示。图4.9 ECE 工况电机输出扭矩变化动力电池的 SOC 和电流变化曲线如图4.10和4.11所示。 图4.10 ECE 工况 SOC 变化曲线 图4.11 ECE 工况电池的能耗情况SOC 值的变化曲线反应了单次 ECE 工况循环中车辆的耗能情况大约为50kwh/100km。当车辆匀速行驶时由图4.10 知 SOC 值呈线性下降，怠速时 SOC 值变化不大。当车辆减速时，电池组的 SOC 值会稍有变大，因为 GT-driver 软件中使用了能量回收控制策咯。从仿真结果中可知样车的的行驶性能符合所选工况的要求，行驶比较稳定。从而可以得出该样车电池组参数匹配满足整车的动力性要求。五、纯电动车电池组的试验该电动车采用的磷酸铁锂蓄电池，额定容量 138Ah，标称电压 12.8V，质量 19.5kg。蓄电池的试验的目的是测量蓄电池的充、放电过程中电压与荷电状态 SOC 的关系。根据中华人民共和国国家标准一电动道路车辆用锂离子蓄电池GB/Z 18333.1-2001 标准，对电池进行放电试验，测得放电时间、电压和电流。（一）试验方法和仪器试验仪器采用深圳新威尔 BTS 高精度电池检测系统5V50A-NTFA， NEWARE BTS 系列高精度电池检测系统适用范围：锂聚合物、锂离子、镍氢、镍镉、铅酸等电池的综合性能测试；电池材料研究；小批量电池生产的化成与容量分选；组合电池，笔记本电脑电池测试等。（二）试验结果试验环境温度为15试验相对湿度30，大气压力86106k Pa 环境中进行。测试所得的充放电电压与 SOC 的关系曲线如图5.1所示：图5.1蓄电池充、放电电压与 SOC 的关系曲线蓄电池的放电还与放电电流有密切关系，大电流放电时，蓄电池的电压下降很明显，平缓部分缩短，曲线的斜率也很大，放电时间缩短。随着放电电流的减小，蓄电池的电压呈下降趋缓，曲线也较平缓，放电时间延长。这种放电特性对蓄电池的正确使用有重要意义。六、总结纯电动车电池组的参数匹配是电动汽车设计过程中的重要环节，它是满足汽车动力性能和经济性能的基础。本论文在查阅了大量国内外文献的基础上，同时文章结合工程实际应用问题，着重研究了改制过程中的电池组的参数匹配及优化，结合整车仿真软件 GT-drive 对匹配结果进行仿真分析及优化研究，得出