电动车动力性影响因素且与传统汽车的差异.doc

目录电动车动力性影响因素且与传统汽车的差异总结21.纯电动汽车的主要性能评价22.影响纯电动汽车动力性能的因素22.1.电动机的功率和转矩32.1.1电动机及其分类32.1.2电动机转矩和功率32.2蓄电池/动力电池42.3. 车身及底盘质量52.4.汽车的驱动力52.5汽车的行驶阻力52.6减速器传动比62.7变速器档位数和传动比62.8.汽车总质量62.9.轮胎62.10.汽车底盘技术状况62.11.续驶里程影响因素6电动车动力性影响因素且与传统汽车的差异总结1. 纯电动汽车的主要性能评价1电动车的性能指标一般包括：驱动性能、驾驶性能、车载能源系统性能等三部分，其中驱动性能取决于电机功率因素，车载能源系统性能取决于电池的容量，驾驶性能指标主要包括：最高车速性能、加速性能、最大爬坡性能、刹车性能及驾驶里程性能等驾驶模式，驾驶性能指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术。 (1) 最高车速。即汽车行驶时所能达到的最高车速。一般电动汽车要求最高时速120km/h。而实际上最高车速是由城市实际工况决定的。在城市区域行驶的车辆一般在60km/h 左右。电动汽车的最高车速主要取决于驱动电动机、最小减速比和所配蓄电池的电压等级，由于这些部件均与其重量、体积有关，即直接决定了车身车载重量及制造成本。根据现有的电动汽车及其配套部件的技术水平，随着纯电动汽车的最高车速等级不同，其制造成本将呈指数级上升。按技术与经济互促的良性循环发展规律，只能在电动汽车相关技术的进一步发展的前提下再相应的提高其最高车速指标。(2) 加速性能。通常用汽车加速过程中的加速度、加速时间和加速距离来评价。纯电动汽车的加速性能通常用从静止加速到 50km/h（或 96km/h),以及从 40km/h 加速到100km/h 所需要的时间。其加速性能除了由汽车惯性矩及传递到驱动轴上的转矩决定外，还受其传动链形式、变速形式、换挡程序及时间、车轮滑行量等因素的影响。对纯电动汽车而言，加速性能主要取决于电动机的启动性能和短时过载能力。(3) 爬坡能力。是指汽车在良好的路面上，以最大驱动力形式所能爬行的最大坡度。其坡度用坡高与相应的水平距离之比来表示，其单位用百分比（%）来表示。纯电动汽车一般要求最大爬坡度20%。通常坡度不大时利用电动机的最大转矩特性和短时过载能力爬坡。(4) 能量利用效率。纯电动汽车的能量利用效率是指汽车以某一特定速度行驶一定距离所消耗的总能量，通常用每千瓦时所能行驶的公里数（km/kw h)来表示。纯电动汽车的能量利用效率一般要比传统内燃机汽车高 30%-40%。(5) 续行里程。续行里程表示电动汽车一次充满电（或储能）能够行驶的最大里程数。这是考核纯电动汽车性能的一个重要指标，它主要决定了所配电池的容量及其性能，并与驱动轮的发电回馈有关。(6) 车载电源系统里程寿命。这主要是针对纯电动汽车性能的重要指标。它反映了所配电池的使用寿命。即所配电池最多能行驶的里程数。2.影响纯电动汽车动力性能的因素 与传统使用内燃机为主要动力的传统汽车类似，最高车速、加速性能和爬坡能力也被作为电动汽车动力性评价的评价指标，因此影响以上三个动力性评价指标的影响因素不仅适用于传统内燃机汽车，也同样影响电动汽车。电动汽车相对于传统汽车动力性能指标还增加了“续行里程”这一指标。对纯电动汽车进行运动力学特性分析是整车性能研究的基础，从能量角度来讲，纯电动整车在行车过程中，形成的有效能量可以分为两部分，一部分是由车速所表征的车辆动能形式，另一部分是车辆行驶至高坡上时所形成的势能，在此过程中，损失的能量主要包括由于各种阻力的存在以及制动过程中所形成的能量损失。从力学角度来讲，运动中的车辆所受到的力按作用类型可以分为两部分，一部分是实现车辆有效动能和势能的作用力，称为驱动力；另一部分是阻碍车辆运动的阻力，包括空气阻力、道路滚动阻力、坡道阻力以及加速过程中的阻力等。22.1.电动机的功率和转矩2.1.1电动机及其分类电动机具有较高的可靠性、耐久性、适应性是纯电动汽车对驱动系统的基本要求。由于车辆的振动及机室的高温环境，车用电机在振动大、冲击大、灰尘多、温湿度变化大的恶劣环境条件下运行，必须适应环境条件的要求，使电动机可靠、稳定、安全的运行。此外，车用电机要具备低速大转矩和高速恒功率的较宽的调速能力。即在电动机起动车辆和行车中起动要求高转矩，高速运行时能够进行恒功率输出。电机的基速和最高转速差别很大，存在较宽的调速范围。电动机类型主要包括直流电机、异步电机、开关磁阻电机和永磁电机。表2.1 电动机类型比较美国倾向于使用异步电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但启动转矩较小、低速效率低、控制器技术较复杂；日本多采用永磁电机，优点是效率高、起动扭矩较大、质量较小、但控制成本较高，且有高温退磁、抗振性较差等不足；德国、英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠、成本较低，缺点是质量较大，易产生噪声。3,42.1.2电动机转矩和功率与内燃机汽车类似，电动机的转矩经传动系统传递至驱动轮，直接影响汽车驱动力的大小，进而影响汽车的动力特性，电动机的启动性能和短时过载能力影响汽车的加速性能；电动机的功率、转矩和转速满足一定的计算关系，且一定程度上影响汽车的一次充电后的形式里程。 基于电动汽车的特点，为了提高最高时速，电机应有较高的瞬时功率和功率密度（W/kg）；为了提高1次充电行驶距离，电机应有较高的效率；而且电动汽车是变速工作的，所以电机应有较高的高低速综合效率；此外有很强的过载能力、大的启动转矩、转矩响应要快。电动车起动和爬坡时速度较低，但要求力矩较大；正常运行时需要的力矩较小，而速度很高，故用于电动车的电机的典型机械特性曲线如图1所示。即在低速时为恒转矩特性，高速时为恒功率特性，且电动机的运行速度范围应该较宽。另外，电机还应坚固、可靠，有一定的防尘防水能力，且价格较低。图2-1 电动汽车转矩、功率-车速曲线图中，为电机基速（额定转速）对应车速；为电机最高工作转速对应车速；为电动汽车起步加速达到的某一车速。2.2蓄电池/动力电池 主要对续行里程有影响，影响因素包括电池容量，体积和质量，其寿命也会影响车载电源系统里程寿命。其电压等级也会影响汽车的最高车速。纯电动汽车行驶里程完全依赖蓄电池的能量，电池的容量越大，可以实现的续行里程越长，但蓄电池的体积大、重量重，反过来会影响整车的续行里程。纯电动汽车对动力电池技术要求的五要素，即足够高的功率密度、足够高的能量密度、足够的循环寿命、足够的安全可靠性、能够接受的成本。而上述五个范畴的内禀性质，又彼此制约，高要求难以得到技术上的全方位满足而只能寻求平衡，同时，又要与汽车燃油技术进行对比，这正是整个动力电池技术面临的最大挑战。目前，纯电动汽车应用较为广泛的是铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池。表2.2 蓄电池类型的比较2.3. 车身及底盘质量主要影响电动汽车的续航里程。目前车身和底盘轻量化已经受到各大厂家的重视，主要是对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化；电动机轻量化；变速器轻量化；悬架轻量化；车身轻量化和附件轻量化是当前实现整车轻量化的六个方面。在允许的范围内减少车体重量，从而达到提升电动汽车续航能力的目的。2.4.汽车的驱动力受驱动电机转矩影响，影响汽车的各个档位下的加速性能。2.5汽车的行驶阻力2.5.1.滚动阻力2.5.2.空气阻力2.5.3.坡度阻力2.5.4.加速阻力以上几个阻力主要取决于车辆的滚动阻力系数，空气阻力系数，道路坡度，驱动电机转矩等因素，且和行驶外部条件，机械传动效率和整车质量等一起影响续驶里程，与传统汽车类似。这里需强调，若汽车总重和驱动力相同，则空气阻力越小，汽车的动力因素越大，即克服道路阻力和加速阻力的 能力越强，最高车速夜越高，汽车的动力性也越好。且在高速行驶时，空气阻力在行驶阻力中占比很大，对汽车动力性影响很大，所以电动汽车也应改善汽车的流线型。2.6减速器传动比与传统内燃机汽车一样，当变速器处于直接档时，主减速器传动比将直接影响汽车动力性。2.7变速器档位数和传动比由于电动汽车在行驶过程中遇到的阻力随车速的变化而变化且范围很宽，单靠电动机本身力矩变化无法满足电动汽车的行驶性能要求。为满足其行驶性能，同时也使驱动电机经常保持在高效率的范围内工作以减轻驱动电机和动力电池组的负荷，电动汽车在电动机和驱动轮之间安装减速器和变速器是非常有必要的。传动系统一般可分为固定速比与可变速比两种模式。固定速比模式要求电机既能够在恒转矩区提供较大的功率，又能够在恒功率区提供较大运行速度，故对驱动电机额定值的要求比较高。其优点为减速器结构简单，由于没有离合器、减少了部分减速齿轮等，有利于降低整车重量；可变速比模式下通过换挡可在低档位区获得较大转矩，高档位区获得更大转速，相对来说电机的调速范围要求降低，缺点是结构复杂，传动效率相对较低，重量与体积较大，成本相对较高。5与传统汽车类似，变速器档位越多，使电动机工作在最理想工况下可能性更高，但是会使变速器结构更复杂，质量和体积增大，进而对汽车动力性产生不好的影响；传动比分配的合理性也会对汽车的加速和爬坡能力有一定的影响。2.8.汽车总质量与传统汽车类似，汽车总质量增加，动力性因素下降，且道路阻力和加速阻力随之增加。所以减轻汽车质量不仅可以提升汽车动力性，汽车的燃油经济性也会提高。2.9.轮胎汽车驱动力与轮胎半径成反比，而车速与轮胎半径成正比。轮胎的形式、花纹，对汽车动力性也有影响。2.10.汽车底盘技术状况与传统汽车一样，汽车的底盘技术状况直接影响传动系的机械效率，传动系各传动部件与润滑、车轮定位的调整、轮胎的气压、制动性能的好坏、离合器的调整、润滑油的品质等都直接影响汽车的动力性。2.11.续驶里程影响因素上文已经有所陈述，这里在补充几点电动汽车独有的影响因素：（1）动力电池性能。动力电池性能主要指能量密度、额定容量、放电率、放电电流、放电深度、自放电率、内阻，特别是成组一致性及电池的环境温度是影响纯电动汽车行驶的能量消耗和续驶里程的重要因素。（2）辅助系统和低压电器系统的能量消耗。气泵电机、油泵电机、车内外照明系统、冷暖空调、仪表电器电路及其它电子设备电路，都需要消耗动力电池储存的能量。因此，辅助系统和低压电器系统的选择尽可能选耗能少的产品。（3）电机和电机控制系统。电机、电机控制系统效率对续驶里程的影响最大。额定工况的效率愈高，续驶里程的数值愈大。因此,不仅要求电机具有较高的额定效率，而且要求电机具有很宽的高效率区域，这样才能在各种行驶工况下充分利用有限的能量。电机制动能量回馈是电动汽车节能的重要措施之一, 一般可回收15%20%的能量，有利于延长纯电动汽车的行驶里程。6参考文献1 吴秋德.电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究M.吉林大学硕士学位论文，