动力总成的匹配

1、HEV动力总成的匹配1整车参数及性能要求2.2计算公式2.3驱动电机的选择3.1.3.1 功率3.3.1.1 最大功率 3.3.1.2 额定功率 3.3.2 扭矩4.3.2.1 最大扭矩 4.3.2.2 额定扭矩 4.3.3 转速4.3.3.1 最高转速 4.3.3.2 基速 4.3.4电压4.1.4发动机的选择5.4.1 最大功率 5.4.2 最高转速 5.4.3 最大扭矩 5.5发电机的选择5.1.5.1 功率5.1.5.2 转速6.5.3电压6.6超级电容的选择6.1.6.1 容量 6.6.2 放电电流 7.6.3 充电功率 7.6.4 电容选型 7.7锂电池的选择7.1 容量 7.7.

2、2 放电电流 7.1整车参数及性能要求编号工程数值估算1总质量m180°°kg2迎风面积A7m23风阻系数CD0.64滚动阻力系数fR0.015滚动半径r0.476旋转质量换算系数61.17主减速器速比io6.438最局车速U max80 km/h1°加速性能050km/h加速时间小于30s5080km/h加速时间小于40s11爬坡性能能以10km/h爬上20%的坡连续爬坡时间大于3 min。2计算公式2驱动力计算：车速和转速换算:驱动功率计算：Ft 二 GfReos G sin C-dA m-dAa2dtnm -S °m °.3 77Pt 二

3、 F Ua其中：Ft车辆的驱动力，N ;G车辆的总重量，N ;:坡度,% ；?一空气密度，nI_s2r,;Ua 车速，m/s ;Pt 驱动功率，W ;nm -驱动电机轴的转速，r / min以下计算中均未考虑效率因素，并且对局部计算过程做了一定简化3驱动电机的选择鉴于该混合动力的结构特点，驱动电机的选择要满足车辆动力性的需求，包 括 爬坡、加速和助力；从整车能量角度来说，要求电机的工作效率尽可能的高； 从驱 动系统尺寸角度来说，要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高。3.1功率3.1.1最大功率 根据最大爬坡性能来确定，以10km/h上20%的坡。由公式(1)和可得，转 速为320r/min时的

4、电机的最大功率需求为105kW,计算过程如下：10 = 105kW3.6P;冰二 Ft ba : (GfR gl： )_Ua=(180000*0.01 180000*0.2)其中：车速为10km/h,车重180000kg,空气阻力系数为0.01,坡度为0.2;由 于车速较低，计算中忽略了空气阻力，由于匀速行驶，没有加速阻力。 根据最大加速性能来确定，以 050km/h加速时间小于30s o在临界车速 以下由电机提供动力，在临界车速以上主要由发动机提供动力，因此把加速性能 指标调整为020km/h加速时间小于12s。可得平均加速度a0为0.46m/s2,根 据公式 (1)可得，转速为650r/m

5、in时的电机最大功率需求为60.6kW ,计算过程如 下：PTx =FtLUa： (GfR ' maO* U a20 -(180000*0.01 1.1*18000*0.46)*60.6kW3.6其中：车速为20km/h,车重180000 kg,旋转质量换算系数取1.1,平均加速度 区 0.46m / s2 o3.1.2额定功率由于动力系统的结构特点，纯电机驱动只出现在临界车速以下，该车临界车 速选 定为20km/h ,因此车辆起步后车速很快会超过临界车速， 纯电驱动的时间 很短，额 定功率的选择对车辆的经济性影响很小， 无需匹配计算驱动电机的额定 功率。3.2 扭矩3.2.1 最大扭

6、矩最大扭矩由车辆的爬坡性能决定，根据公式(1)可得最大扭矩为3000Nm。maxFtLr(GfR - GL)rM m io i o(180000 0.01 180000 0.2) 0.513000 Nm6.17其中：车重180000kg,坡度为0.2，车轮半径为0.51m,主减速器速比为6.17; 由于车速较低，计算中忽略了空气阻力，由于匀速行驶，没有加速阻力。3.2.2 额定扭矩由于动力系统的结构特点，纯电机驱动只出现在临界车速以下，该车临界车速选定为20km/h ,因此车辆起步后车速很快会超过临界车速，纯电驱动的时间很短，额定扭矩的选择对车辆的经济性影响很小，无需匹配计算驱动电机的额定扭矩

7、。3.3 转速3.3.1 最高转速车辆的最高车速决定了电机的最高转速，由公式(2)可得电机的最高转速为2600r/min ,计算过程如下：maxu max i 0806Y7nm2600r/min0.377r0.377 汉 0.51其中：最局车速为80km/h,主减速器速比为6.17,车轮半径为0.51 m。3.3.2 基速以临界车速作为驱动电机的基速，大概在650r/min ,这样可以保证在临界 车速以前，车辆有恒定的扭矩驱动，加速性能较好。3.4 电压电机的功率确定后，电机的电压选择主要考虑高压平安、散热和本钱等因素。 具体电机的电压如何选择无法定量给出，一般不超过400V4发动机的选择4.

8、1 最大功率根据国家标准，公交客车要以不低于 80km/h的车速连续行驶30min ,可见 发 动机的最大功率要满足最高车速的要求，需要发动机的功率为68kw,此时发动机转速为2600r/min ,计算过程如下：max=E 2max : (GfR- 2)_ U max80 20"7"於旧80=(180000*0.0168kW23.6其中：车速为80km/h,空气密度为1.23Njs2_m*,车重180000kg,空气 阻力系 数为0.01;由于平路匀速行驶，没有坡度阻力和加速阻力。考虑到附件消耗功率20kW,还有10kW的充电余量，发动机的最大功率选为100 kWo注意：实

9、际上车辆很少以最高车速行驶，我们城市公交车的平均行驶速度为2030km/h ,如果以最高车速来计算发动机的最大功率，那么功率有很大的浪费， 而且电机可以实现助力，因此在实际选择发动机功率时要根据车辆的运行环境进行的调整。4.2 最高转速根据车辆的最高车速决定了发动机的最高转速为2600r/min。4.3 最大扭矩一般由车辆的加速能力决定发动机的最大扭矩，但是由于驱动电机的存在，而且该混合动力系统中驱动电机的扭矩很大，发动机 +驱动电机肯定可以满足加 速能 力的需求，无需讨论发动的最大扭矩。5发电机的选择5.1 功率发电机的额定功率要保证车辆可以在临界车速以下长时间行驶，根据公式(1)可以计算得

10、到发电机的额定输出功率要高于10kw,还要有一定的充电余量Pg 二 FtUa: GfR_Ua =180000 0.01 10kW3.6其中：车速为20km/h,车重180000kg,空气阻力系数为0.01；由于平路匀速 行驶, 没有坡度阻力和加速阻力；车速较低，忽略了空气阻力。如果考虑以一定的车速上坡，那么需要增加发电机的功率，假设坡度为8%,保持车速为10km/h,根据公式(1)可得功率大概在40kw左右。5.2 转速发电时，根据发动机的转速，可以选择适宜传动比的传动系统，使得发电机工作在事先设定好的效率最高的转速下。5.3 电压发电机的电压要在电池、电容和电机的工作电压范围内，并能给电容充

11、满电。6超级电容的选择6.1 容量超级电容满足起步加速的需求，根据020km/h加速时间小于12s,平均加速度a，为0.46 m/s2,加速过程需要的电能大于 360kJ ,计算过程如下： tE =Fu at =(Gf R +6ma 0) Jo(0 + a0t)dt =360kJ其中：车速为20km/h,车重180000 kg,旋转质量换算系数取1.1,平均加速度 区0.46m/s2,加速时间12s。电机和发动机满足加速需求，根据2050km/h加速时间小于18s,平均加速度a。为0.46m/s2,对发动机和电机的需求扭矩为890 Nm，假设电机提供其中 的190Nm,贝U加速过程电机消耗的能

12、连大于400kJ。超级电容满足车辆加速助力的功率需求，根据 5080km/h加速时间小于 40s,可以得到平均加速度为0.2m/s2,对发动机和电机的扭矩需求为476 Nm ,发动机就可以满足扭矩需求，无需电机助力。6.2 放电电流超级电容满足起步加速的需求，根据 020km/h加速时间小于12s,在加速 末端 20km/h时具有最大的功率输出，此时应该对应超级电容的截止电压，假设为400V平台，截止电压为240V,那么可得此时的电流为250A;假设电压为600V,那么可 得电流为160A。如果发电机工作，可以提供额外45A的电流。6.3 充电功率假设该车以20km/h的车速下6%1勺坡，贝刚

13、动功率为 50kW ,假设电压为 400V,那么充电电流为125A假设电压为600V,那么可得电流为83AO6.4 电容选型400V平台：选用 Maxwell的BMOD016P048, 8 串2并就可以满足要求，电 容 组为388V,电容41F,连续放电电流300A,设放电截止电压为240V,那么该电 容组包 含的电能为1850kJ° 如果用BM0D00838串2并，电流可能不够o600V平台：选用 Maxwell的BMOD008P048, 12 串2并就可以满足要求，电 容 组为580V,电容13.5F ,连续放电电流230A,设放电截止电压为360V,那么该 电容组 包含的电能为1300kJ o7锂电池的选择7.1 容量连续爬长坡时，需要锂电池、超级电容和发电机同时供电。以 10km/h的车 速爬20%的坡3min ,需要的电能为5kWh。假设锂电池提供其中80%的电能， 假设 SOC的