电动汽车动力系统设计及仿真研究

1、武汉理工大学硕士学位论文电动汽车动力系统设计及仿真研究姓名:夏青松申请学位级别:硕士专业:车辆工程指导教师:徐达;方景瑞20071101 (1通过对整车实际使用工况和使用要求的分析,对电池的电压、容量、 图2-8一体化设计的动力总成图2_9三维数模图驱动电机功率、转速和转矩、整车性能等车辆宏观参数的总体优化,合理选择电池和电机参数。(2通过结构优化和集成化、模块化优化设计,减轻动力总成(如图2-8所示、车载能源系统的重量。这里包括对电机、电机驱动器、传动系、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计,系统得到优化;电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散,实

2、现系统优化。(3积极采用轻质材料,如:电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。(4利用CAD技术对车身承载结构件(如:前后桥、新增的边梁、横梁等进行有限元分析研究,用计算和试验相结合的方式,实现结构的最优化。图2-9和图210分别表示后桥计算、测试实例。图2-10应力测试点示意图第五节本章小节本章对电动汽车的关键技术进行了论述,阐述了电机技术、电池技术、整车控制技术和整车轻量化技术。其中,电机系统包括电动机及其电机控制器,动力电池系统包含电池及其电池管理系统。(I讨论了电机在电动汽车上的应用情况、电机的数学模型以及电机控制 电机控制器寿命:300000km。电机的机械特性曲线如图3

3、-4所示。gZ击域客36009000转速nlrndn-(-转矩特性巍转速ffllin-1b效率由残图3_4电机机械特性曲线3.3.3电池的选型电动汽车动力电池参数的选择包括电池容量的选择和电池数量的选择。结合电动汽车续驶里程和能量消耗的指标要求,计算所需动力电池的容量。工况法测试条件下续驶里程不低于180km/h,能量消耗率不高于20kwh/100lnI,因此纯电动车辆装载的动力电池消耗的电网总能量不能低于36kWh.但根据纯电动车辆的电池配置和整车试验结果,在计算电网电能消耗的条件下测的能量消耗率小于20kWh/100km,考虑充电机的工作效率和动力电池的放电效率,以及车辆重量增加而引起的能

4、量消耗率的增大等因素,根据有关文献显示以上总效率为70%,电动汽车动力电池需要的总能量不小于25kwh.额定电压综合考虑电机控制器DC/DC等相关因素,为320V左右。根据(311 (3.13等公式的计算,锂离子动力电池组的参数选择方案如下:方案一:单体电池容量:80Al;(如图35所示 标称电压:3.6V;组合方式:90串;工作温度:.20-60;方案二:单体电池容量:llAh;标称电压:3.2V;组合方式:8并100串:工作温度:20一60圈3-5动力电池组最终根据整车布置方案来确定电池的成组形式和安装结构。 1电机驱动系统;2动力电池图3-9动力电池及电机驱动系统布置3.4.2电动汽车总

5、体布置l。总体布置设想根据现车型进行布置,载荷分配基本符合原车轴荷分配比例。在满足电池的 冷却、通风、密封、防水、防漏和安全等要求的前提下,充分考虑电池组以及其他动力系统总成的装配的工艺性要求。电机及其控制器、车载充电机、一体化空调、真空助力泵、冷却水泵、冷却风机等布置在机舱内部;电池组布置于乘员舱地板下部,如图3-10所示。图3-10前舱总布置2.传动系统电机与原车变速箱采用离合器的连接方案,借用原车的飞轮壳,电机与飞轮壳发动机侧端面相连接,进行搭载,传动系统连接方式如图3-11所示,动力总 图3-11传动系统连接方式图3-12动力总成固定点 武汉理工大学硕士学位论文组之间位置都是固定的,所

6、以互感为常值;定子任意的一相与转子的任意一相之间的位置是变化的,互感随着角位移0的变化而变化。现在先讨论第一类,由于三相绕组在空间的相位差是120。在假定气隙磁通为正弦分布的条件下,第一类互感为:1k=LBc=毛=如=L。一亡k 二(4.91k=k=k=k=k=乞=一k,二第二类互感为:L=屯=k=k=k=k=厶。cosOk=毛=k=k=乞=乞c=厶lcos(O+120(4-10LA。=屯=k=k=如=k=k。4.2.2电动机的Simulink模型电动机采用的是交流电机,其各个参数已经在第三章中计算得到。在PSAT 中,电机模块如图42所示。图4-2电机系统模型电动机系统模块包含了三个子模块:

7、电机模块蛳、.m a p .P e l e c funTW volt in 子模块cstr me和子模块cond_mc是关于整车与电机的通信控制的模块,也就是能量传递模块,由它来决定能量流动方向。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。电动机仿真模型如图4-3所示。模型 图4.3电动机模型 图47电池模块如图48所示,电池SOC计算模块。电荷状态(soc表示的是电池剩余电量状态,剩余可提供的电量的单位为从。这个剩余电量是通过一系列的估算得到的。电池的SOC通过下式计算:SOC=(Max All CapacityAh used/M

8、ax Ah Capacity 图4-8电池SOC计算模块如图4-9所示,电压计算模块。此模块根据当前电池的温度和SOC计算出开路电压和内阻,以及所需的电池功率。41 图4-9电池电压计算模块如图410所示,电池热量模块。由该温度模块计算电池的平均温度以及表面温度,温度是车辆在行驶和怠速情况下时间的函数。在此模块中,电池是通过空气流散热的。电池温度模块计算出电池自身温度、冷却空气温度以及冷却空气带走的损失功率。 图4-10电池热量模块电池系统模块在PsAT中称为能量储存系统(Energy Storage System。电池系统模块在整车结构中接受其他系统传来的功率需求,然后返回可提供的功率、电压、电流以及电池SOC。 图411整车模块 图4-12整车受力状态计算模块第五