第3章 汽车动力装置和传动系统参数的计算-5-

3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

1.电动机功率的选择电动机功率的选择方法：根据汽车的最高车速、最大爬坡度和加速性能，分别计算电动机的功率，再取其中的最大者作为电动机的功率。图1-33纯电动汽车驱动系统的示意图后轮驱动的纯电动汽车前轮驱动的纯电动汽车3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（1）根据汽车的最高车速计算电动机的功率

若给出了期望的汽车的最高车速，根据式(1-53)，考虑汽车在水平路面上等速行驶，得电动机的功率应为：（3-23）（2）根据汽车的最大爬坡度计算电动机的功率

若给出了期望的汽车爬坡的最大坡度角，另给出爬坡车速（可取为10m/min），，根据式(1-53)，考虑汽车在坡道上等速行驶，得电动机的功率应为：（3-24）3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（3）根据汽车的加速性能计算电动机的功率若给出了期望的汽车的最大加速度，根据式(1-53)，考虑汽车在水平路面上加速行驶，加速行驶末的车速为，得电动机的功率应为：（3-25）3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（4）电动机功率的选择

电动机的功率应满足纯电动汽车对最高车速、最大爬坡度和加速性能的要求，取、和中最大者，则电动机的额定功率为：（3-26）电动机的峰值功率为（3-27）根据式（3-26）、式（3-27）分别计算得到的电动机的额定功率和峰值功率，去选择电动机。驱动电机3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

2.传动系统传动比的计算（1）传动系统的最小传动比传动系统的最小传动比由电动机最高转速和汽车最高车速确定，在式（3-23）和式（3-26）的基础上，根据汽车的车速式（1-10）和图1-32、图1-34，得传动系统的最小传动比为（3-28）驱动电机前轮驱动的纯电动汽车3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（2）传动系统的最大传动比确定传动系统最大传动比的方法是根据汽车的最大爬坡度和驱动轮与路面的附着条件，分别计算最大传动比，在满足驱动轮与路面的附着条件下，取满足最大爬坡度的最大传动比。根据最大爬坡度，得传动系统的最大传动比为：（3-29）根据汽车行驶的附着条件，得传动系统的最大传动比：（3-30）3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（3）传动系统挡位数的选择与各挡传动比的分配当时，传动系统的传动比为时，也能满足汽车的最大爬坡度和驱动轮与路面的附着力要求，因此，传动系统用减速器即可，无需设置变速器，无需分配各挡传动比。

当

时，则传动系统需用变速器，可按等比级数分配的各挡传动比，取挡位数为2或3，各挡之间的公比q由式（3-18）计算出。纯电动汽车的减速器纯电动汽车的两级速器3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

3.动力电池组的容量和数目的计算及选择理论

（1）满足最大功率时动力电池组的容量和数目

动力电池组的输出功率一部分用于驱动电机，另一部分用于辅助系统，因此，满足最大功率时动力电池组的最大放电功率需为（3-31）

根据动力电池组的最大放电功率与单体动力电池组的最大放电功率的关系，得满足最大功率时动力电池组数目为（3-32）

根据动力电池组的容量与单体动力电池的容量的关系，得满足最大功率时动力电池组的容量为（3-33）3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（2）满足续驶里程时动力电池组的容量和数目动力电池组的电量来自电网，为；中要去除辅助系统消耗的能量。在式（2-35）、式（2-36）的基础上，取，

，，考虑，得满足续驶里程时动力电池组的能量(W•h)为（3-34）3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

根据动力电池的能量与容量的关系，得满足续驶里程时动力电池组的容量为（3-35）根据动力电池的容量与单体动力电池组的容量关系，得满足续驶里程时动力电池组数目为（3-36）电池3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（3）动力电池组的容量和数目的确定

为满足纯电动汽车行驶时所需的最大功率和续驶里程的要求，动力电池组的容量

应取和中较大者，动力电池组的数目

应取和中较大者，即（3-37）（3-38）电池3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（4）动力电池组电压的选择动力电池组的电压与电机系统的电压相同。电机系统的电压已标准化，144V、288V、336V、384V、544V是纯电动汽车电机系统的常用电压，对应电机系统的电压值，可确定动力电池组的电压值。电池3.5纯电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（5）动力电池一致性的应用理论选择动力电池时，要求电池的容量、电压、内阻的一致性分别较好。

根据电池的容量、电压、内阻一致性要求的电池应用理论，应选择同一类型、同一规格、同一型号、同一批次的电池。单体电池制造及单体电池串、并联的质量均是动力电池具有良好一致性的基础。电池3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算1.增程式电动汽车的电动机功率和传动系统传动比的计算方法

增程式电动汽车与纯电动汽车的驱动系统类似，均是由电机驱动，因此，可按3.5节，确定增程式电动汽车的电动机功率和传动系统传动比；由于辅助系统中真空助力制动、空调、液压助力转向等的能量来自发动机，使辅助系统消耗动力电池组的电能的比例系数小一些；此外，汽车等速行驶的续驶里程(km)为增程式电动汽车的续驶里程。图1-39增程式电动汽车驱动系统的示意图增程式电动汽车3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算2.增程器的计算1）发动机功率的选择

为了满足经济性的要求，减小发动机的功率和质量，可将发动机的工作点（功率、转速、燃油消耗率等）设置在最小燃油消耗率附近，相应的车速为汽车经济巡航车速。这样，汽车在经济巡航车速或经济巡航车速以下行驶时，汽车的动力没达到最大动力；汽车在经济巡航车速以下行驶且动力蓄电池SOC值在设定的阈值SOCmax以下时，发动机在最小燃油消耗率附近工作，经济性好，发电机所发电的一部分用于驱动车辆行驶，另一部分给动力蓄电池充电；汽车以最大动力或接近最大动力行驶时，动力蓄电池SOC值在设定的阈值SOCmin以上、SOCmax以下，进入混合驱动模式，动力蓄电池提供一部分电能，发动机——发电机组与动力蓄电池一起工作，提供整车行驶需要的动力。3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

根据发动机的工作点在最小燃油消耗率附近和相应的车速为汽车经济巡航车速，参考燃油汽车的发动机功率的选择方法，选择增程式电动汽车的发动机功率，进一步说，在式（3-1）的基础上，取车速为汽车经济巡航车速，考虑发电机和电动机的功率损失，得经济巡航车速下发动机的经济的功率为（3-39）3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

根据发动机的速度特性，发动机具有最小燃油消耗率时的功率约为发动机的最大功率的90%,则增程器的发动机的功率为（3-40）

可根据式（3-40）计算得到的发动机的功率，再选择发动机的功率。为保证增程式电动汽车能在增程器单独驱动模式下工作，所选发动机的功率应大体等于，但不小于式（3-40）计算得到的功率。发动机工作时，可通过发动机功率的调控，使其在最小燃油消耗率附近工作。3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算2）发电机功率的计算

发动机与发电机相连，发电机的功率应与发动机的功率相匹配。为保证发动机能在最大功率下工作，取发电机的功率（kW）为（3-41）增程式电动汽车3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算3）油箱容积的计算

发动机用于增程，因此，可根据要求的增程续驶里程计算油箱的容积。

汽车行驶所需的燃油消耗量等于油箱的容积，由式（2-4），可得汽车行驶所需的燃油消耗量。因此，根据式（2-4），取增程续驶里程行驶车速为uc（km/h），增程续驶里程为se(km)，所需的油箱的容积(L)为（3-42）油箱3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算3.动力电池组的容量和数目计算当动力蓄电池SOC值升至设定的阈值SOCmax以上或燃油不足时，进入纯电动模式。在纯电动模式下，增程器处于关闭状态，动力蓄电池是唯一动力源，增程式电动汽车变为纯电动汽车。动力蓄电池的能量应能够满足车辆起步、加速、爬坡、怠速，以及驱动汽车空调等附件的功率需求。因此，动力电池组的容量和和数目必须满足纯电动汽车行驶时所需的最大功率和纯电动模式下续驶里程的要求。可按3.5中动力电池组的容量和数目的计算方法计算增程式电动汽车的动力电池组的容量和数目，计算结果见式（3-37）和式（3-38），计算中，取为增程式电动汽车的纯电动续驶里程。3.6增程式电动汽车动力装置和传动系统参数的计算为使动力电池组和油箱的容积分别最小，可在一定的总续驶里程(km)下，以增程式电动汽车的动力电池组的容量和油箱的容积之和最小为目标，或以增程式电动汽车的增程器（包括发动机、发电机、油箱及油箱燃油量）和动力电池的质量之和最小为目标，进行优化。增程式电动汽车3.7混合动力电动汽车动力装置和传动系统参数的计算1.发动机和电动机功率的选择（1）动力耦合系统输出轴功率的计算动力耦合系统输出轴功率的计算就是要算出耦合系统输出轴的最大功率,其计算方法与纯电动汽车功率的计算方法相同，计算公式见式（3-23）~式（3-26），计算结果改为

。C-离合器B1一制动器1B2一制动器2z1一太阳轮齿数z2一齿圈齿数图1-41并联式混合动力电动汽车的转速耦合系统3.7混合动力电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

（2）发动机功率的选择

选择发动机功率的原则是确保混合动力电动汽车在经济巡航车速(km/h)下，发动机工作在万有特性图上经济性最佳的区域，此时发动机单独驱动车辆；在经济巡航车速(km/h)以下时，发动机一部分动力用于驱动车辆行驶，另一部分动力给动力蓄电池充电。动力电池的电能用于支持驱动电机在汽车最高车速、爬坡、加速时输出最大功率，在经济巡航车速以上行驶增加功率，另用于驱动控制器等辅助系统。汽车以经济巡航车速等速行驶时，发动机的功率(kW)为（3-43）3.7混合动力电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

（3）电动机功率的选择动力耦合系统输出轴功率来自发动机和电动机。根据功率平衡原理，得耦合系统输出轴功率与发动机、电动机的功率关系（3-44）再由式（3-27）计算得电动机的峰值功率，再进一步选得发动机和电动机的功率，也同时得发动机最大功率时的转速、最大扭矩时的转速和电动机的最大转速、最小转速。由式（3-44）可得电动机的额定功率(kW)（3-45）3.7混合动力电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

（4）动力电池组的容量和数目的计算

动力电池组的容量和数目的计算可按3.5中动力电池组的容量和数目的计算方法进行，计算结果见式（3-37）和式（3-38），计算中，取为混合动力电动汽车的纯电动续驶里程，电动机的峰值功率来自式（3-27）和式（3-45）。

3.7混合动力电动汽车动力装置和传动系统参数的计算（5）油箱容积的计算

油箱容积的计算可按式（3-42）进行。根据式（3-42）计算油箱的容积时，和be分别为设定的发动机最小有效燃油消耗率工作点的功率和相应的燃油消耗率；取混合动力电动汽车的经济巡航车速为uc（km/h），由式（3-43）得，用替代式（3-42）中的；根据发动机的飞轮到驱动轮的传动比的关系，参考式（1-10），由经济巡航车速为uc计算得到发动机的转速，由发动机的万有特性或负荷特性图得发动机的燃油消耗率be；再给定混合动力电动汽车的燃油续驶里程se(km)；由式（3-42）计算得油箱的容积V。所选油箱的容积要大于由式（3-42）计算得到的油箱的容积。3.7混合动力电动汽车动力装置和传动系统参数的计算2.传动系统传动比的计算

根据选得发动机和电动机的功率、发动机最大功率时的转速、最大扭矩时的转速和电动机的最大转速、最小转速，及动力耦合系统，可计算出动力耦合系统输出轴的最大功率及相应的转速、最大扭矩及相应的转速等；再根据3.2节~3.4节，可计算出传动系统的变速器各挡的传动比和主减速器的传动比。3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算1.驱动电机的选择驱动电机输入功率的计算方法是先按纯电动汽车功率的计算方法计算驱动电机输出功率，驱动电机输出功率的计算公式见式（3-23）~式（3-26），计算结果(kW)为驱动电机输出的额定功率，由式（3-27）计算得，并可根据和选得驱动电机。图1-43燃料电池电动汽车驱动系统的示意图燃料电池电动汽车3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算2.燃料电池功率的计算

汽车以经济巡航车速（km/h）等速行驶时，燃料电池的功率(kW)为（3-46）图2-10燃料电池效率曲线3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算3.动力电池组的计算（1）驱动电机输入功率的计算及驱动电机的选择驱动电机输入功率是输入驱动电机的功率。考虑驱动电机有功率损失，根据效率关系，得驱动电机的输入功率(kW)为（3-47）3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

（2）动力电池的放电功率

根据功率平衡原理，考虑汽车辅助系统消耗的功率，得驱动电机输入功率与燃料电池的功率、动力电池放电功率的关系（3-48）（3-49）

由式（3-48），得驱动电机输入功率

时动力电池组的功率（kW）为3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算若给出了期望的汽车的最大起步加速度（此最大起步加速度下，汽车能达到期望的加速时间），根据式(1-53)，考虑汽车在水平路面上加速行驶，加速行驶末的车速为，得动力电池的放电功率为（3-50）

动力电池的最大功率应满足功率平衡关系和汽车冷起动的要求，得动力电池的最大功率为（3-51）3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

（3）动力电池组的容量和数目的计算

动力电池组的容量和数目的计算可按满足最大功率时动力电池组的容量和数目的计算方法进行，见式（3-31）~式（3-33），其中，动力电池的放电功率

来自式（3-49）。3.8燃料电池电动汽车动力装置和传动系统参数的计算

4.传动系统传动比的计算

根据所选的驱动电机，可得驱动电机最大功率时的转速，再根据3.5节中纯电动汽车传动系统传动比的计算方法，计算出传动系统的变速器各挡的传动比和主减速器的传动比。3.9智能汽车和飞行汽车的动力装置和传动系统参数的计算

1.智能汽车的动力装置和传动系统参数的计算智能燃油汽车可按3.1～3.4节的方法计算其动力装置和传动系统参数。

智能电动汽车可按3.5～3.8节的方法分别计算智能纯电动汽车、智能增程式电动汽车、智能混合动力电动汽车、智能燃料电池的电动汽车的动力装置和传动系统参数。智能汽车3.9智能汽车和飞行汽车的动力装置和传动系统参数的计算

2.飞行汽车的汽车动力装置和传动系统参数的计算燃油飞行汽车可按3.1～3.4节的方法计算其汽车的动力装置和传动系统参数。

电动飞行汽车可按3.5～3.8节的方法分别计算纯电动及智能纯电动、增程式电动及智能增程式电动、混合动力电动及智能混合动力电动、燃料电池电动及智能燃料电池电动的飞行汽车的汽车动力装置和传动系统参数。

计算中，要注意汽车动力装置的功率与飞机动