汽车理论课件：纯电动汽车的动力性

汽车理论纯电动汽车的动力性

纯电动汽车的动力性1.纯电动汽车动力性的评价指标

根据GB/T18385-2024《纯电动汽车动力性能试验方法》中的规定，纯电动汽车的动力性仍然由最高车速、加速性能和爬坡性能三个方面的指标来评定，载荷为标准规定的载荷。纯电动汽车的最高车速采用30min最高车速和最高车速指标。30min最高车速是指纯电动汽车能够持续30min的最高平均车速。最高车速是指纯电动汽车保持最高平均车速至少稳定行驶200m。

纯电动汽车

纯电动汽车的动力性加速性能包括原地起步加速能力和超越加速能力。

原地起步加速能力是指纯电动汽车由静止状态加速到终了车速所经历的最短时间，一般为0→100km/h的最短加速时间。

超越加速能力是指纯电动汽车由规定的起始车速加速到规定的终了车速经历的最短时间；

对于最高车速大于70km/h的车辆，一般为60km/h→100km/h的最短加速时间；对于最高车速小于70km/h的车辆，一般为30km/h→向下圆整到5的整数倍的90%的最高车速的的最短加速时间。汽车超越行驶

纯电动汽车的动力性

爬坡性能包括爬坡车速、最大爬坡度和坡道起步能力。

爬坡车速是包括4%和12%坡度的爬坡车速，4%和12%坡度的爬坡车速分别是指纯电动汽车在4%和12%坡度的坡道上能够持续行驶1km以上的最高平均车速。

最大爬坡度是指纯电动汽车在良好路面上、满载状态下所能通过的极限坡度值（坡度值为坡度垂直高度与水平距离的百分比）。

坡道起步能力是指纯电动汽车在坡道上能起动且1min向上行驶至少10m（10m/min的平均速度）的最大坡度。汽车爬坡行驶

纯电动汽车的动力性2.电动机的外特性

纯电动汽车的开关磁阻式牵引电动机的外特性曲线分为两个区域：恒转矩和恒功率工作区。电机具有低速恒转矩、高速恒功率的特性。

在纯电动汽车动力性的计算中，电动机的外特性用恒转矩和恒功率工作区的两段函数表达，用式（1-6）对试验数据分段拟合。图1-32电动机的外特性曲线开关磁阻式电动机

纯电动汽车的动力性电机功率有峰值功率和额定功率两种，相应的电机转矩也有峰值转矩和额定转矩两种。

峰值功率是在规定时间内电机轴上输出的最大功率，GB/T18488-2024《电动汽车用驱动电机系统》要求M1类N1类车辆的驱动电机系统有持续时间10s的峰值功率（持续时间与动力电池的容量、动力电池大电流安全放电的能力、电机的温度等有关）（持续时间与动力电池的容量、动力电池大电流=发全放电的能力、电机的温度、等有关）；除M1类N1类以外车辆的驱动电机系统有持续时间30s的峰值功率。峰值功率是短时功率，峰值功率下长时间工作的电机温升会超过规定的试验温升。

额定功率指在额定电压、不超过规定的试验温升等条件下电机轴上输出的功率，是电机的持续功率。图1-32电动机的外特性曲线开关磁阻式电动机

纯电动汽车的动力性峰值功率曲线在额定功率曲线的上方，峰值转矩曲线在额定转矩曲线的上方，如图1-32所示。相同转速下，峰值功率大于额定功率，峰值转矩大于额定转矩，最大峰值功率一般是最大额定功率的2~3倍。驱动电机的额定功率和额定转矩用于与汽车动力性指标和汽车经济性指标有关的计算，峰值功率和额定功率共同用于驱动电机和电池的选择。图1-32电动机的外特性曲线开关磁阻式电动机

纯电动汽车的动力性3.纯电动汽车动力性计算公式和方法纯电动汽车驱动系统的示意图如图1-33所示，动力蓄电池、电机控制器、驱动电机、变速器或减速器、主减速器、差速器、驱动车轮依次连接，电机中央驱动，驱动车轮为后轮。前轮驱动时，图1-33中的驱动车轮为前轮。轮毂电机驱动时，驱动电机通过减速器或直接与车轮连接。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

纯电动汽车的动力性电机中央驱动的纯电动汽车动力性与燃油汽车动力性不同之处在于产生驱动力的动力源，燃油汽车动力源来源于发动机，纯电动汽车动力源来源于电动机。

纯电动汽车动力性分析和计算具有以下特点，且记住这些特点，就可运用可以运用1.2～1.4节中燃油汽车中动力性的计算公式和方法计算纯电动汽车的动力性。

（1）评价指标仍然是最高车速、加速性能和爬坡性能，但评价指标的内容有增加且有变化，只有车辆最大爬坡度的评价内容没有变化。

纯电动汽车的动力性（2）将燃油发动机的转矩换为电动机的额定转矩，功率换为，则燃油汽车动力性的计算公式变为纯电动汽车动力性的计算公式；纯电动汽车的传动系统采用变速器时，为变速器的传动比；传动系统采用减速器时，为减速器的传动比，也是单挡传动比；δ取为纯电动汽车的旋转质量换算系数，下面的纯电动汽车动力性的计算中给出了相关的公式。

（3）动力性指标的计算方法不变，仍采用驱动力-行驶阻力平衡图法和动力特性图法。功率分析仍采用功率平衡图。

纯电动汽车的动力性表6-1计算纯电动汽车动力性的主要公式名称公式名称公式驱动力加速阻力电动机的功率汽车行驶平衡方程式传动系统的传动效率汽车行驶平衡方程式车速驱动-附着条件滚动阻力动力因数空气阻力爬坡的坡度角坡度阻力汽车的功率平衡方程式道路阻力汽车的功率平衡方程式

纯电动汽车的动力性4.纯电动汽车动力性的计算（1）纯电动汽车动力性计算的参数纯电动汽车动力性的计算可以采用驱动力-行驶阻力平衡图法，也可以采用动力特性图法。下面采用驱动力-行驶阻力平衡图法确定纯电动汽车的动力性指标，并进行分析。电动机的峰值转矩见表1-8，纯电动汽车整车的基本参数见表1-9。后轮驱动的纯电动汽车前轮驱动的纯电动汽车

纯电动汽车的动力性表1-6电动机的额定转矩转速／(r．min-1)0～3200350040004500500055006000650070007500800085009000

转矩／(N．m)350.0320.0280.0248.9224.0203.6186.7172.3160.0149.3140.0131.8124.4表1-7电动轿车整车的基本参数参数数值

参数数值整车满载总质量m/kg2100变速器的传动比ig1.864迎风面积A/m21.955传动系统总效率ηT0.92空气阻力系数CD0.295电动机及其控制器效率0.85滚动阻力系数f0.015动力电池的平均效率0.95车轮滚动半径r/m0.294动力电池组总能量Eb/（W•h）45000主减速器的传动比i03.266

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（2）纯电动汽车的驱动力-行驶阻力平衡图及其绘制纯电动汽车与燃油汽车的驱动力-行驶阻力平衡图的绘制方法相同，绘图中，根据式（1-5），汽车的驱动力：汽车行驶阻力的计算公式同式(1-40)，汽车车速的计算公式同式(1-10)，它们之间通过电动机的转速关联，这样，可得纯电动汽车的驱动力-行驶阻力平衡图，如图1-29所示。图1-34纯电动汽车的驱动力-行驶阻力平衡图

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（3）纯电动汽车最高车速的确定为充分利用驱动电机的功率，保证纯电动汽车有较高的最高车速和良好的加速、爬坡性能，纯电动汽车通常采用较大功率的驱动电机或者大传动比变速器这时，驱动力一行驶阻力没有交点，或交点的右侧没有驱动力线。此时，最高车速可由驱动电机的最大转速计算得到，由式(1-10)得图1-34纯电动汽车的驱动力-行驶阻力平衡图

纯电动汽车的动力性保持30min最高车速行驶与动力电池的容量、电机的温度等有关，如动力电池的容量大，则可在最高车速或接近最高车速行驶30min。加大总传动比ig

i0，图1-34中的驱动力曲线上移，同时，最高车速线左移，最高车速减小，反之，最高车速加大。加大扭矩，驱动力曲线上移，最高车速线位置不变，最高车速不变，因为电动机的最大转速不变，最高车速由驱动电机的最大转速确定。图1-34纯电动汽车的驱动力-行驶阻力平衡图

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（4）纯电动汽车加速能力的确定1）确定汽车的加速度根据式(1-41)，得纯电动汽车的加速度，在图1-34的基础上绘得纯电动汽车的加速度曲线，如图1-35所示。汽车在起步时具有最大加速度amax=2.8567m/s2；在恒转矩工作区，加速度略有减小；在恒功率工作区，加速度逐渐减小，最高车速时，加速度最小。图1-35纯电动汽车的加速度曲线

纯电动汽车的动力性2）求汽车加速度的倒数由汽车的加速度a求加速度的倒数1/a，如图1-36所示，相应的积分区间为[0，umax]。图1-36纯电动汽车的加速度倒数曲线及积分面积

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3）积分计算汽车的加速时间

根据式(1-43)，纯电动汽车的加速时间为汽车的加速度倒数曲线下的面积，在图1-35、图1-36的基础上，用高等数学中数值积分的梯形公式和Matlab求汽车的加速度倒数曲线下的面积，得汽车的加速时间，绘得纯电动汽车的加速时间曲线，如图1-37所示。图1-37中，0~100km/h、60~100km/h的加速时间分别为11.5634s和5.6970s，0~umax的加速时间为30.6445s。根据式(1-43)，图1-34中的驱动力与行驶阻力的差越大，加速度越大，加速度倒数曲线下的面积越小，汽车的加速性能越好。图1-37纯电动汽车的加速时间曲线图1-36纯电动汽车的加速度倒数曲线及积分面积

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（4）纯电动汽车爬坡能力的确定

根据式(1-45)可求得坡度角，再由可求得坡度值，在图1-34的基础上绘得纯电动汽车的爬坡度图，如图1-38所示；随车速的增加，纯电动汽车的爬坡度逐渐减小；汽车的车速接近零时具有最大爬坡度imax=32.4883%；12%坡度的爬坡车速为122.5298km/h；最高车速umax=163.8585km/h时汽车的爬坡度为6.4755%。图1-38纯电动汽车的爬坡度图纯电动汽车爬坡

纯电动汽车的动力性例1-4根据表1-6中电动机的额定转矩和表1-7中的电动轿车整车的基本参数，计算车速时的驱动力，动力因素、爬坡的坡度角及爬坡度。解：根据式（1-10）和表1-9，得电动机的转速：根据表1-8和，得电动机的转矩

。再根据式（1-5）和表1-9，得驱动力：

纯电动汽车的动力性根据式（1-46）、式(1-16)和表1-9，得动力因数：根据式（1-50）和表1-7，得坡度角：根据式（1-18），得爬坡度：

纯电动汽车的动力性

5.影响纯电动汽车动力性的主要因素

（1）电机参数对汽车动力性的影响电动机的额定功率和峰值转矩的影响：电动机的额定功率和额定转矩与发动机的最大功率和最大转矩对汽车动力性的影响的原理相同，电动机的额定功率和额定转矩大，汽车的动力性好；如过大则影响电动机的体积，给汽车布置带来困难，另影响电动机和传动系统的质量，影响汽车的经济性。

图1-32电动机的外特性曲线后轮驱动的纯电动汽车

纯电动汽车的动力性电动机的最大转速的影响：电动机的最大转速高，在驱动力曲线与行驶阻力曲线不相交的情况下，根据车速公式，汽车的最高车速高，动力性好。电动机的外特性曲线形状的影响：恒功率区大，高速区的后备功率大，高速区的动力性好。纯电动汽车在