电动汽车动力系统的仿真与优化研究

《北京汽车》2009.No.3北京汽车文章编号：1002-4581（2009）03-0021-04电动汽车用驱动电机控制系统研究肖平1冯能莲2XIAOPing1，FENGNeng-lian2（1.安徽工程科技学院先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，安徽芜湖241000；2.北京工业大学环能学院，北京100022）摘要：驱动电机的控制技术是电动汽车的关键技术之一，对整车性能有决定性的影响。文中针对电动汽车的要求对直流驱动电机的控制系统进行研究，完成了控制系统软硬件设计。采用智能功率模块IPM作为强电回路的主要功率器件，设计中采用软件滤波和光电隔离的措施以提高系统的抗干扰能力，采用模糊PI调节对电枢电流和励磁电流进行闭环控制。试验表明，所设计的控制系统能够满足电动汽车的行驶要求，为进一步进行电动汽车的研究奠定了基础，积累了一定的技术经验。关键词：电动汽车；直流电机；控制；设计；模糊PI中图分类号：U469.72:TM331+.3文献标识码：A自从电动汽车面世以来，就有了电机驱动系统。电机驱动系统是电动汽车的心脏。它的任务是在驾驶员的控制下，将蓄电池的电能转化为车轮上的动能，或者将车辆上的动能反馈到蓄电池中[1]。电动汽车对电机驱动控制系统的基本要求是：有4~5倍的过载动力以满足短时加速行驶和最大爬坡度的要求；电机应根据车型、车辆的行驶规律进行设计；要求有较高的功率密度和好的效率图（在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程；为使多电机协调运行，要求电动汽车驱动电机可控性高、稳态精度高、动态性能好[2]。目前，在电动汽车上运用的电机驱动系统主要有直流电机驱动系统、异步电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统、永磁电机驱动系统。异步电机有结构简单、电机成本低等优点，但有驱动系统的控制复杂，不易达到宽范围的恒功率调速的缺点；开关磁阻电机有效率高、成本低等优点，但是电机驱动系统有转矩脉动，噪声大并且使用位置传感器增加了结构复杂度，降低了可靠性等缺点；永磁电机具有功率密度高、在宽速度范围内运行效率高等优点，但有驱动系统电流损耗大，永磁体有退磁问题,有转矩脉动，工作噪声大等缺点。与这3种电机驱动系统相比，直流驱动系统具有成本低、调速性能好(平滑和精确)、控制器简单、控制相对成熟等优点，同时直流电机还具有起动转矩高和宽恒功率调速范围，适合在牵引领域应用等优点；因此，本课题研究的电动汽车采用直流电机驱动系统，尽管它存在机械换向器所引起的效率低、转矩脉动大等缺点[3]，但是由于设计中采用了直流斩波技术，使得直流电机的功率因数、工作效率、动态性能和转矩脉动性得到明显改善，因此设计中的直流电机能够满足电动汽车的工作要求。1驱动电机控制系统硬件设计文中所研究的电动汽车，电池为水平铅布电池，单体电池容量85Ah，额定电压216V（单体电池电压12V×电池数18）；驱动电机采用45kW他励直流电机，其控制系统硬件设计包括电机的·电动汽车用驱动电机控制系统研究·

务Ｉ　匐　似　

纯电动汽车动力驱动系统参数优化设计及性能　

仿真研究　

Ｐｕｒｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｄｒｉｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　

吴敏　大职　

ＷＵ　Ｍｌｎ　

（重庆工贸职业技术学院信息工程系。重庆４０８０００）　摘要：纯电动汽车动力驱动系统的参数设计，如电池容量、电动机功率、传动比以及它们之间的合理　匹配，对纯电动汽车的续驶里程和动力性等者隋显著的影响。本文主要研究将优化理论应用到　纯电动汽车动力驱动系统的优化设计中，以实现驱动系统各个部件参数的最佳匹配，充分发挥　纯电动汽车整体性能，通过仿真试验证明了该方法的正确性和有效性。　关键词：纯电动汽车；参数；设计；性能仿真　中圈分类号：ＴＨＩ　２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００９—０１　３４（２０１　２）０５（下）一Ｏ１　２４—０５　

Ｄｏｉ：１　０．３９６￣ｌ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１　２．５（下）．３６　

０引言　

电动汽车动力驱动系统的设计应该满足车辆　

对动力性能和续驶里程的要求。车辆行驶的动力　

性能可以用以下四个指标来评价：　

１）起步加速性能。车辆在设定时间内由静止　

加速到额定车速或走过预定的距离的能力。　

２）以额定车速稳定行驶的能力。对电动汽车　

来说，蓄电池和电动机应该能提供车辆以额定车　

速稳定行驶的全部功率需求，并且根据我国的道　

路状况至少能克服坡度为３％的路面阻力。　

３）以最高车速稳定行驶的能力。在电动汽车　

上，电动机发出的功率应该能够维持车辆以最高　

车速行驶。　

４）爬坡能力。电动汽车能以一定的速度行驶　

在一定坡度的路面上。　

另外，电动汽车的蓄电池所输出的电能和电　

量应该能够维持电动汽车在一定工况下行驶额定　

的里程。　

本文项目以改造型纯电动汽车为例，对其驱　

动系统参数进行了的优化设计和性能仿真。　

虚󰀁󰀁拟

与

仿󰀁󰀁真CRUISE纯电动车动力性能仿真及优化

姜海斌,黄宏成(上海交通大学汽车工程研究院汽车电子控制技术国家工程实验室,上海200240)

SimulationandOptimizationoftheElectricVehicle󰀁sDynamicPerformanceonCRUISE

JIANGHaibin,HUANGHongcheng(NationalEngineeringLaboratoryofAutomotiveElectronics,InstituteofAutomotiveEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China)

󰀁󰀁摘要:以后轮驱动纯电动车为例,利用CRUISE

软件建立了电动车的动力系统模型,并用此软件模

拟得到其动力性能,验证了该模型分析车辆动力性

能的可行性.分析了影响续驶里程及最大爬坡度的各种因素,提出的措施和方法能够很好地提高电动

汽车动力性能.

关键词:纯电动车;建模;CRUISE;续驶里程;

优化

中图分类号:U469.7文献标识码:A

文章编号:10012257(2010)04006104

收稿日期:20091203Abstract:Takingrearwheeldriveasanex-

ample,themodeloftheelectricvehicleisestab-

lishedinCRUISE.Alsothissoftwareisusedto

simulatetheperformanceofthevehicle.Thesimu-lationresultsvalidatethatCRUISEcananalyzethe

feasibilityofvehicleperformance.Then,various

factorsthataffectcontinueddrivingrangeandlar-

新能源汽车动力系统的研究与发展

随着全球经济的快速发展和工业化过程的不断加速，传统燃油汽车的使用量与日俱增，同时也加剧了环境污染的问题。由于新能源汽车具有环保节能的特点，更加符合现代社会的发展趋势和需求，因此，新能源汽车逐渐成为国家和世界各国重点发展的方向。而其中，动力系统的研究和发展则成为了新能源汽车市场的核心。

一、新能源汽车动力系统概述

新能源汽车的动力系统与传统燃油汽车的动力系统有着本质的区别。传统燃油汽车使用内燃机作为发动机，而新能源汽车动力系统则主要由电动机和电池组成。除此之外，新能源汽车的动力系统还包括电子控制系统、换挡系统、减速器等。

二、新能源汽车动力系统的发展历程

新能源汽车动力系统的发展历程可以追溯到20世纪70年代，当时研究人员开始尝试使用电力作为动力源。但由于当时电池技术的限制，使得新能源汽车的实际应用受到了限制，因此，新能源汽车一度停滞不前。

随着技术的不断发展和创新，新能源汽车的动力系统开始出现了新的突破。1980年代，氢燃料电池技术开始被广泛研究，该技术将氢气和氧气在燃料电池中化学反应，产生电能作为动力源，同时还可以产生水。该技术受到了各方面的关注，被认为是新能源汽车动力系统的未来发展方向之一。

随着时代的进步，电池技术不断提高，动力电池的续航里程逐渐增加，同时电动机和电子控制技术也在不断发展，新能源汽车开始被广泛应用。目前，新能源汽车就已经在出租车、公交车、私家车等多个领域得到应用，特别是在我国国家层面，对新能源汽车动力系统的发展提出了更高的要求和支持。

三、新能源汽车动力系统的发展状况

随着环保意识的不断加强和国家政策的鼓励，新能源汽车的销售量持续增长。根据相关数据统计，目前电动汽车的年增长率为21%，到2025年预计将占据全球汽车市场的15%，到2035年预计将占据全球汽车市场的35%。

在新能源汽车动力系统的技术创新方面，目前主要集中在电池、电机和电子控制系统的升级改进，以提高新能源汽车的续航里程和驾驶体验。例如，特斯拉在电池技术方面取得了重大进展，推出了高能量密度等新型动力电池，大幅提升了续航里程和运行效率。