纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较
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简述纯电动汽车驱动系统的组成纯电动汽车驱动系统是指由电动机、电池组、电控系统和传动装置等组成的系统,用于提供动力和驱动纯电动汽车行驶。
1. 电动机电动机是纯电动汽车驱动系统的核心部件,负责将电能转化为机械能,驱动车辆前进。
电动汽车常用的电动机有直流电动机和交流电动机两种。
直流电动机具有结构简单、转速范围广、起动扭矩大等特点,而交流电动机则具有效率高、控制方便等优势。
2. 电池组电池组是纯电动汽车的能量存储装置,负责储存电能以供电动机使用。
电池组的类型多样,常见的有锂离子电池、镍氢电池和钠离子电池等。
锂离子电池具有能量密度高、重量轻、寿命长等优点,因此被广泛应用于纯电动汽车。
3. 电控系统电控系统是纯电动汽车驱动系统的控制中枢,负责对电动机和电池组进行控制和调节。
电控系统包括电控器、传感器、控制算法等组成。
电控系统可以根据车辆的需求,控制电动机的转速、扭矩和能量输出等参数,以实现车辆的动力和能耗控制。
4. 传动装置传动装置是将电动机的动力传输到车轮上的装置。
传动装置通常由减速器和差速器组成。
减速器用于降低电动机的转速,并提供足够的扭矩输出;差速器则用于实现车轮的差速调节,使车辆在转弯时能够平稳行驶。
除了以上基本组成部件外,纯电动汽车驱动系统还包括辅助设备,如充电设备、电池管理系统和辅助电器等。
充电设备用于将外部电源的交流电能转化为电池组所需的直流电能;电池管理系统用于对电池组进行监控和管理,以确保电池组的安全和性能;辅助电器则提供车辆的辅助功能,如空调、音响等。
纯电动汽车驱动系统的组成部件之间相互协调配合,共同实现车辆的动力输出和行驶控制。
电动机将电能转化为机械能,通过传动装置将动力传递到车轮上,从而实现车辆的行驶。
电池组提供所需的电能,电控系统对电动机和电池组进行精确控制,以满足车辆在不同工况下的动力需求。
通过不断的技术创新和研发,纯电动汽车驱动系统的性能和效率得到了不断提升,使得纯电动汽车逐渐成为了可行的替代传统燃油车的选择。
纯电动汽车的优势和劣势随着环境保护对社会的重要性日益突显,纯电动汽车作为一种低碳、清洁的出行方式,受到了越来越多人的关注和选择。
纯电动汽车相较于传统汽车在燃料方面具备很大的优势,但同时也存在一些劣势。
本文将围绕纯电动汽车的优势和劣势进行论述。
一、纯电动汽车的优势1. 环保节能:纯电动汽车的最大优势在于零排放,使用电动汽车可以有效减少二氧化碳和有害气体的排放,极大地缓解了空气污染并降低温室气体的排放量。
同时,电动汽车不需要燃油,通过充电即可使用,可以充分利用清洁能源,减少对传统能源的依赖。
2. 低运营成本:与传统燃油汽车相比,纯电动汽车的运营成本更低。
首先,电动汽车的充电成本较低,与汽油相比更加经济实惠。
其次,电动汽车由于没有发动机、变速器等传统汽车部件,维修成本明显降低。
此外,一些国家还会给予电动汽车购置补贴和减免车辆购置税等优惠政策,进一步降低了使用成本。
3. 静音舒适:与传统汽车的引擎噪音相比,电动汽车的电机工作噪音更低,行车过程中几乎没有噪音干扰,带来更加舒适和宁静的驾乘环境。
同时,电动汽车还具备较好的加速性能,响应更佳,驾驶体验更加流畅。
4. 动力性能强大:纯电动汽车的电机驱动系统具备较高的动力性能,特别是在低速和启动等方面,电动汽车一般具备较好的爆发力,可以满足大部分日常驾驶需求。
二、纯电动汽车的劣势1. 续航里程限制:目前纯电动汽车的续航里程相较于传统汽车的油箱容量仍有一定限制,一次充电的续航里程一般较为有限。
这意味着长途驾驶或者无法随时充电的情况下,纯电动汽车的使用可能会受到限制。
2. 充电设施不足:充电设施的缺乏是制约纯电动汽车推广和普及的一个重要因素。
相较于传统加油站,充电桩的建设和覆盖范围仍然有限,人们在购买纯电动汽车时需要考虑充电设施的便利性。
3. 充电时间较长:与加油所需的时间相比,纯电动汽车充电时间较长,一般需要数小时才能将电池充满。
这对于一些需要频繁长途行驶或工作时间紧张的人来说可能不太方便。
产业科技创新 Industrial Technology Innovation6Vol.2 No.25电动汽车的优缺点分析孔 舰(福建百城新能源科技有限公司,福建 福州 350001)摘要:对电动汽车的了解和应用是未来汽车发展的重要方向,分析其优点和不足,解决电动汽车中的能源问题,减少石油资源的消耗,改善城市环境,解决城市污染问题。
文章分析电动汽车的优点和缺点,探究电动汽车结构。
关键词:电动汽车;优点;缺点;结构分析中图分类号:U472 文献标识码:A 文章编号:2096-6164(2020)25-0006-02随着我国社会经济的发挥发展,人们的生活水平在不断提升,汽车逐渐走进更多的家庭,成为人们出行的重要代步工具。
面对石油资源的紧张,环境污染越来越严重,汽油价格的提升,电动汽车成为汽车未来发展的方向,被更多的家庭接受。
电动汽车有着一定的优点和缺点,对其缺点进行分析,为相关技术研发提供依据,同时,加强电动汽车市场整顿,提高其安全性,推动我国新能源汽车行业的发展。
1 电动汽车的优点分析1.1 环保在电动汽车使用的过程中,不会产生废气是其最大的优势,不会出现大气污染问题。
会有一些人认为电动汽车使用的是二次能源,电能在火力发电厂已经污染大气,只是将污染转移到郊区。
电动汽车不只是改变空气污染的地方,相对于传统汽车来说,缺失减少环境污染问题,电力来源途径比较多,如风能、水能、潮汐能以及核能等,即便电动汽车的电能全部来源于火力发电厂,其能源利用率比燃油汽车要高,实现环保的目标。
1.2 省钱随着电动汽车的研发和推广,国家和地方政府给予相应的补贴,最高可以达到11.4万元,这一举措使得电动汽车价格和传统汽车价格相当。
在油价上浮的今天,电动汽车运行费用要比传统汽车运行费用要小,具有竞技性特点。
1.3 噪音小噪音小是电动汽车最为直观的优势。
在城市中,汽车噪声是一种较为严重的污染问题,有效控制噪声污染是对汽车工业的重要考验。
纯电动汽车结构与原理介绍纯电动汽车是一种通过电池供电驱动电动机来实现汽车运行的新型车辆。
相比传统内燃机车辆,纯电动汽车具有零排放、低噪音、低维护成本等优势,受到越来越多消费者的青睐。
纯电动汽车的结构和原理是怎样的呢?本文将介绍纯电动汽车的结构和工作原理。
一、电池系统纯电动汽车的核心是电池系统,电池是储存电能的设备。
电池通常分为锂电池、镍氢电池等不同种类。
电池通过充电桩充电,将电能储存在电池中。
在行驶过程中,电池释放电能供给电动机驱动汽车运行。
二、电动机驱动系统电动机是纯电动汽车的动力来源,电池释放的电能经过控制器控制电动机的速度和扭矩,从而驱动汽车行驶。
电动机具有高效率、低噪音、响应快等优点,是纯电动汽车的关键组成部分。
三、动力传动系统动力传动系统将电动机产生的动力传递给汽车的驱动轮,使汽车运行。
在一般纯电动汽车中,常见的传动方式包括单速变速箱、双速变速箱等。
四、车身结构纯电动汽车的车身结构和传统汽车基本相同,包括车身框架、车身乘员舱、悬挂系统、制动系统、轮胎等部分。
但由于电池的安装需要考虑重量平衡和碰撞安全等问题,纯电动汽车在车身结构上可能会有所不同。
五、能量回收系统纯电动汽车在行驶过程中会通过电动机的反向工作将制动能量转化为电能,将其储存到电池中,实现能量的回收再利用。
这不仅可以提高车辆的能效,还能延长电池的寿命。
六、辅助系统在纯电动汽车中,还包括了辅助系统,如空调系统、暖风系统、座椅加热系统等。
这些系统同样通过电能供给,使纯电动汽车具备舒适的驾乘体验。
综上所述,纯电动汽车的结构包括电池系统、电动机驱动系统、动力传动系统、车身结构、能量回收系统以及辅助系统,其工作原理是基于电池储能、电动机驱动、能量回收等关键技术的实现。
随着技术的进步和应用范围的扩大,纯电动汽车将在未来成为主流,推动汽车产业向清洁、智能的方向发展。
导读:电动汽车可分为两种:单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。
电动汽车作为一种工业产品,以电池为主要能量源,动力源全部或部分由电动机提供,涉及机械、电力电子、通信、嵌入式控制等多个学科领域。
电动汽车与传统汽车相比,能量源、驱动系统结构都发生了极大的改变。
根据驱动系统结构布置的不同,电动汽车可分为两种:单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。
1、传统集中式驱动结构类型集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似,用电动机及相关部件替换内燃机,通过变速器、减速器等机械传动装置,将电动机输出力矩,传递到左右车轮驱动汽车行驶。
集中驱动式电动汽车操作实现技术成熟、安全可靠,但存在体积较重,效率相对不高等不足。
随着纯电动汽车技术研究的深入,纯电动汽车的驱动系统的布置结构也逐渐由单一动力源的集中式驱动系统向多动力源的分布式驱动系统发展。
图1.1为电动汽车不同驱动系统的结构示意图。
图1.1(a)为单电动机集中驱动型式,由电动机、减速器和差速器等构成,由于没有离合器和变速器,可以减少传动装置的体积及质量。
图1.1(b)也为单集中驱动型式,与发动机横向前置前驱的内燃机汽车结构布置方式相似,将电动机、减速器和差速器集成一体,通过左右半轴分别驱动两侧车轮,该布置型式结构紧凑,多用于小型电动汽车上。
图1.1(c)为双电机分布驱动型式,两个驱动电机通过减速器分别驱动左右两侧车轮,可通过电子差速控制实现转向行驶,以取代机械差速器,该驱动方式为目前研究的热点。
图1.1(d)为轮毂电机分布式驱动型式,电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面,省去传动轴和差速器,从而使传动系统得到简化。
该驱动方式对驱动电机的要求较高,同时控制算法也比较复杂。
2、分布式驱动电动汽车结构类型分布式驱动电动汽车按照动力系统的组织构型不同可分为两种:电机与减速器组合驱动型式,轮边电机或轮毂电机驱动型式。
纯电动汽车的基本机构及优缺点分析摘要: 汽车保有量的持续增加促使石油资源的消耗量逐日增多,传统汽车在消耗大量自然资源的同时,还造成了严重的环境污染,环境污染程度已经远超过大自然的自我净化能力,致使空气质量指数持续下降危及人们的身屯、健康。
大力发展环保清洁的新能源汽车是目前缓解石油紧缺、解决环境污染问题的有效措施。
各国纷纷倡导绿色出行,环保、高效、零排放的纯电动汽车始终是我国新能源汽车发展的布局中心。
纯电动汽车与传统内燃机汽车动力源存在明显差异,内部结构极大简化,大幅提升了电动汽车内部布局的灵活性和造型的自由度,然而现有纯电动汽车尚未形成独有的设计特征。
文章对新能源纯电动车的相关技术要点进行分析。
关键词:新能源汽车;双电机;电动汽车;驱动系统1新能源纯电动车定义与原理纯电动汽车顾名思义,是利用单一蓄电池作为储能动力源,通过电动机、电力驱动及控制系统、传动系统等来驱动行驶并符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。
传统汽车的驱动模式是内燃机对在油箱中储存的化石燃料做功产生动力,通过离合器、变速箱等传动系统到达车轮驱驶汽车运动;纯电动汽车则是集成式驱动模式,直接利用电池储存的电能,通过控制系统来驱动电动机产生动力,再通过传动系统驱动车轮行驶。
2新能源纯电动车优缺点2.1优点新能源汽车与传统的汽车相比较而言,其能耗更低,新能源纯电动汽车消耗的能源主要是电能,传统汽车消耗的是汽油、柴油,相比之下,新能源纯电动车具有更多优点,具体如下。
(1)零排放。
电动汽车以电能为动力源,不是油类,所以在行驶的时候不会排放出二氧化碳等污染物。
(2)能源利用率高。
电动汽车动力源的来源有很多,比如风力发电、水力发电、太阳能发电等,这些都可以产生电能,而且科技快速发展,还会不断拓展纯电动汽车能源的范围,使得纯电动汽车的能源更多样化。
另外,有研究显示,传统汽车所消耗的原油,必须要经过提炼之后才可以用于汽车,原油经过提炼之后送到加油站,燃油在燃烧过程中的能量效率大约为13%,但是纯电动汽车所消耗的电能,只需要经过电力传输驱使汽车行驶,其能量效率大约为18%左右,由此可见,纯电动汽车的能源利用率更高。
简述纯电动汽车结构及工作原理纯电动汽车是指完全依靠电能驱动的汽车,其结构和工作原理与传统燃油汽车有较大的不同。
本文将以标题“纯电动汽车结构及工作原理”为主题,详细介绍纯电动汽车的构成和运行原理。
一、纯电动汽车的结构1. 电池组:电池组是纯电动汽车的核心组件,它负责储存电能。
多数纯电动汽车采用锂离子电池作为电源,其能量密度高、重量轻、寿命长。
电池组通常由多个电池单体串联而成,以提供足够的电压和容量,满足汽车的动力需求。
2. 电机:电动汽车的驱动力来自电机。
电机将电能转化为机械能,通过传动系统驱动车轮运动。
纯电动汽车一般采用交流电动机,其特点是转速范围广、效率高、响应迅速。
电机通常安装在汽车的前后轴上,通过减速装置与车轮相连接。
3. 控制系统:控制系统是纯电动汽车的大脑,负责监测和控制电池组、电机等各个部件的工作状态,以实现车辆的正常运行。
控制系统包括电池管理系统、电机控制系统、车辆管理系统等。
其中,电池管理系统用于监测电池的电量、温度等信息,确保电池组的安全和性能;电机控制系统则控制电机的启停、转速等参数,实现车辆的加速、减速等操作。
4. 充电系统:纯电动汽车需要通过充电系统为电池组充电。
充电系统包括充电桩、充电线缆和车辆内部的充电控制装置。
用户可以在家中或公共充电站进行充电,充电时间和方式根据电池容量和充电设备的功率而定。
5. 辅助系统:辅助系统包括空调系统、制动系统、电力转向系统等。
这些系统与传统汽车相似,但在纯电动汽车中,它们都由电能驱动,减少了对燃油的依赖。
二、纯电动汽车的工作原理纯电动汽车的工作原理可简要概括为:电池组储存电能,电机将电能转化为机械能驱动车辆,通过控制系统实现对电池组和电机的监测和控制,辅助系统提供额外的功能支持。
1. 充电:纯电动汽车需要通过外部电源对电池组进行充电。
充电桩将交流电转化为直流电,通过充电线缆连接到车辆中的充电控制装置,再将电能存储到电池组中。
2. 行驶:当电池组充满电后,电机可以将电能转化为机械能,驱动车辆行驶。
我国新能源汽车产业市场结构分析一、市场结构总体情况目前我国新能源汽车市场主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车三类,其中纯电动汽车市场规模最大,占据新能源汽车市场份额的70%以上。
插电式混合动力汽车市场份额约为25%,燃料电池汽车市场份额较小。
二、产业链结构分析新能源汽车产业链包括电池、电机、控制器、电控系统、电气连接器、电子元器件、轮胎、制动系统、底盘系统、车身系统、驱动系统等组成。
产业链上下游环节相互关联,各环节的发展情况对整个产业链的发展起着重要影响。
1. 上游:锂电池是新能源汽车中最核心的零部件之一,是整个产业链的支撑基础。
我国目前锂电池行业已经形成了以宁德时代、比亚迪、三星SDI、LG化学等为代表的一批龙头企业,实力较为强大。
2. 中游:电机、控制器和电控系统是新能源汽车的核心技术,也是新能源汽车产业链中的中游环节。
我国电机与控制器产业已经具备一定的规模,也孕育了一批颇具竞争力的企业,比如上海电气、华星电力等。
3. 下游:轮胎、制动系统、车身系统、驱动系统等零部件是新能源汽车产业链中的下游环节。
我国轮胎制造企业数量众多,但大多规模较小,需要不断提升自身的技术水平和产能规模。
制动系统和车身系统等领域也有不少龙头企业,比如东风电控、宇通客车、航天动力等。
三、主要厂家分析1. 纯电动汽车市场:目前,我国纯电动汽车市场上比较有影响的品牌包括特斯拉、比亚迪、广汽新能源和吉利等。
其中,特斯拉在国内市场份额较高,产品性能和品牌溢价较为突出。
比亚迪和广汽新能源则是国内新能源汽车市场的主要参与者,产品线齐全,市场覆盖面广。
3. 燃料电池汽车市场:目前我国燃料电池汽车市场规模较小,主要参与者包括北汽新能源、广汽新能源和上汽集团等。
这些企业在燃料电池汽车技术方面具有较强的研发实力,但因技术门槛较高,市场规模较小。
总的来说,我国新能源汽车市场在市场结构、产业链结构以及主要参与者方面均呈现出多元化发展的态势。
纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较摘要纯电动汽车驱动形式有很多种,为了选择最合适的驱动系统,我们对不同驱动系统的结构特征进行了分析,在纯电动汽车上匹配不同的驱动系统后比较其动力性;以城市驾驶循环为例建立车辆能耗模型来比较其经济性。
结果显示:单电机直接驱动系统虽然最简单,但其性能最差;装配两速变速器后,动力性显著改善,汽车行驶里程增加3.6%,但自动变速的功能难以解决;采用轮毂电机驱动系统可以改善汽车的动力性,但实际行驶效率不高;而双电机耦合驱动系统可以实现高效率行驶,其行驶里程比单电机直驱增加了7.79%,并且因为其具有结构简单,行驶效率高等特点,所以适用于现在的纯电动汽车。
绪论作为核心部件,电力驱动系统的技术水平直接制约纯电动汽车的整体性能。
如今,有多种驱动系统可以使用。
根据车轮驱动扭矩的动力源,驱动系统的模式可分为整体式驱动和分布式驱动。
整体式驱动系统的驱动扭矩由主减速器或次级减速器或差速器来调节,主要包括单电机直驱和主副电机耦合系统。
在分布式驱动中,每个驱动轮都有一个单独的驱动系统,轮毂电机驱动系统是分布式驱动的主要形式。
整体式驱动的技术相对比较成熟,但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴,单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。
因此不安装其他的传感器和控制器,我们很难对汽车的运动和动力进行控制[1]。
分布式驱动近几年飞速发展,由于大多数车轮和电动机之间的机械部件被替换,因此分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点[2]。
为了选取最适合纯电动汽车的驱动方式,本文对不同驱动系统的结构特征和动力性经济性比较进行了比较说明。
本文结构如下:第二部分为驱动系统的结构特征分析,第三部分介绍驱动系统的参数和部件性能,第四部分比较不同驱动系统的动力性,第五部分比较不同驱动系统的经济性,第六部分得出结论。
结构分析整体式驱动整体式驱动系统被广泛应用于各类电动车辆,其主要结构如图1所示。
其中M是电动机,R是固定速比减速器,T是变速器,D是主减速器,W是车轮。
图1 a是单电机直驱系统,其扭矩由主减速器调节,通常称为直驱系统。
图1 b和直驱系统十分相似,除了扭矩由变速器调节。
因为驱动电机的速比调节范围比内燃机的更大,所以能以较少的齿轮数目的传动来满足在任何工况下的电动汽车需求。
图1 c是另外一种整体式驱动形式,其采用两个驱动电机和主减速器,其中一个电机在大多数工况下作为汽车的动力来源,另外一个电机只有在需要附加功率时才会工作。
D RMDTMDRMM(a) (b) (c)图1 整体式驱动系统结构直驱系统因为有最简单的机械结构和控制方法,所以成本最低,并且可能是使用最广泛的纯电动汽车驱动系统。
由于车辆的动力性和经济性完全由驱动电机来确定,因此驱动电机的特性要求较高。
因为装配了多档齿轮传动,图1 b的驱动形式能得到更好的动力性,同时对电动机的性能要求也会降低。
但是,自动变速的问题必须解决;否则,电动车辆容易控制的优点将由操纵不方便而丢失。
由于动力补偿被及时发现,双驱电动机耦合纯电动汽车的经济性显著增加,而动力性仍受到驱动电机限制。
因为大多数的内燃机驱动的车辆用传动的部件还可以继续使用,整体式驱动系统的继承性是很好的。
驱动系统被布置在发动机舱,因此冷却,隔离和电磁干扰等问题容易处理。
但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴,单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。
因此不安装其他的传感器和控制器,我们很难对汽车的运动和动力进行控制。
分布式驱动分布式驱动系统的几种主要结构在图2中示出,在图2 a中,车辆通过与直接安装在轮毂的外边缘的外转子的多个低速轮毂电机驱动。
由于所有的传动被取消,所述驱动系统具有最高的传动效率,但是驱动电机的性能较差;在图2 b中,该形式是由多个高速内转子轮毂电机通过一些行星齿轮减速器驱动的,其驱动系统的体积小于外转子电动机驱动系统的体积;在图2 c中,驱动系统被安装在车架上,驱动轮与短半轴相连,车辆的行驶平顺性得到提高。
因为电动机安装在车轮的内部,如图2中所示的驱动系统a和b被称为轮毂电机驱动系统。
M M M M R RR RM MM MRMRMMRMR(a) (b) (c)图2 分布式驱动系统结构因为大部分车轮之间的机械传动部件由控制信号所取代,分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点。
电机精确的扭矩响应可以增强现有车辆控制系统,例如防抱死制动系统(ABS),牵引力控制系统(TCS),直接横摆力矩控制系统(DYC),和其他先进的汽车运动/稳定性控制系统[3,4,5,6]。
基于上述优势,分布式驱动形式成为电驱技术的一个重要发展方向。
因为多档变速器很难在现有的分布式驱动系统中匹配,所以车辆动力性完全由驱动电机来确定。
一方面,它很难平衡多种工况的需求,如上坡,加速和高速等;另一方面,在陡峭的斜坡车辆急加速或爬坡时,将有可能发生电机过热和自我保护现象,这将威胁交通安全。
此外,由于在分布式驱动系统电动汽车中,同轴驱动轮之间省去扭矩自动平衡分配机构例如差速器外,每个车轮的所获得的驱动扭矩完全由相应的驱动器系统确定。
为了确保汽车按照预计的轨迹运行的,每个驱动系统的输出转矩必须是根据一个复杂的控制策略控制的动态响应[7]。
为保证车辆直线行进,转速和各驱动电机的驱动扭矩必须大致相等。
所以,在大部分车辆的行驶工况下,电机在相同的低效率区域工作,这将影响到分布式驱动电动汽车的实际驱动效率。
车辆参数及零件性能我们以前驱小型电动汽车搭载不同的驱动系统为例进行了研究,其主要参数见表1。
表1 汽车参数名称数值名称数值整备质量m e(kg)900 满载质量m l(kg)1250半载质量m j(kg)1080 轴距L(m) 2.34空气阻力系数C D0.32 轮辐半径r(m)0.27 爬坡速度u aI(km/h)20 滚动阻力系数f 0.015整体式驱动传动效率η10.92 车头正面面积A(m2)1.9分布式驱动传动效率η20.94 主减速器总传动比i R7.023整体式驱动旋转质量换算系数δ11.08 1档齿轮传动比i g19.021分布式驱动旋转质量换算系数δ21.05 2档齿轮传动比i g2 5.269单电机整体式驱动系统的驱动电机选用一个大的永磁同步电动机,分布式驱动系统的驱动电机或双电机耦合驱动系统的驱动电机是两个有着相同的功率和性能的永磁同步电动机。
在图2 c中该结构被选为分布式驱动模式。
其中驱动电机的技术参数如下:总的额定功率P me为16KW,总的峰值功率为P mmax32KW,额定转速为n me为2940r/min,最大转速n max为7500r/min,总的峰值转矩为T dmax 为78Nm,额定电压U e为144V,工作电压的范围在120~180V。
驱动转矩T di和每个小电机的转速n i和包含控制器ηd总效率之间的对应关系可以用专用测力计进行测定,结果如图3所示。
转速驱动力矩(Nm)峰值扭矩额定扭矩图3 电动机特性曲线动力源是LiFePO4 动态电池组。
它是由45个100Ah 的LiFePO4 电池单元组成的。
它们被串联一起使用,总的电量是14.4Kwh ,电池SOC 可基于电流积分法来计算[8],公式如下:C dt I SOC SOC t L /00⎰=- (1)其中,SOC 0是SOC 的初始值;I L 是瞬时电流,它是在充电过程中是负值,放电过程中是正值;C 是电容;dt 是时间变量,即采样频率的倒数。
根据基尔霍夫电压定律,在任何时间放电电流I L 是电池的内部电流,这应该被写为:RRP U U U P R U U I OC OC L dsg L OC L 24-dsg 2--=== (2) 其中,U OC 是电池组的开路电压;U L 是蓄电池的端电压;R 是电池内部电阻,其和剩余电量(SOC )有一定的关系,还和电池充电和放电功率和电池温度有关;P dsg 是电池放电功率。
开路电压和剩余电量的关系如图4所示,内部电阻和剩余电量的关系如图5所示。
开路电压(V)图4 开路电压和剩余电量关系内部电阻(m Ω)放电装置放电数据充电装置充电数据图5 内部电阻和剩余电量关系由功率计和一个充电 - 放电测试仪测得的电池组放电效率如图6所示。
充电和放电功率(kw)效率(%)图6 电池充电和放电效率动力性比较计算方法汽车的最大速度u amax 由驱动电机额定功率决定,也就是:⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥u a D j i a me A C gf m u P 2max max 7614036002η (3)其中,ηi 是驱动系统的传动效率,i=1或2; g 是重力加速度,取g=9.81m/s 2 。
车辆0-100km/h 加速时间t 和最大爬坡度αmax 可以根据驱动电机提供的峰值功率来计算。
公式如下:duu A C gf m u P m t D j i m ij ⎰--=6.3/10002max )6.3(15.216.37200ηδ (4))761403600cos 3600sin (22max 1max 1max aI D i aI m u A C gf m g m u P ++≥ααη (5)其中,δi 是驱动系统的旋转质量换算系数,u 是汽车的瞬时速度。
计算结果结果所获得的汽车动力性曲线如图7所示。
为清楚得表示模拟结果,不同驱动模式用不同颜色和类型的曲线来表示,如表2中所示: 表 2 代表不同驱动方式的曲线整体式单电机直驱 整体式主、副电机耦合驱动 整体式变速驱动分布式驱动 车速(km/h)驱动力和阻力功率(kw)(a )驱动力和阻力功率车速(km/h)时间(s )(b )0~100km/h 加速时间图7 汽车动力性比较因为电动机的总功率和整体式直驱系统的减速比和分布式驱动系统是相同的,所以二者的汽车动力性指标非常接近。
最大爬坡能力为30%,最高车速为108km/h 。
如果只是因为传动效率之间的差异,分布式驱动系统的加速能力和爬坡能力比整体式直驱系统的略强。
两速变速器可显著增加爬坡能力和车辆的最大瞬时速度。
最大爬坡能力增大40%,最大瞬时速度增为140km/h 。
此外,在不考虑换挡延迟,从0km/h 加速时间到50km/ h 只有4.7秒。
这证明引入变速器可大大提高车辆的动力性。
经济性比较汽车能耗分析汽车总是在一定的工况下运行。
因此,能耗分析不仅在驾驶状况,而且在电动机制动情况下能量消耗的再生制动也应该被考虑。
在一个采样点中,汽车瞬时能耗ΔE 是:t u F u a b ∆+∆+∆++=∆36003600mu t )76140Au C 3600u mgfcos 3600u mgsin (E a 3a D a a δαα (6)其中,F b 是刹车系统所产生的路面制动力; u a 是在一个采样点处的实际车速,Δu 是一个速度变量,Δt 为时间单位。