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1、.word可编辑.插电式串联混合动力轿车的选型匹配与仿真时间:2011-03-2912:05来源:同济大学汽车学院作者:孙永正等点击:次以某插电式串联混合动力轿车为例，在整车性能指标和系统结构确定的基础上,对电驱动系统、储能系统和辅助动力单元进行选型和优化匹配，确定了发动机的最优工作点，并对所建的整车进行仿真。前言 随着我国经济的迅猛发展,汽车的需求不断增加,预计到2030年我国汽车保有量将达到2.7亿辆,这将会导致石油资源过度消耗,加剧环境污染。混合动力汽车的节能环保、技术成熟和成本相对较低的特
2、点将使之成为近期内替代传统汽车的优选方案之一。插电式串联混合动力轿车适用于城市内频繁起步和低速运行工况,使发动机避免了怠速和低速运转的工况,从而提高了发动机的效率;同时可以从供电网获取电能,在一定的行驶距离内以纯电动模式行驶,降低对石油资源的依赖,减少有害气体的排放。文中针对插电式串联混合动力轿车,从电驱动系统、储能系统和辅助动力单元这几方面进行选型匹配分析,以期在满足整车动力性、续驶里程的前提下,提高整车燃油经济性。 1整车参数性能指标和系统结构 1.1整车参数性能指标所研究的串联混合动力轿车原
3、型车是排量为1.8L的轿车。在结构不改变的情况下,换装了新的动力系统。在确定整车纯电动续驶里程时,参考美国私人交通调查报告(NPTS),车辆日常行驶里程在60mile(约96.6km)以内的累积概率为60%,考虑到动力电池通常并不是在充满状态,故确定该车纯电动续驶里程为110km。整车参数及性能要求如表1所示。 1.2整车系统结构.专业.专注..word可编辑.插电式串联混合电动轿车的结构如图1所示,其动力系统主要由电驱动系统、储能系统和辅助动力单元3部分组成,外部能源输入有发动机燃油供应和
4、外接充电两种方式。发动机和ISG电机同轴连接组成辅助动力单元(auxiliarypowerunit,APU)。 发动机工作在恒定的工作点带动ISG电机发电,动力电池用来平衡APU输出功率和电机输入功率:当ISG电机的输出功率大于电机需求功率时(汽车减速滑行、低速行驶时停车等工况),控制器控制ISG电机向电池充电;当ISG电机的输出功率低于电机需求功率时(汽车起步、加速、高速行驶和爬坡等工况),电池则向电机提供额外的电能。由于电机能够四象限运行,系统无须设置变速器和离合器,且电机在正反两个方向上
5、都能实现驱动和制动能量回收,因而提高了系统效率。 2电驱动系统 电驱动系统主要由电机及其控制器、机械传动装置和驱动轮组成。与发动机特性不同,电机的机械特性是低速恒转矩和高速恒功率。低速时,电机输出转矩大,正好满足汽车起步或爬坡工况车速较低时需要较大转矩的要求;高速时,电机输出恒功率,满足汽车的最高车速行驶要求;与汽车的行驶特性非常相符。因此,可用固定挡的齿轮传动装置来替代多速变速器,从而简化了机械传动装置。 2.1电机选型驱动电机选用永磁同步电机,其参数应由整车参数及其性能要求决定。相对发动机而言
6、,电机具有一定的过载能力。选择电机功率时要综合考虑电机的额定功率和最大功率,在设计中一般根据最高车速确定电机的额定功率,整车的加速、爬坡性能则与峰值功率密切相关。电机功率越大,整车的加速和爬坡性能越好,但增大电机功率将导致电机的体积和质量迅速增加,.专业.专注..word可编辑.而且会使电机不能经常工作在额定功率附近,电机的效率和功率因数下降。考虑到国家标准GB/T19752-2005中所规定整车性能测试时装备质量要求,在计算电机功率需求时采用半载质量,即m=1750kg,g=9.8m/s2。传动
7、效率t、路面滚动阻力系数f、汽车风阻系数CD、汽车行驶迎风面积A、最高车速vmax、爬坡车速va、爬坡角度α、0-100km/h加速时间t的值如表2所示。 根据以上分析和计算结果,电机的额定功率至少为30.8kW,峰值功率至少为60.5kW。根据电动汽车用电机及其控制器技术条件(GB/T18488.1-2006)对电机功率等级的规定,确定电机的额定功率为30kW,峰值功率为70kW。控制器电压等级为336VDC。综合考虑整车布置、电机技术等原因,确定电机额定转矩为100Nm,基速为2800r/m
8、in,最高转速为6000r/min。 2.2固定传动比的确定(1)传动系最大传动比传动比i应满足汽车行驶最高车速的要求,根据汽车理论:i=0.377rnmax/vmax (4)式中:r为车轮滚动半径;nmax为电机的最高转速。由于电机的外特性与发动机的不同,串联混合动力轿车的最高车速同时还受到电机最大功率的限制。(2)传动系最小传动比.专业.专注..word可编辑.确定最小传动比,应考虑3个因素:最大爬坡度、0-100km/h加速时间和地面附着率。根据汽车理论:i=Ftr/(Ttq
