純電動轎車三電匹配計算示例1

以某一型號的傳統(tǒng)轎車為例，改裝為純電動轎車，重新設(shè)計動力系統(tǒng)參數(shù)，并驗證匹配設(shè)計方法是否合理。整車數(shù)據(jù)見表1，三電及減速器性能指標見表2。

表1 整車數(shù)據(jù)

表2 三電及減速器性能指標

1 電池參數(shù)

1.1 電池電量匹配

電池的電量主要由整車續(xù)航里程和電機、電控、電池的效率及能量回饋率等因素來確定。

1.1.1 勻速行駛里程的電池電量需求

在水平路面勻速行駛的電池電量平衡方程如下：

式中：S1——車輛續(xù)航里程，km；η1、η2、η3——傳動系統(tǒng)效率、電機控制器系統(tǒng)效率、電池的放電效率，取估算值η1=92%，η2=88%，η3=100%；P0——整車附件耗電量，kW。

根據(jù)式 （1），按標準m取半載質(zhì)量，令V=60，80 km／h，可得到電池電量與續(xù)航里程的關(guān)系擬合曲線，見圖1。

1.1.2 NEDC下的電池電量需求

因xxx項目設(shè)計最高車速為120 km／h，因此這里計算需考慮典型城市工況及城郊工況。根據(jù)加速過程中行駛方程，可以推到一個勻加速工況下電機所做的功：

圖1 電池電量與續(xù)航里程的關(guān)系擬合曲線

圖2 NEDC工況不同回饋率下續(xù)航與電池電量的關(guān)系擬合曲線

式中：a——加速度，m／s2；V0——初始車速，m／s；V——勻速行駛車速，m／s。

于是得到NEDC工況下續(xù)航里程S2與電池電量的關(guān)系式：

式中：t0——一個工況循環(huán)車輛運行時間，s；S0——一個工況循環(huán)車輛運行距離，km；η1——機械傳遞效率；η2——電機電控系統(tǒng)平均工況效率；η3——電池的充電效率；η4——制動能量回饋率，%。

將整車相關(guān)技術(shù)參數(shù)代入式 （3），（4），依據(jù)標準，由一個NEDC循環(huán)車輛運行時間t0=900 s（不含停車時間）估值低壓附件功率P0=0.2 kW，電機電控系統(tǒng)平均工況效率估值η2=88%，放電效率η4=100%，在無制動回饋的條件下，一個NEDC工況電池的輸出電量為：

對于減速工況，可以推到一個勻減速工況下電池可以回收的能量如下：

將整車相關(guān)技術(shù)參數(shù)代入式 （5），根據(jù)NEDC工況要求，電池能量回饋率=W回饋／W功=13.8%。

由NEDC工況標準得知一個NEDC循環(huán)車輛理論行駛距離S0=11.023 km，在制動能量回饋為η4的條件下，電池電量與續(xù)航里程的關(guān)系式：

式中：S2——NEDC工況下續(xù)航里程，km；η4——制動能量回收率，%。

由式 （5）得到NEDC工況下，車型電池電量與續(xù)航里程及能量回收率的關(guān)系擬合曲線，見圖2。

由圖2可查到要滿足NEDC工況整車續(xù)航里程250 km的要求，動能量回饋率，電池電量在36.99～40.11 kWh之間，考慮到百公里電耗要求，按能量回饋率8%估值，確定電池電量：W2=37 kWh。

根據(jù)新能源汽車推廣補貼方案及產(chǎn)品技術(shù)要求，新能源乘用車技術(shù)要求規(guī)定：當車輛1000＜m≤1600 kg時，Y≤0.0108×m+2.25；那么Y=0.0108×1167+2.25=14.9，百公里電耗=（W2／S／η充）×100=（35／251／0.95）×100=14.7≤Y，滿足要求 （設(shè)充電機效率：≥95%）。

1.1.3 整車電量確定

由1.1.1、1.1.2計算結(jié)果，可以初步確定滿足整車續(xù)航條件的電池電量：W=Max（W1，W2）=37 kWh。

1.2 電池功率及放電倍率匹配

1.2.1 電池功率匹配

電池功率參數(shù)主要由電機及整車附件的功率和決定，影響因素主要為：電機電控系統(tǒng)的效率、電池的放電效率及滿功率輸出要求的電池SOC值。

1）電池的持續(xù)及峰值放電功率的計算由電池的放電功率平衡方程：

式中：P m——電機的輸出功率，kW；P V——整車附件功率，為高壓附件DC-DC，空調(diào)或暖風(fēng)等輸入功率之和；η2——電機電控的系統(tǒng)效率，計算按估值88%；η3——電池放電效率，計算值取100%。

由整車提供的DC-DC、空調(diào)壓縮機、PTC的功率參數(shù)可知P V=1.2+1.3=2.5 kW，設(shè)電池峰值放電倍率為2，可得到電池的峰值放電功率：P bdcmax=35×2=70 kW。如果設(shè)定電池峰值放電倍率2來考慮，那么：（P m1max／η2+2.5）／η3=35×2，P m1max=59.4 kW。

設(shè)電池持續(xù)放電倍率為1，持續(xù)放電功率：P bdc=35×1=35 kW。

如果設(shè)定電池持續(xù)放電倍率為1來考慮，那么：（P m額／η2+2.5）／η3=35，P m額=28.6 kW。

2）電池的脈沖峰值饋電功率估算

由電機的饋電功率及效率、制動過程舒適性要求、制動法規(guī)要求等因素確定。因僅考慮到電池饋電功率的極值，地面附著系數(shù)取最大值ε=0.8。由此得到前輪最大制動力：

式中：β——前后輪制動力分配系數(shù)，由整車提供為β=2.49（估值）。M取半載質(zhì)量1347 kg，可得到：F fmax=7534.6 Nm。此時的電機的最大制動力矩需求為：

由水平路面車輛行駛方程F t=F f+F j+F w，可得到恒制動力矩下瞬間制動減速度與電機扭矩及轉(zhuǎn)速的關(guān)系式：

m取半載質(zhì)量1347 kg。

式 （9）中代入整車設(shè)計相關(guān)參數(shù)，可得到制動減速度與電機的扭矩及轉(zhuǎn)速的關(guān)系式 （速比為7.3:1）：a=0.017T m+0.13+0.000023×V2（m／s2），即：T m=58.8a-7.7-0.0014×V2（Nm）。

由回饋車速不小于15 km／h，即轉(zhuǎn)速n不小于1016 r／min，可得到最大電機扭矩與制動減速度的關(guān)系式 （速比7.3:1）：

由標準IS02631提出減速度a≥2.5 m／s2會造成乘客不適，由此取a max=2.5 m／s2得到電機最大的制動力矩：

由式 （8），式 （11）可得到制動回饋過程中，考慮舒適性，電機的最大制動扭矩：

電機的饋電峰值功率為電機的峰值發(fā)電功率50 kW （估算值），取電機的發(fā)電效率最大值0.92，控制器的峰值效率0.97，可得到電池的峰值饋電功率：P bfmax=50×0.92×0.97≈45 kW。