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图6(a)为整车车速随时间的变化

   

  为了解决世界的能源和环保问题,电动汽车的研发倍受关注。但我国电动汽车的研发工作,大多建立在对现有燃油汽车进行改装设计的基础上完成的。因此,为了研制出经济、实用的电动汽车,利用先进的仿真技术对其性能进行仿真分析是非常必要的。本文在对某微型燃油汽车底盘进行改装设计的基础上,利用ADVISOR仿真软件对其性能进行仿真分析,从而为该微型电动汽车的设计和产业化提供参考。

  电动汽车与传统的燃油汽车的真正区别在于动力系统。电动汽车是用电力驱动车辆,由蓄电池供电,通过电动机及控制器将电能转化为机械能来驱动整车。由某微型燃油汽车底盘改装设计的微型电动汽车动力系统结构如图1所示。

  作为电动汽车的动力源蓄电池,是电动汽车的关键部件,决定着电动汽车的多方面性能。目前正在使用的蓄电池种类很多,如铅酸蓄电池、镍铬蓄电池、镍氢蓄电池等。其中铅酸蓄电池具有通用、技术成熟、廉价、比能量适中、高倍率放电性能好、高低温性能良好等优点,因而得到广泛的应用。

  电动机及驱动系统将蓄电池的能量转换为车轮的动能,或者将车轮上的动能反馈到蓄电池中。目前正在应用或开发的电动汽车电动机主要有直流电动机、交流感应电动机、永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机等。而永磁无刷直流电动机不仅具有较高的重量比功率,而且集电动、发电及制动功能于一体,效率高,控制灵活,得到电动汽车领域内广泛关注。

  故本文选用以铅酸蓄电池组和无刷直流电动机等部件构成的动力系统来替代原燃油微型汽车的内燃机和油箱。

  1)开路电压和内阻的计算模块。在电动汽车仿真中,最常见的蓄电池模型是内阻模型。该模型将蓄电池看成一个理想电压源串联一个内阻的等效电路,其电压特性为:

  式中:Voc为开路电压(V);U为电池工作电压(V);R为电池等效内阻()。

  由(1)式可计算出在给定荷电状态(SOC)和请求电池功率状态下的开路电压Voc和内阻R。

  式中:ua、ub、uc分别为定子相绕组电压(V);ia、ib、ic分别为定子相绕组电流(A);ea、eb、ec分别为定子相绕组电动势(V);R为每相绕组的电阻();L为每相绕组的自感(H);M为每两相绕组间的互感(H)。

  基于上述分析,本文建立了永磁无刷直流电动机及驱动系统的仿线个模块构成:

  该模块主要用来预测电动机的请求转速是否超过了电动机的转速范围。当vveh>

  vcyc时,输出的转速为电机的最大转速;当vveh

  式中:vcyc为循环工况的请求车速;vveh为车辆模型计算的车速;va为实际车速;lim为受限制的需求转速;vavail为驱动系统可达到的理论车速。

  该模块是用来计算电动机的温度和为保持某一温度所采用的散热方式的热功率损失。

  ADVISOR的仿真模型是直接按照实际动力系统的布局搭建,其中整车仿真模型包括循环工况、车辆、车轮、变速器、驱动电机系统、能量源等子模块。

  图6(a)为整车车速随时间的变化,最高车速为76.2km/h,仿真结果显示实际车速能够很好地跟踪循环工况车速。图6(b)、(c)为电动机和蓄电池能量源的输出功率,整个驱动循环中电动机输出功率有正有负,负值反映了电动机工作在发电的状态下。蓄电池的输出功率也是有正有负,负的功率反映了蓄电池是工作在充电的状态。图6(d)为蓄电池的SOC值变化,曲折的曲线表明,车辆在频繁加减速的工作过程中,是可以回收能量给蓄电池充电的。

  通过对某微型燃油汽车底盘进行改装设计并利用ADVISOR仿真软件进行大量的仿真分析,说明该车的动力系统设计方案是实用、可行的。通过仿真分析可以看到,该电动汽车在行驶、加速、制动等方面都能够适应城市的交通状况,这对电动汽车研发和产业化具有重要的参考价值。