基于matlab純電動汽車建模及動力特性仿真分析

基于的純電動汽車建模及動力特性仿真分中南林業(yè)科技大學(xué)湖南長沙摘要:建立了以鋰電池組為動力源交流異步變頻電動機為動力轉(zhuǎn)換裝置的純電動汽車的動力系統(tǒng)及整車模型在/平臺上對該模型的車輛速度加速度爬坡能力能耗等動號:T2;19．9文獻標(biāo)志碼:A文章編號:16715276(2011)030089Simulationand ysisofModelandDynamicCharacteristicsforElectricVehicleBasedonsourceandvariablefrequencyACinductionmotoraspowerconversiondevice，andsimulatesandyzesthevehicledynamicn．reasonableandfeasible．:electricvehicle;model;dynamiccharacteristics;世界能源的緊缺以及環(huán)境污染的日益節(jié)能減排提倡綠色交通是整個社會的奮斗目標(biāo)之一。同時在汽車行業(yè)的緊迫任務(wù)就是開發(fā)清潔高效智能的新型汽車。隨著社會電力網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)達電動汽車具有其突出的優(yōu)勢和發(fā)展空間電動汽車也必將成為未來汽車發(fā)展的主流方向但電動汽車發(fā)展的問題仍然是動力性有待提高。因此建立合理的電動汽車的動力模型搜索動力特性問題并給出合理的解決方案具有積極的研究及現(xiàn)實意義。本文在對某電動汽車的動力系統(tǒng)進行設(shè)計的基礎(chǔ)上以鋰離子電池組為動力源交流異步變頻電動機為動力轉(zhuǎn)換裝置在/平臺上建立了蓄電仿真電動機仿真以及整車仿真模型并對整車動力性能進行仿真分析結(jié)果表明該動力系統(tǒng)方案是可行的。電動汽車最主要的系統(tǒng)就是動力傳動系統(tǒng)系統(tǒng)的動力特性決定了整車性能。電動汽車動力傳動系統(tǒng)主要由蓄電池控制器電動機變速器主器驅(qū)動輪等］。蓄電池是電動汽車動力源決定著電動汽車的多方面］。目前使用較廣泛的蓄電池有鎳鉻蓄電池鋰離

子蓄電池鎳氫蓄電池等。其中鋰離子蓄電池具有很好的耐充電特性良好的使用安全性和充放電效率突出的特點是該電池體積小質(zhì)量輕減小汽車自重使車輛更輕便靈活。結(jié)合考慮電動汽車動力系統(tǒng)的工況本文選用鋰離子蓄電池作為動力源。電動機及驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車動力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件它將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換動能傳遞到車輪上實時結(jié)合車輛的運行工況也可以將車輪上的動能回收到蓄電池中。目前主要有直流電動機交流感應(yīng)電動機永磁無刷直流電動機和開關(guān)磁阻電動機等應(yīng)用在電動汽車上較多。由于交流電機體積小質(zhì)量輕效率高調(diào)速范圍寬，能有效地實現(xiàn)再生制動性價比較高。因此本文選用交流異步變頻電動機作為系統(tǒng)的驅(qū)動電動機。 本文建立的鋰離子蓄電池模型如圖1所示該模型以電池的開路電壓及電池內(nèi)阻的特性函數(shù)為基礎(chǔ)以電池荷電狀態(tài)(efeC)的變化趨勢為依據(jù)建立起來的。模型主要包含以下五大模塊。電池開路電壓和內(nèi)阻計算模塊(kc．rt):根據(jù)當(dāng)前蓄電池的功率需求電池溫度以及實時的C值來計算單個電池的開路電壓和內(nèi)阻?；痦椖?湖南省自然科學(xué)基金資助項目(作者簡介 ( 主要研究方向為電動汽車控制策略動力電池控制方法研究1功率限制模塊(limitpower):防止電池負(fù)載電流 功率超出SOC，等效電路和電動機控制器最小允許電壓電池負(fù)載電流計算模塊(et):根據(jù)kc．t模塊輸出電壓及內(nèi)阻tr模塊輸出電功率為輸入信號依據(jù)基爾霍夫電壓定律來求解負(fù)載電流。如下:I2R+EI=其中，I為負(fù)載電流E為packVoc．rint模塊的開路電壓;Plimitpower模塊輸出電功率。SOC模塊:SOC的具體計算［3］如下 SOC

A為電流h為時間放電時，Ahused=∫0Adt;t時，Ahused=∫0ηcoulombAdtηcoulomb為折算庫倫效率t0.散熱模型:車輛在行駛過程中充電期間電池內(nèi)2． 2所示2電動機的建模以電動機的電壓轉(zhuǎn)矩功率的平衡方程和運行特性方程為基礎(chǔ)模型采用順逆序相結(jié)合計算方式該模型主要包括電動機控制模塊以及電動機熱模塊前者在電動機控制器中執(zhí)行若干邏輯控制功能超過控制器承受能力的電流同時在車輛未行駛或

齒輪箱處于換檔時關(guān)閉電動機后者用于計算電動機溫度2． 3所示3根據(jù)對電動汽車系統(tǒng)各個部件的分析和模型建立/］平臺上搭建電動汽車的整體仿真模型，該模型主要包括循環(huán)工況車輛車輪變速器主器、驅(qū)動電機系統(tǒng)能量源電力總線等子模塊各子模塊都建立了對應(yīng)的二級仿真模塊運用通過M函數(shù)來控和傳遞各子模塊的參數(shù)。3． 1所示1項 參總長×總寬×總高/ 2500×1695×1迎風(fēng)面積/1．整車質(zhì)量/ 1軸距/ 輪胎滾動半徑/ 28．蓄電池容量/ 蓄電池組單元數(shù)量/ 電動機額定電壓/ 電動機額定功率/ 當(dāng)前評價整車性能的循環(huán)工況主要有ECEEUDC，UDDS和HWFET 國則以ECEEUDC循環(huán)工況為主。根據(jù)表1所示的車輛參數(shù)對已建立的整車模型進行仿真。2所示在電動車起步階段車速隨時間的增加而增塊上升速度比較緩慢而在車輛行駛穩(wěn)定后車速隨時間的增加而增塊而且增加得比較迅速這比較符合電動汽車的行駛規(guī)律同時實際速度與目標(biāo)速度的誤差控制在2%內(nèi)，

2ECE-EUDC項 參循環(huán)周期/ 1行駛距離/ 6．最大行駛速度/(km/ 74．平均速度/(km/ 19．最大加速度/(m/s 3．最大度/(m/s 4．平均加速度/(m/s 1．平均度/(m/s 2．車速為55km/h時的爬坡性能/(% 停車時間/ 停車次 達到誤差要求。具體車速隨時間變化曲線際速度差值變化圖如圖4和圖5所示。4電動機的輸出轉(zhuǎn)矩是電動汽車動力特性的重要指標(biāo)。電動機驅(qū)動車輪工作時轉(zhuǎn)矩為正值;在汽車制動時負(fù)值有效地回收了制動能量這對電動汽車節(jié)省能量增加行駛里程非常有意義從圖中看出車輛在行駛過程中，轉(zhuǎn)矩輸出變化比較穩(wěn)定提高了車輛的行駛平穩(wěn)性車輛的電動機輸出轉(zhuǎn)矩及電動機轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化曲線如圖6和7所示圖8是電池的荷電狀態(tài)變化曲線。車輛在行駛過程中蓄電池為車輛提供動力消耗電能驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動;當(dāng)車輛進行制動時車輪由于慣性仍具有一定的動能此時蓄電池處于被充電的狀態(tài)將動能轉(zhuǎn)化為電能在蓄電池中實現(xiàn)能量的再回收和利用。另外在整個電動車的行駛過程中電池的荷電狀態(tài)C在較長時間內(nèi)下降比較平緩工作在比較穩(wěn)定的區(qū)域能較好的滿足城市道路電動汽車行駛要求。最后能耗是車輛性能重要指標(biāo)之一也是決定車輛是否具有實際應(yīng)用價值的重要參考數(shù)據(jù)］。圖9給出了該電動汽車仿真耗能從圖9看出電動機單元傳動系統(tǒng)等能耗效率均較高其中蓄電池單元效率高達5%動力性能優(yōu)越。

通過建立以鋰離子蓄電池組和交流異步變頻電動機驅(qū)動的某純電動汽車動力系統(tǒng)利用/平臺對整車動力性能進行仿真分析綜上仿真結(jié)果可以看出該電動汽車在行駛加速制動等方面能夠適應(yīng)國的EC循環(huán)工況能耗低效率高說明該車動力系統(tǒng)設(shè)計方案是合理可行的。［1］AntoniSunwi．混合電動車輛基礎(chǔ)M．編譯．北京:理工大學(xué)，2001．［2