基于matlab純電動(dòng)汽車(chē)建模及動(dòng)力特性仿真分析

基于的純電動(dòng)汽車(chē)建模及動(dòng)力特性仿真分中南林業(yè)科技大學(xué)湖南長(zhǎng)沙摘要:建立了以鋰電池組為動(dòng)力源交流異步變頻電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)及整車(chē)模型在/平臺(tái)上對(duì)該模型的車(chē)輛速度加速度爬坡能力能耗等動(dòng)號(hào):T2;19．9文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):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(gè)社會(huì)的奮斗目標(biāo)之一。同時(shí)在汽車(chē)行業(yè)的緊迫任務(wù)就是開(kāi)發(fā)清潔高效智能的新型汽車(chē)。隨著社會(huì)電力網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)達(dá)電動(dòng)汽車(chē)具有其突出的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間電動(dòng)汽車(chē)也必將成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主流方向但電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的問(wèn)題仍然是動(dòng)力性有待提高。因此建立合理的電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力模型搜索動(dòng)力特性問(wèn)題并給出合理的解決方案具有積極的研究及現(xiàn)實(shí)意義。本文在對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上以鋰離子電池組為動(dòng)力源交流異步變頻電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置在/平臺(tái)上建立了蓄電仿真電動(dòng)機(jī)仿真以及整車(chē)仿真模型并對(duì)整車(chē)動(dòng)力性能進(jìn)行仿真分析結(jié)果表明該動(dòng)力系統(tǒng)方案是可行的。電動(dòng)汽車(chē)最主要的系統(tǒng)就是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)的動(dòng)力特性決定了整車(chē)性能。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要由蓄電池控制器電動(dòng)機(jī)變速器主器驅(qū)動(dòng)輪等］。蓄電池是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源決定著電動(dòng)汽車(chē)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(diǎn)是該電池體積小質(zhì)量輕減小汽車(chē)自重使車(chē)輛更輕便靈活。結(jié)合考慮電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的工況本文選用鋰離子蓄電池作為動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)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(dòng)能傳遞到車(chē)輪上實(shí)時(shí)結(jié)合車(chē)輛的運(yùn)行工況也可以將車(chē)輪上的動(dòng)能回收到蓄電池中。目前主要有直流電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上較多。由于交流電機(jī)體積小質(zhì)量輕效率高調(diào)速范圍寬，能有效地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)性價(jià)比較高。因此本文選用交流異步變頻電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 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(kāi)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(shì)為依據(jù)建立起來(lái)的。模型主要包含以下五大模塊。電池開(kāi)路電壓和內(nèi)阻計(jì)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(shí)時(shí)的C值來(lái)計(jì)算單個(gè)電池的開(kāi)路電壓和內(nèi)阻。基金項(xiàng)目:湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(作者簡(jiǎn)介 ( 主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)控制策略動(dòng)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(dòng)機(jī)控制器最小允許電壓電池負(fù)載電流計(jì)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(hào)依據(jù)基爾霍夫電壓定律來(lái)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(kāi)路電壓;Plimitpower模塊輸出電功率。SOC模塊:SOC的具體計(jì)算［3］如下 SOC

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

齒輪箱處于換檔時(shí)關(guān)閉電動(dòng)機(jī)后者用于計(jì)算電動(dòng)機(jī)溫度2． 3所示3根據(jù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)各個(gè)部件的分析和模型建立/］平臺(tái)上搭建電動(dòng)汽車(chē)的整體仿真模型，該模型主要包括循環(huán)工況車(chē)輛車(chē)輪變速器主器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)能量源電力總線等子模塊各子模塊都建立了對(duì)應(yīng)的二級(jí)仿真模塊運(yùn)用通過(guò)M函數(shù)來(lái)控和傳遞各子模塊的參數(shù)。3． 1所示1項(xiàng) 參總長(zhǎng)×總寬×總高/ 2500×1695×1迎風(fēng)面積/1．整車(chē)質(zhì)量/ 1軸距/ 輪胎滾動(dòng)半徑/ 28．蓄電池容量/ 蓄電池組單元數(shù)量/ 電動(dòng)機(jī)額定電壓/ 電動(dòng)機(jī)額定功率/ 當(dāng)前評(píng)價(jià)整車(chē)性能的循環(huán)工況主要有ECEEUDC，UDDS和HWFET 國(guó)則以ECEEUDC循環(huán)工況為主。根據(jù)表1所示的車(chē)輛參數(shù)對(duì)已建立的整車(chē)模型進(jìn)行仿真。2所示在電動(dòng)車(chē)起步階段車(chē)速隨時(shí)間的增加而增塊上升速度比較緩慢而在車(chē)輛行駛穩(wěn)定后車(chē)速隨時(shí)間的增加而增塊而且增加得比較迅速這比較符合電動(dòng)汽車(chē)的行駛規(guī)律同時(shí)實(shí)際速度與目標(biāo)速度的誤差控制在2%內(nèi)，

2ECE-EUDC項(xiàng) 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(chē)速為55km/h時(shí)的爬坡性能/(% 停車(chē)時(shí)間/ 停車(chē)次 達(dá)到誤差要求。具體車(chē)速隨時(shí)間變化曲線際速度差值變化圖如圖4和圖5所示。4電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力特性的重要指標(biāo)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪工作時(shí)轉(zhuǎn)矩為正值;在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)負(fù)值有效地回收了制動(dòng)能量這對(duì)電動(dòng)汽車(chē)節(jié)省能量增加行駛里程非常有意義從圖中看出車(chē)輛在行駛過(guò)程中，轉(zhuǎn)矩輸出變化比較穩(wěn)定提高了車(chē)輛的行駛平穩(wěn)性車(chē)輛的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電動(dòng)機(jī)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(chē)輛在行駛過(guò)程中蓄電池為車(chē)輛提供動(dòng)力消耗電能驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)車(chē)輪由于慣性仍具有一定的動(dòng)能此時(shí)蓄電池處于被充電的狀態(tài)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能在蓄電池中實(shí)現(xiàn)能量的再回收和利用。另外在整個(gè)電動(dòng)車(chē)的行駛過(guò)程中電池的荷電狀態(tài)C在較長(zhǎng)時(shí)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(dòng)汽車(chē)行駛要求。最后能耗是車(chē)輛性能重要指標(biāo)之一也是決定車(chē)輛是否具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的重要參考數(shù)據(jù)］。圖9給出了該電動(dòng)汽車(chē)仿真耗能從圖9看出電動(dòng)機(jī)單元傳動(dòng)系統(tǒng)等能耗效率均較高其中蓄電池單元效率高達(dá)5%動(dòng)力性能優(yōu)越。

通過(guò)建立以鋰離子蓄電池組和交流異步變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的某純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)利用/平臺(tái)對(duì)整車(chē)動(dòng)力性能進(jìn)行仿真分析綜上仿真結(jié)果可以看出該電動(dòng)汽車(chē)在行駛加速制動(dòng)等方面能夠適應(yīng)國(guó)的EC循環(huán)工況能耗低效率高說(shuō)明該車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是合理可行的。［1］AntoniSunwi．混合電動(dòng)車(chē)輛基礎(chǔ)M．編譯．北京:理工大學(xué)，2001．［2