电动汽车无级变速传动系统的速比调控特性研究

第I _1卷 第 1期 Vol. 15 2002年10月 中 国 公 路 学 报 China Journal of Highway anti Transport Oct N()‘4 2002 文章编号:1-,::t-73rz:川〔〕约叫 以时 时 电动汽车无级变速传动系统的速比调控特性研究 孙冬野，秦大同 (垂庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆 40001们 摘 要:运用键合图理论，建立了以铅酸电池为动力源、直流斩波器为调速装置的直流电动汽车动 态特性的仿真方程，了蓄电池荷电状态、无级变速传动速比等参数在整车加速行驶过程中的变 化规律，从而为进一步开发并联式混合动力汽车莫定了理论基础， 关键词:电动汽车;无级变速传动;蓄电池;荷电状态 中图分类号:U463. 2 文献标识码:A Study of the ratio control characteristics of an electric car with a continuously variable transmission system SUN Dung yc,QIN Da-tong (State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongging University. Chong(ling 400044. China ) Abstract; The control strategy of a chopper amplifier as a voltage adjuster of DC motor is analyzed, and the simulation equations on the dynamic characteristic of a electric car with a DC motor is established using bond graph theory. '['be control rules of state-of-charge of lead-acid battery and ratio of continuously variable transmission system arc obtained. The design method of a parallel hybrid car is established. Key words; electric car; continuously variable transmission; battery; state-of-charge 0 引 言 电动汽车在未来世界汽车工业中的地位不言而 喻，目前汽车每年消耗世界46%的石油，欧美城市 空气污染的60%来自汽车尾气排放。199。年美国加 州议会提出议案:到1998年，在加州年销售汽车超 过35。。辆的汽车厂，销售汽车的2%应该为零排放 汽车;到2001年，这个比例将增加到5洲;到2003 年，这个比例将增加到 10%。随后，美国其它 一些 州、If本以及欧洲一些国家也制定了相应的措施。中 国于1999年2月成立了国家清洁汽车行动协调领 导小组及办公室，同年4月召开了“空气净化工程一 清洁汽车行动工作会议”，其总体FI标是尽快遏制汽 车排放污染}」益加剧的势头，并通过开发和研制电 动汽车、混合动力汽车，从根本上治理汽车排放污 染，建立新型的清洁汽车产业。 然而，由于电动汽车上的关键技术-一 电池技 术未能达到预期的目标，目前生产的电动汽车因其 重量偏大、续驶里程短或蓄电池价格昂贵而没有得 到用户的认可 美国加州政府于1995年不得不取消 了有关1998年2%和2001年5写的零排放汽车的 限制条款。人们的注意力也开始从以电动汽车为代 表的零排放汽车转向以混合动力汽车为代表的超低 排放汽车。 并联式混合动力汽车是电动汽车和普通内燃机 汽车各自优点的完美组合，即噪声低、排放小、经济 性能好、行驶里程长、动力性能好。具有并联混合动 力传动系统的汽车的燃油经济性可以提高50写，废 气排放降低80写以rw。在低速行驶时，汽车由电 动机驱动，从而避免发动机在高比油耗区下作;在高 收稿日期 "001月 14 基金项目 囚家自然科学基金项月(59835160)狱英东教育荃金项日(81070) 作者简介:孙冬野(1966).男，北京市人.重庆大学副教授.L学博十. 102 中 国 会 路 学 报 2002年 速行驶时，发动机处于低比油耗区，汽车由发动机驱 动，从而避免蓄电池能量过快消耗，并由发动机实现 蓄电池反充电 由于传统的传动系统速比变化范围有限，为了 保持汽车原有的起动加速性能，电动机功率选择得 往往比较大。而金属带一行星齿轮无级变速传动系 统作为 一种理论上的无限级变速传动装置，电动机 选择的功率可大幅度降低，由此将减小汽车对蓄电 池数量的需求，使整车重量大大降低。将金属带一行 星齿轮无级变速传动系统应用于并联式混合动力汽 车，无疑会取得十分满意的效果。 作为基于金属带一行星齿轮无级变速系统的并 联式混合动力汽车研究的一部分，笔者以铅酸蓄电 池为动力源.直流斩波器为调速装置，建立了直流电 动汽车动态特性的键合图仿真方程，分析了蓄电池 荷电状态、无级传动速比等参数在整车加速行驶过 程中的变化规律，从而为进一步开发井联式混合动 力汽车奠定了理论基础 根据PEUKERT方程式 Pr = const 铅酸电池:n N 1.35) (2) 式中:I为蓄电池恒流放电电流;r为蓄电池电动势 降至终止电压1. 75 V时，单体电池的放电时间。 把IV=‘代人方程式〔2)得 cI"-’二k,c,,I"?}' (3) 式中:。为蓄电池容量;k,为修正系数，以修正在不 同放电电流I下，系数，的偏差，其值为1的函数; I、为额定电流;cn.为电池额定容量 变流放电的荷电状态 ???? ? ??SOC一，一t一，一工Idtk,c,,撰} 1 蓄电池荷电状态模型的建立 在直流电动汽车设计过程中，蓄电池能量管理 系统的开发设计至关重要，而蓄电池荷电状态的确 定更是重中之重，直流电动汽车控制系统原理如图 1所示。图1中，M为电机;D为续流二极管;凡 为 励磁电阻;I,/为励磁内部电感。其中，由于电动汽车 采用的是限压充电的充电、因此电解水支路可 以忽略，其充放电模型可描述为(充电时I。为负，放 电时I.为正) 以铅酸蓄电池DNGl2/15。为例，借用试验测 试所得的铅酸电池电动势与荷电状态的变化关 系[Cz.s」为 Eo(SOC)=10.72+2.6S((.' (0.8-标准

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