带增程器的纯电动汽车动力系统设计

带增程器的纯电动汽车动力系统 带增程器的纯电动汽车动力系统设计 时间:2010-10-28 13:24来源:同济大学 作者:admin 点击: 180次 引入Range-Extender(增程器)概念，阐述纯电动汽车前期开发过程中动力系统参数的设计过程，旨在为纯电动汽车动力系统参数开发提供参考。 0 前言 众所周知，我国在传统内燃机汽车方面一直落后于发达国家，有很多关键技术依赖于发达国家的汽车企业，常常被别人牵着鼻子走，这也造成了我国汽车行业长期处在一种低水准、高成本的模式下运作，非常不利于我国汽车行业的正常发展。 目前全球汽车行业正处于转型阶段，由于石油资源的短缺和环境的日益恶化，使得人们不得不考虑从传统内燃机汽车向新能源电动汽车转型，这也给我国汽车行业带来了发展契机，大力发展新能源电动汽车，掌握其关键技术，就能让我国汽车企业在未来的全球竞争中占得先机，在汽车行业占据领先地位。 1 电动汽车及Range - Extender 简介 电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。电动汽车指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。它包括燃料电池电动汽车(FCEV)、混合动力电动汽车(HEV)和纯电动汽车(BEV)3种类型。其中纯电动汽车(Battery Electric Vehicle)发展时间最长，曾被全球汽车企业广泛看好，从20世纪70 年代至今，可以说比其他类型电动汽车的发展时间都长，经验也丰富，开发成本也较低。 但由于目前蓄电池储能有限，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短的问题。考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器(Range-Extender)的方法来增加纯电动汽车的续驶里程。 增程器(Range-Extender)是为了增加纯电动汽车行驶里程而加装在纯电动汽车上的一个附加储能部件。通常用户可以在出行时根据行驶里程需求自行选择安装或者不安装(降低车重，可以减少能量消耗)。增程器的形式通常有:小型发电机、蓄电池和燃料电池等。而由于增程器的工作特点，通常对其性能有如下要求: (1)要求系统可靠，长时间待机后可以立刻进入工作状态; (2)由于工况单一，要求对工作点进行较好的优化以降低系统成本，提高 效率。 相比纯电动汽车，带Range-Extender 的电动汽车在行驶里程方面有很大的优势，相比传统油电混合动力汽车，带Range-Extender的电动汽车在排放方面优点十分突出，而相比新型电电混合动力汽车，带Range-Extender 的电动汽车以蓄电池驱动为主，更偏向于纯电动驱动，因此也可视其为从混合动力驱动向纯电动驱动的一种过渡方法。 2 动力系统总体 带有Range-Extender 的纯电动汽车动力系统结构大致如图1所示。 设计车辆的动力系统往往要先确定车辆的整车性能指标。车辆的整车性能中与动力系统相关的指标主要包括:动力性、经济性、排放等，对于电动汽车还要确定其一次充电后的行驶里程。车辆的动力性能通常采用最高车速、最大爬坡度和加速性能来衡量。经济性是通过车辆的百公里油(能)耗来衡量。排放则是通过百公里排放的污染物来衡量。 首先根据开发目的和国家法规标准来确定待开发车辆的动力性能指标，其中加速性能用汽车从静止加速到某一速度所需的时间来确定，通常使用0~100km/h 的加速时间来评价汽车的加速性能。 在确定了待开发车辆的动力性能要求之后，根据上述3个动力性能指标来确定驱动系统的参数，对于电动汽车即确定驱动电机的参数。 根据行驶里程的要求可以确定车辆储能部件的参数，对于电动汽车即确定蓄电池的电量。 纯电动工况下为零排放，故只需考虑Range-Extender 的排放问题。 3 选择驱动电机 理想车用电机的特性可以用图2表示。转折转速n 以下以T 恒转矩运行，bmax以上以W恒功率运行。电机输出特性与车辆行驶时车速范围宽、低速转矩大的b 要求相一致。根据上述分析，需要确定的电机性能参数包括:最大功率、最高转速、转折转速、额定功率等。下面通过分析车辆在不同工况下的受力情况和能量转换设计电机参数。 3 . 1 确定电机最大功率 (1)最高车速工况 整车力平衡方程: F = F + F (1) t fw 汽车驱动力:F; t 滚动阻力: F = m?g?f ; f 2 空气阻力: F w = CAV/ 21.15， d 风阻系数: C ， d 汽车车速: V ， 迎风面积: A ， 滚动阻力系数:f。 汽车以最高车速行驶所需要的电机功率: P= F?V (2) t tmax (2)最大爬坡工况 整车力平衡方程: F = F + F + F (3) t f wp 坡道阻力: F = m?g?sinα p 2 P = F?V (4) 2 tb 3.2 确定电机最高转速 需要先选择传动系统总传动比:i。 n max = V?I /(0.377× r) (5) 车轮半径: r。 3. 3 确定电机转折转速 转折转速对应电机恒转矩工况向恒功率工况转换时的车速，即对应于恒转矩 工况时的最大转速。 3. 4 校核加速时间 加速过程通常分为恒转矩和恒功率两个阶段。 恒转矩阶段整车驱动力:F = T/ V t1max b 转折转速时的车速: V b 恒功率阶段整车驱动力:F= W/ V t2b 因此整车加速时间: 4 选择储能电池 通常按照以巡航车速完成所要求行驶里程所需要的能量来确定储能电池电量。 作为纯电动汽车动力电池的常见类型为铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池、锂电池、磷酸铁锂电池等。其中磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达到2000 次，放电稳定，价格便宜，因此通常选择磷酸铁锂电池作为电动汽车的动力电池。 5 选择Range – Extender 通常可选择的增程器类型为小型发电机或者燃料电池。基于尽量避免使用燃油和争取实现零排放的初衷，建议选用蓄电池或燃料电池作为Range-Extender。 根据动力电池的充电电压和车辆行驶里程的要求可以确定Range-Extender 的输出电压和储电量。 6 实例分析 假设开发一辆场馆车，整车参数如表1。 表1 整车参数(新能源汽车聚焦网制表) 参数名称 数值 纯电动续航里程 60 续航里程(km) Extended Range 60 总续航里程 120 空载质量(m/kg) 495 1 满载质量(m/kg) 570 2 车轮半径/mm 222.4 风阻系数 0.35 2迎风面积(m) 1.96 滚动阻力系数 0.015 传动效率(n) 0.95 t 根据其使用目的和常用工况可以选择动力性能指标如下。 最高车速:V = 40km/h; max 爬坡能力:以V = 10km/h 车速爬15%的坡道; b 加速能力:0-30km/h 用时小于5s; 巡航车速:V = 30km/h。 n 6 . 1 计算电机参数 根据式(2)和式(4)确定其最大功率为其最大爬坡工况，计算出最大功率为2.68kW。 电机额定功率通常是巡航车速工况的功率，按式(2)代入巡航车速可得额定功率为0.99kW。 选择的驱动形式为四轮轮毂电机驱动，因此传动比为1，根据式(5)得出n=480(1/min)。 max 转折转速即为最大爬坡车速时对应的电机转速，根据式(5)得出:n=120b(1/min)。 根据式(6)得出加速时间为3.464s，满足性能要求。 6. 2 计算动力电池参数 以巡航车速30km/h，行驶60km 所需能量: 磷酸铁锂电池放电电压在2.5V~3.5V 之间， 故可选用20 个放电电压为3V 的磷酸铁锂电池 串联。考虑安全系数可选择电池参数如下: 电池电压为60V，容量为80Ah; 希望SOC:0.2~0.9; 校核电池能量: E = 60 × 80 ×(0.9 - 0.2)= 3.36(kW)(8) 满足需求。 6 . 3 选择Range - Extender 参数 要求Range-Extender 提供可供该车行驶60km的能量，考虑蓄电池充电效率，Range-Extender 的储电量应比蓄电池的4.8kW?h略大，可取5kW?h。磷酸铁锂电池充电电压在3.5V~4V之间，故选择增程器输出电压为80V。为实现零排放的初衷，在此选择小型燃料电池作为Range-Extender。 7 文中介绍了Range-Extender 这个在国内比较新颖的概念，并详细说明带Range-Extender 的纯电动汽车动力系统设计过程，最后辅以实例。希望能在电动汽车动力系统设计方面起到抛砖引玉的作用。 下面是经典歌词100句,朋友们可以享受下,不需要的朋友可以下载后编辑删除!!谢谢!! 林夕经典歌词 1、若只是喜欢,何必夸张成爱。——林 2、擦光所有火柴难令气氛像从前闪耀,至少感激当日陪着我开甜蜜癿玩笑。——《失恋太少》 3、你是千堆雪我是长街,怕日出一到彼此瓦解。——《邮差》 4、谁能告诉我,要有多坚强,才敢念念不忘。——《当时癿月亮》王菲 5、我愿意做你癿老师,示范着执子之手如何解释,不愿为深奥癿感情变白痴。——《诗人癿情人》方大同 6、有一梦便造多一梦,直到死别都不觉任何阵痛,趁冲动能换到感动,这愉快 黑洞苏醒以后谁亦会扑空。——《梦死醉生》张国荣 7、谁能改变人生癿长度,谁知道永恒有多么恐怖,但现实往往比命运还残酷,只是没有人愿意认输。——《无间道》 8、似等了一百年忽已明白,即使再见面,成熟地表演,不如不见。——《不如不见》 9、在有生癿瞬间能遇到你,竟花光所有运气。——《明年今日》 10、害怕悲剧重演我癿命中命中,赹美丽癿东西我赹不可碰。其实我再去爱惜你又有何用,难道这次我抱紧你未必落空？——《暗涌》 11、黑了倦眼都侧耳倾听,让我做只路过蜻蜓,留下能被怀念过程,虚耗着我这便宜生命。——《路过蜻蜓》张国荣 12、如除我以外在你心,还多出一个人,你瞒住我,我亦瞒住我,太合衬。原来我非不快乐,只我一人未収觉若无其事原来是最狠癿报复。——《想哭》 13、闭起双眼我最挂念谁眼睛张开身边竟是谁。——《人来人往》 14、我想知如何用爱换叏爱,如何赤足走过茫茫深海,赸乎奇迹以外。当赤道留住雪花,眼泪融掉细沙,你肯珍惜我吗？——《当这地球没有花》 15、那日我狂哭不止,曾经差一点想过死,多少艰辛不可告人,多少光阴都因为等。——《奇迹》 16、爱若难以放进手里,何不将这双手放进心里。——《人来人往》 17、剪影癿你轮廓太好看,凝住眼泪才敢细看。——《约定》 18、但凡未得到,但凡是过去,总是最登对。——《似是故人来》 19、无论热恋中失恋中,都永进记住第一,,别要张开双眼。——《相爱很难》 20、得到,你癿爱情,还要再得到你任性。一切,原是注定,因我跟你都任性。 ——《明知故犯》 21、悲哀是真癿,泪是假癿,本来没因果,一百年后没有你也没有我。——《百年孤寂》 22、感情寻找它癿模特儿,衣朋挂在橱窗,有太多人适合,没有独一无二。——《香奈儿》 23、有生之年狭路相逢终不能幸免,手心忽然长出纠缠癿曲线,懂事之前情动以后长不过一天,留不住算不出流年。——《流年》 24、不要我癿我不要,不爱我癿我不爱,把灯关上连背影都不会存在。——《不爱我癿我不爱》 25、我们拥有癿,多不过付出癿一切。——《不爱我癿我不爱》 26、可能在我左右,你才追求,孤独癿自由。——《红豆》 27、拿下了你这感情包袱戒者反而相信爱。——《邮差》 28、如能忘掉渴望,岁月长衣裳薄。——《再见二丁目》 29、不是爱不起,只是伤不起。——《伤不起》 30、就像蝴蝶飞不过沧海,没有谁忍心责怪。——《蝴蝶》 31、爱是没名字癿歌,留给这世上没名字癿你。——《没名字癿歌,无名字癿你》 32、过去都已经过期,何必要跟自己过不去,还过得去,就值得恭喜。——《还过得去》 33、做最爱做癿我没什么不敢,才是最大癿力量,梦想癿现场,每个人头上都有光环。——《梦想》 34、只想追赶生命里一分一秒,原来多麽可笑,你是真正目标。——《追》 35、但愿我可以没成长,完全凭直觉觅对象。模糊地迷恋你一场,就像风雨下潮涨。——《有心人》 36、趁冲动,能换到感动,这幻觉不去用苏醒以后难道你会哭出笑容。——《梦死醉生》 37、哭,我为了感动谁。笑,又为了碰着谁。——《路过蜻蜓》 38、我就是我,是颜色不一样癿烟火。——《我》 39、从前到以后,一夜间拥有,谁说这不算相恋到白头。——《红颜白収》 40、天爱上地,不会完全凭运气。这刻春光明媚,差点不忍记起。——《奇迹》 41、你离开了,却散落四周。——《左右手》 42、你这样恨我,好不好过,温馨被单,都变成负荷。——《你这样恨我》 43、十年之后,我们是朊友,还可以问候;只是那种温柔,再也找不到拥抱癿理由。——《十年》 44、不信眼泪,能令失乐癿你爱下去。难收癿覆水,将感情慢慢荡开去。如果你太累,及时地道别没有罪。牵手来,空手去就去。——《玱璃之情》 45、感情不必拿来慷慨。——《因为爱,所以爱》 46、谁貌似花美艳？是谁努力照亮半边天？但是情无独钟,贪心癿你偏爱哪一边？——《情无独钟》 47、谁亦记得不能容他宠坏,不要对他倚赖,感情随他出卖,若你喜欢犹大。——《情,》 48、传说有一男一女同偕到白収之后才怀念刻骨铭心癿旧友,回头陪着那合照,一块将余生渡过。——《一千零一个》 49、爱是一段一段一丝一丝癿是非,叫有情人再不能够说再会。——《天下有情人》 50、不爱就不爱,难捱就不捱。——《如果你是李白》 1.但凡未得到，但凡是过去，总是最登对。《似是故人来》 ——所以和你生活的那一个，永远是second best 。 2.无论热恋中失恋中，都永远记住第一戒，别要张开双眼。《相爱很难》 ——爱情就是盲目的。能使爱情长久的方法，便是找片树叶来遮住眼睛。 3.得到，你的爱情，还要再得到你任性。一切，原是注定，因我跟你都任性。《明知故犯》 ——难怪李宗盛要说爱情是精神鸦片 。 4.悲哀是真的，泪是假的，本来没因果，一百年后没有你也没有我。《百年孤寂》 ——既是如此，何必执着, 5.感情寻找它的模特儿，衣服挂在橱窗，有太多人适合，没有独一无二。《香奈儿》 ——这年头，哪有不二臣,(亦舒语)所以，没什么放不下的。 6.有生之年狭路相逢终不能幸免，手心忽然长出纠缠的曲线，懂事之前情动以后长不过一天，留不住算不出流年。《流年》 ——爱情有时徒有虚名，不过是一场宿命。 7.不要我的我不要，不爱我的我不爱，把灯关上连背影都不会存在。《不爱我的我不爱》 ——唱的容易做的难，谁又真能如此洒脱, 8.我们拥有的，多不过付出的一切。 ——爱情游戏中，永远只有十分之一的甜，剩下的十分之九，有苦，有涩，有酸，就是没有甜。 9.可能在我左右，你才追求，孤独的自由。《红豆》 ——拥有的时候永远不懂珍惜，人类通病。 10.拿下了你这感情包袱或者反而相信爱。《邮差》 ——拿开旧的奶酪，才能得到新的。所以，谁动了我的奶酪，并不要紧。 11.你喜欢不如我喜欢，你的不满成全我的美满。《你喜欢不如我喜欢》 ——这样爱，会容易得多。 12.就像蝴蝶飞不过沧海，没有谁忍心责怪。《蝴蝶》 ——只要蝴蝶曾在沧海上飞过，就已足够，结果，永远没有过程重要。 13.不要迷信情变等于灯灭，不要含泪直到与他肯定再不相见，爱恨无须壮烈，不随便狂热。《情戒》 ——感情，只是人生中的一小部分，不要为它死去活来，让人看低。 14.害怕悲剧重演，我的命中越美丽的东西我越不可碰。《暗涌》 ——爱情虽然美丽，却是易碎玻璃。 15 不要虔诚直到懂得怎样去爱魔鬼，纪念留给下世，不对别人发誓 。《情戒》 ——要学会自己保护自己，也不要轻易对一段感情做出，否则害人害己。 16.每个人都是单行道上的跳蚤，每个人皈依自己的宗教，每个人都在单行道上寻找，没有人相信其实不用找。《单行道》 ——缘分可遇不可求。 17.有一梦便造多一梦，直到死别都不觉任何阵痛，趁冲动能换到感动，这愉快黑洞苏醒以后谁亦会扑空。 《梦死醉生》 ——人生得意需尽欢，莫使金樽空对月。感情是一个道理，愉快那么快，何必等到互相伤害, 18.你这样恨我好不好过，温馨被单都变成负荷，当牧童害了绵羊难道觉得庆贺。《你这样恨 我》 ——本是相爱的人到最后却只能互相伤害，这是爱情最可悲的地方。 19.你欣赏我因我本性不会改，别太认真认真怎可放开自在。《寂寞有害》 ——爱一个人不见得是要在他的名前冠上“我的”二字，换言之，爱不是占有，所以给他多一点空间，不要老想他按着自己的意愿改变 。 20.相亲相爱倒不如想入非非真真假假也无所谓。《想入非非》 ——有时候，性比爱重要。但要小心像《蓝宇》那样由性进入爱，那可就违背你游戏人间的初衷了。 21.没有拥抱你只怕这个游戏代价不菲，没有爱上谁也该知道爱一个人好累。《想入非非》 ——所以准备爱的时候，一定要看看自己有没有这个能力。 22.从前和以后一夜间拥有，难道这不算相恋到白头 ，但愿会相信缠绵时分手，能令我减轻了内疚。《红颜白发》 ——在爱到极至时分手，是最明智的选择。天长地久，只能让感情生锈。 23.夜晚会面白天道别，才没有弱点。《侧面》 ——真正爱一个人，千万别只看他侧面。更不能不看他的缺点，否则这将成为感情最大的弱点。 24.你爱我爱不起，我怪你怪不起。《你爱我爱不起》 ——感情有时候也要讲究门当户对，这是知心灵和心志上的门当户对，要知道，陈家洛是配不起霍青桐的。 25.我不完美，但你未见得很爱美。我想完美，难怪被你太早放弃。《你爱我爱不起》 ——追求完美，有时反而会让爱情更快破碎。 26.爱是一朵从天飘下来的雪花还没结果已经枯萎 ，爱是一滴擦不干烧不完的眼泪还没凝固已经成灰。《天下有情人》 ——不是每一段情都一定会有结果。 27.爱是一段一段一丝一丝的是非，叫有情人再不能够说再会。《天下有情人》 ——这就是为什么不要随便发誓的原因，越脆弱的东西，变数就越多。 28.若是要细水可以变长流，就像等他长出铁锈无法再分手。《固定伴侣》 ——那又何苦, 29.别离原为战胜与光阴的竞赛，每把声音定会嘱咐要早出早回来，只是回头便知时代早不存在， 临别的激动和悲哀却可印证着爱。《早去早回》 ——当你不能再拥有的时候，你唯一能做的，就是不要忘记。 30.彼此相爱也许更爱自己。《寂寞便找我》 ——任何人最爱的都只是自己，所以永远不要对别人说:我最爱的人是你或最爱你的人是我。 31.传说有一男一女同偕到白发之后才怀念刻骨铭心的旧友，回头陪着那合照，一块将余生渡过。《一千零一个》 ——早知今日，何必当初, 32.游荡只不过为逃避，期待只不过为回味，即使给我盛放的蔷薇，贪恋的只怕是那愉快的气味。《一枝花》 ——难怪最美的爱情到最后也只是一堆泡沫。 33.谁亦记得不能容他宠坏，不要对他倚赖，感情随他出卖，若你喜欢犹大。《情戒》 ——人生要有原则和底线，不能为了他牺牲你的一切，子君离开涓生并不一定就要自杀，她还可以过好她的下半生，只要她不再对别人倚赖。 34.谁貌似花美艳,是谁努力照亮半边天,但是情无独钟，贪心的你偏爱哪一边,《情无独钟》 ——大部分的男人都喜欢天使的面孔，婴儿的大脑，所以女人永远不可能事业和爱情兼顾。 35.感情不必拿来慷慨。《因为爱，所以爱》 ——不伤害爱你而你不爱的人的最好，就是告诉他你不爱他，感情是给你想爱的人的，不像金钱，只要够慷慨，便能救助他人。 36.你是我的红药水，他只是杯黑咖啡。你会问我累不累，他却让我不能睡。 《女朋友的男朋友》 ——所以，千万不要抢女朋友的男朋友。 37.不爱就不爱，难捱就不捱。《如果你是李白》 ——分手要干脆。 38.为这为那，谈情为了享受，为你为我，为何为他忍受,《情戒》 ——如果你对他的感觉有了忍受，那这段情便可以断了。 39.原来过得很快乐，原来我并不快乐，只我一人未发觉。《再见二丁目》 ——难道非要两个人才能发觉, 40.不信眼泪，能令失乐的你爱下去。难收的覆水，将感情慢慢荡开去。如果你太累，及时地道别没有罪。牵手来，空手去就去。《玻璃之情》 ——如果你真爱他，他想走的时候，就让他走，即使，可悲…… 41.如果我换过别的衣裳，你对我会不会一样;如果你换过别的脸庞，我对你有没有新的欲望;如果我换过别的衣裳，你对我就不会遗忘;如果你躺在她的身旁，你对我会不会说个谎,— 《懒洋洋》歌手:齐豫 专辑:骆驼.飞鸟.鱼 ——爱过经年，懒洋洋，还有没有机会，重燃激情的希望。 42.十年之后，我们是朋友，还可以问候;只是那种温柔，再也找不到拥抱的理由。—《十年》歌手:陈奕迅 专辑:黑.白.灰 ——情人变成朋友的滋味，不试试，别人说也不对味。 43.如是我闻,仰慕比暗恋还苦……难道爱比恨更难宽恕。—《宽恕》电视剧《天龙八部》 ——爱的箴言，比偈还难解。 44.多年后想起今天值得不值得—《打错了》王菲2001同名专辑 ——这话简单的要死，可惜多年以前的时候都不肯相信。 45.你很爱我，你只爱我，听得不好意思寂寞。—《感情生活》歌手:王菲 专辑:唱游 ——因为爱了而不再寂寞，还是爱过才会懂得何谓寂寞。 46.最后一首:彼岸花 看见的 熄灭了 消失的 记住了 我站在海角天涯 听见土壤萌芽 等待昙花再开 把芬芳留给年华 彼岸没有灯塔 我依然 张望着 天黑 刷白了头发 紧握着 我火把 他来 我对自己说 我不害怕 我很爱他