增程式电动汽车动力总成参数匹配设计

2023年11月28日发(作者：汽车之家2021款报价大全大众汽车)

增程式电动汽车动力总成参数匹配设计

孙奎洲;王凯;范鑫;冯俊萍

【摘 要】增程式电动汽车作为一种新型节能环保型汽车,是传统内燃机汽车向纯电

动汽车过渡的一种车型;根据动力传动系统的设计原则和设计目标,基于铃木奥拓燃

油汽车改装设计了增程式电动汽车的动力传动系统的参数匹配方法,根据电动汽车

基本参数及其控制目标,对动力总成系统的关键零部件进行了匹配设计;匹配结果表

明:电动机的额度电压为60 V,最高转速为4 000 r/min,额定功率为8 kW,额定转矩

为40.43 N·m,峰值功率为11 kW,最大扭矩为80.86 N·m;增程器采用马勒增程器

和两缸直列四冲程发动机;动力电池组采用磷酸铁锂子电池,单组额定容量为80 Ah、

总电压为96 V;对于指导增程式电动汽车的开发、提高汽车性能和安全性,以及对于

电动汽车底盘集成控制系统的开发都具有重要的工程应用意义.

【期刊名称】《计算机测量与控制》

【年(卷),期】2014(022)010

【总页数】4页(P3396-3398,3402)

【关键词】增程式电动汽车;动力总成;参数匹配;控制策略

【作 者】孙奎洲;王凯;范鑫;冯俊萍

【作者单位】江苏理工学院机械工程学院,江苏常州 213001;江苏理工学院汽车与

交通工程学院,江苏常州 213001;江苏理工学院汽车与交通工程学院,江苏常州

213001;人工智能四川省重点实验室,四川自贡643000;江苏理工学院汽车与交通

工程学院,江苏常州 213001;人工智能四川省重点实验室,四川自贡643000

【正文语种】中 文

【中图分类】U463.4

0 引言

增程式电动汽车是附带一个增程器的纯电动汽车，其主要技术特点是以电力作为驱

动来源，另附加一个增程器作为备用能源［1］。增程器主要由发动机、发电机、

控制系统与变频器等组成［2］。增程式电动汽车的动力系统由一个动力源和两个

能量源构成，电动汽车驱动电机作为唯一的动力来源驱动汽车，实现纯电驱动

［3］；其他两个能量源为由发动机、发电机和控制器组成的电动汽车增程器，为

整车系统提供电能来源；动力电池组作为能量源，一方面为电动汽车驱动电机提供

电能，另一方面储存电能。控制装置连接能量源和动力源，并通过整车控制器进行

通讯和联系，进而控制电动汽车的驱动和行驶［4－5］。增程式电动汽车动力系

统结构如图1所示。

图1 增程式电动汽车动力系统结构

本文基于铃木奥拓燃油车改成增程式电动汽车，并设计增程器的布置方式，对整车

参数和设计技术指标进行计算，设计出增程式电动汽车的动力系统结构，并对动力

总成各部件匹配之后选择相应的型号，从而对所改汽车的性能进行整体优化。

1 增程式电动汽车动力匹配原理

基于铃木奥拓燃油车改成增程式电动汽车，是由重庆长安铃木有限公司生产的小型

低排量汽车，全车参数如表1所示。

表1 铃木奥拓全车参数

铃木奥拓主要用于家用以及代步用的小排量汽车，动力总成的设计以城市道路工况

为主要基础，整车技术要求如表2所示。

表2 铃木奥拓技术指标

电动汽车增程器的主要目的是提高纯电动汽车的续航里程，避免由于车载电池电量

不足造成的车辆的停止运行。汽车行驶过程中，增程器根据系统中的控制单元接收

到的整车控制器的控制命令，通过判断全车状态、工况及其动力电池电量来控制增

程器的启停，当电池充到标准之后将自动停止工作［6］。增程器ECU 控制过程

如图2所示。

图2 增程器ECU 控制过程

增程器动力系统能量控制流程如图3所示。当增程器处于手动模式时，增程器的

开始与停止是根据驾驶员的手动操作来进行［7］。当增程器处于自动模式时，控

制单元根据检测到的全车工况状态、电池状态，控制增程器自行起动，当电池电量

超过设定值时，增程器自动关闭。

2 增程式汽车动力总成参数匹配设计

2.1 电机功率匹配

在城市道路上行驶时，电动汽车主要在纯电动模式下进行，功率与转矩满足单独驱

动车辆时的设计需要。最高车速下的电动机功率必须满足纯电动模式下汽车最高车

速的要求，以保证车辆能在良好的路面上获得较高的行驶速度［8］。对于加速性

和爬坡性，电动机的功率越大，其后备功率也就越大，加速性和爬坡性也就越好。

图3 增程器动力系统能量控制流程

当电动汽车处于最高车速Vmax行驶时所需的电动机功率为P1：

式中，m为整车质量，f为滚动阻力系数，ρa为空气密度，这里取1.293kg／m3，

A为迎风面积，CD为风阻系数，ηT为传动效率。

爬坡速度为Vb，5km／h所需的电机功率为P2：

式中，α为所能达到的最大爬坡角度。

在一定时间内，车辆从路面良好的情况下从零加速到一定速度时所需的电动机功率

为P3：

式中，ta为加速时间，δ为旋转换算系数。

最大功率满足汽车爬坡性、最高车速和加速性要求。这时电动机的额定功率为3

个数值中的最大值即：

电机的峰值功率为：

以上公式是在有风的情况下进行的，一般分析汽车动力分析时考虑是在没有风的良

好情况下进行的，所以将采用式（6）来计算电动机功率。

1）根据最高车速Vmax来计算电动机额定功率

2）根据最大爬坡度计算电动机最大功率，有

所选的电动机功率必须满足6）、7）计算出来的功率要求。

2.2 驱动电机转速匹配

对于电动机而言，当电动机功率恒定时，电动机的最大转矩会减小。如果电动机的

转速超过一定的值时，其转矩降低的幅度也会明显减小［9］。综合以上各种因素

和实际需要，电动机最高转速为4 000r／min，额定转速为1 800r／min。

2.3 电机额定转矩和最大转矩匹配

驱动电机的额定转矩和最大转矩为：

式中，MN为电动机的额定转矩，Pe为电机的额定功率，nN为电动机的额定转

速，Pe为7.62kW，nN为1 800r／min。

带入式，有

式中，Mmax为电动机的最大转矩，Pe为电动机的额定功率，nN为电动机的额

定转速，λ为过载系数，取2，带入公式得

综合考虑，铃木奥拓改装增程式电动汽车所选用的永磁无刷直流电动机的规格

［10］为：额定功率为8kW，最大功率为11 kW。

2.4 动力电池组匹配

动力电池组是增程式电动汽车获取动能的主要来源，电池的能量密度决定电动汽车

充满一次电能行驶多少里程，而功率密度则决定着电动汽车的最高车速与加速性能

是否优越［11］。

本文增程式电动汽车所选择目前应用比较广泛的磷酸铁锂子电池作为动力电池，单

个电池的电压为12V，采用8个串联一组，并联2组连接方式为整车提供动力，

电池组的电压为96V。本文所选择的动力电池组额定容量为80A·h。

对于动力电池个数和容量选取是否合适，根据最大输出功率与续航里程来确定的。

实际应用中，为了防止放电电流过大产生过大的热量，这样会影响动力电池组的使

用寿命，所以根据选用的单体蓄电池最大输出功率Pbmax由下式确定：

式中，E0为单体蓄电池额定电压，选定的电压为12V，Rint为蓄电池的内阻，本

文所选的磷酸铁锂子电池的放电电阻为0.015Ω，计算结果为：

本文选择的是8 个磷酸铁锂子电池串联最大输出功率为17.07kW，可以满足驱动

电机的最大输出功率的要求。

磷酸铁锂子电池的能量Wess的计算公式为：

式中，Uess为电池组额定电压，本文所选值为96V，C为蓄电池的额定容，本文

选值为80A·h。带入公式得：

计算所改车辆在纯电动模式下的续航里程公式为：

式中，S为纯电动模式下续航里程，Wess为蓄电池的能量，这里取值为

7.68kW·h，ua为续航车速，本文选取55km／h，Pm表示为行驶时所需的功率，

有

计算结果为Pm＝5.99kW，将结果带入有

根据计算结果，当选择的磷酸铁锂子电池放电深度不超过80%时，车辆按55km

／h的速度在纯电动模式下行驶可以达到70.52km，可满足车辆在城市里行驶的

要求。

根据增程式动力总成参数设计的原则和方法，对电动汽车的主要部件进行匹配，结

果如表3所示。

表3 匹配结果

3 结束语

1）增程式电动汽车是传统内燃机汽车向纯电动汽车过渡的一种车型，基于燃油车

改成增程式电动汽车，设计增程器的布置方式，对整车参数和设计技术指标进行计

算，有利于对所改汽车的性能进行整体优化。

2）增程式动力总成参数匹配主要有驱动电机的选择，并且计算驱动电机常态下行

驶需要的功率和车辆在爬坡时所需要的最大功率，从而选择适合的驱动电机；另一

个就是对车辆相对重要的动力电池进行匹配，根据单个电池组的能量串联之后再并

联，从而满足驱动电机的功率要求。通过对车辆在常态下行驶的速度，计算动力电

池满足最大的行驶里程，从而判断电池匹配是否合适。

3）根据动力传动系统的设计原则和设计目标，设计的增程式电动汽车的动力传动

系统的参数匹配方法对于指导增程式电动汽车的开发、提高汽车性能和安全性，以

及对于电动汽车底盘集成控制系统的开发都具有重要的工程应用意义。

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