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电动汽车动力系统的参数匹配及优化研究

作者：许磊

来源：《汽车世界·车辆工程技术（下）》2019年第06期

摘要：随着环境污染日益严重以及石油供应危机不断加剧，近年来能源短缺问题和环境

污染问题已成为以内燃机为动力的燃油汽车所面临的两大突出问题，因此能源的节约与替代能

源的开发，被公认为是疏解环境污染、保证能源供给的行之有效的方法，在此，本文对电动汽

车动力系统的参数匹配及优化进行研究。

关键词：电动汽车;动力系统;参数匹配;优化

导言1

人类自诞生以来就不断探索生存与发展的途径和方法，汽车就是伴随着人类的发展而产

生的重要交通工具，也是人类文明的象征与产物，与人类社会文明进程息息相关，毫无疑问，

汽车的发展脱离不了可持续发展的轨道近年来随着环境的污染以及石油的紧缺等问题的出现，

节约能源与开发替代能源成为缓解环境污染及能源紧缺的有效方法，开发代用燃料和电动汽

车，是解决环境问题的重要途径。

影响纯2电动汽车续驶里程的因素有哪些

电动汽车的行2.1驶环境

相同的电动车在不同环境下行驶，将会达到不同的最大里程数。首先气温就对当前电动

车广泛使用的锂电池影响很大，锂电池的能量应用属于氧化还原反应，通过化学反应释放电离

子，从而达到充放电。由于锂元素的化学特性非常活泼，因此在低温和高温状态下（冬天/夏

天），反应强度不同，放电密度不同，电池的使用时间不同，而造成汽车的行驶里程不同。

其次，同传统汽车一样，风向、风力、道路条件及城市交通状况也是影响电动汽车续驶

里程的因素（城市交通状况方面，目前轻型混合动力驱动系统在提高电池寿命和环保方面发挥

着重要作用）。

滚2.2动阻力和空气阻力

在理论力学中，物体滚动时受到的阻礙作用被称为滚动阻力。滚动阻力通常是由重力引

起的，它是一种力矩作用。也就是说，如果汽车越重，运动时所承受的滚动阻力也就越大。因

此，减少滚动系数可在一定程度上提升电动汽车的续驶里程。

空气阻力，顾名思义，是汽车在行驶中与空气产生摩擦而产生的阻力。由于电动汽车的

外形设计与电池、电机的位置有关，因此，相比传统汽车，电动汽车的外形设计弹性较大。通

过更合理摆放汽车内部组成零件，可得到更合理的外观设计，以此来减少空气阻力系数，续驶

里程可有相应提高。

电动汽车主要部件参数设计与匹配3

电机的参数匹配设计3.1

目前在电动汽车上已应用的和有应用前景的驱动电动机主要有：直流电动机（DCM）、

交流感应电动机（IM）、永磁电动机（PMBLM）和开关磁阻电动机（SRM）等。其主要性能

感应电动机效率高（90%以上），功率大（接近1KW/kg），功率因数变化大，转子为鼠笼型

结构，适合于高速运转。另外，感应电动机的可靠性高，便于维修，价格便宜。电动汽车要求

频繁启动、加速、制动，能量利用效率高，要求在启动即低转速时得到恒定的最大扭矩，同时

在高转速时得到恒定的较高功率（电机最大转速的选择要结合传动系减速比、电机的效率和连

续转动特性考虑）。感应电动机能够很好地满足这些要求，是理想的电动汽车用驱动电机之

一。故本文选用感应电动机作为驱动电机。

电动机是电动汽车行驶的动力源，对整车的动力性有直接的影响。所选的电动机功率越

大，整车的动力性也就越好，但是如果功率过大，电动机的质量和体积也会增大，且电机的工

作效率不高，这样就不能充分利用有限的车载能源，从而使续驶里程降低。

传动系统的4优化及仿真

利用汽车仿真软件GT-driver建立了仿真模型、定义了各个模型参数并对整车的动力性能

进行了仿真。由仿真结果可知本文设计的样车的最高车速为88km/h，0-60km/h的加速时间

25s，最大爬坡度为24%，美国ECE15工况下的耗能情况大约为50kwh/100km。从仿真结果来

看，整车性能基本符合了整车动力性要求，但是该传动系统并没有达到整车的动力性和续驶里

程的最佳匹配，电动机在高效率工作的区域也不是很理想。因此本文将对整车的变速器速比参

数进行优化，然后和原来的仿真结果进行对比分析，最终使整车性能得到优化。

电动汽车性能4.1影响因素分析

影响电动汽车动力性能和续驶里程的因素较多，主要有电动汽车本身的结构参数、蓄电

池的性能参数、电动机的特性参数以及电动汽车的行驶条件等。汽车动力传动系统匹配的好坏

直接关系到汽车动力性能的发挥和燃油经济性的好坏