问题21 如何匹配电动汽车的整车功率?
匹配技术是电动汽车的关键技术之一,动力系统的匹配关系到电动汽车是否具有充足的动力性,以及在满足动力性的基础上,能否具有最佳的经济性等。
在电动汽车中,合理的动力系统参数匹配和良好的零部件性能造就电动汽车良好的动力性能。不同的动力系统总成结构形式,都涉及对动力系统各零部件参数的匹配计算,比如对发动机参数、电机参数、电池参数及动力分配装置参数等进行匹配设计。也就是说,需要根据动力性和经济性指标,对电动汽车的动力系统涉及的各项参数进行匹配计算。比如,根据电动汽车对动力性指标的要求,需要确定电动汽车的整车功率、传动系统的传动比及动力电池的各项参数等。
电动汽车的多种类型中,混合动力汽车的匹配最为复杂。混合动力汽车的整车总功率要求确定原则与传统汽车相似,都是根据整车的动力性来确定。混合动力汽车的动力性指标包括最高车速vmax、加速时间t及最大爬坡度要求imax。
根据最高车速vmax确定最大功率Pmax1为
式中,ηt为整车动力传动系效率;m为整车总质量(kg);g为重力加速度(9.8m/s2);f为滚动阻力系数;CD为汽车空气阻力系数;A为汽车正面迎风面积(m2)。
根据爬坡性能确定最大功率Pmax2为
式中,αmax=arctan(imax/100);vi为汽车爬坡速度。
根据加速性能来确定动力装置的总功率。汽车起步加速过程中的速度可以表示为
式中,x为拟合系数,一般为0.5左右;t为加速过程时间(s);tm为起步加速过程总时间(s),νm为起步加速过程的最终车速(km/h)。
假设整车在水平路面加速,根据整车加速过程动力学方程,其瞬态过程总功率Pall为
式中,Pall为加速过程总功率(kW),是加速功率Pj、滚动阻力功率Pf与空气阻力功率Pw之和;δ为汽车旋转质量换算系数(δ>1)。
整车在加速过程的末时刻,动力源输出最大功率,因此,加速过程最大功率Pmax3为
式中,dt为设计过程中的迭代步长(s),通常取0.1s便可满足精度要求。
根据三项动力性指标计算的各工况最大功率,动力装置总功率Ptotal必须满足:
式中,Pmax1为根据最高车速vmax确定的最大功率;Pmax2为根据爬坡性能确定的最大功率;Pmax3为根据加速性能来确定的动力装置的最大功率。