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1、电动汽车电机驱动系统动力特性与电机参数匹配摘要：随着人们对电动汽车的行驶效率越來越高，人们在电机动力驱动系统领域 内进 行了深入的研究，本文综述了电机驱动系统动力特性、电机参数匹配以及现 阶段电机 动力驱动系统参数优化匹配的相关研究。关键词：电动汽车：电机；动力特性；参数匹配0引言既日本的Prius及Insightg在全球的成功上市销售后，在全世界引起了新一轮的 电动汽车的开发热潮。电动汽车正在以其清洁、高效和可持续的概念吸引着 越来越多 的人。电动汽车动力驱动系统是电动汽车的心脏，实现电动汽车动力系 统的关键在于 适当设计其动力驱动系统。即实现动力电池组，电动组和电机控制 器的优化匹配。电机
2、是纯电动车辆唯一动力元件，它与能量源之间的能最流动是通过功率转 化器 进行调节的。电机自身性能的好坏将直接影响电动汽车的最高车速、加速性 能、爬坡性 能及续驶里程等，因此初步确定电机类型及其动力特性进而对电机进 行选择是整车开 发之前至关重要的工作。1电机驱动系统动力特性1.1理想的电动汽车电机驱动系统动力特性在各种可能工况下，汽车行驶所需的功率、转矩或驱动力与行驶车速围 成的 平面构成汽车的驱动特性场，受路面条件和动力输出约束，理想的汽车 驱动特性 场如图1所示。其中斤为驱动力，皿为车速km/ho根据汽车行驶的动力学要求，最佳的汽午动力传动系设计为在驱动轮处 获得 图 1 所示的理想驱动待性
3、场，评价和对比汽车动力性能的指标可选为汽 车在驱动 轮处实际的输出驱动特性场占理想驱动特性场的百分比，白分比越 大动力性能越 佳。对于电动汽午，为获得最佳的动力性能，对驱动电机的动 力特性要求是，在 额定转速以下为恒转矩输出，在额定转速以上为恒功率输 出，如图 2。图2电机转矩转速特性与功率转速特性1.2 电机驱动系统动力特性分析 电机驱动系统输出动力特性应满足电动汽车动力性设计指标需求：加速、爬 坡、最 高车速行驶。电机驱动系统区别于传统内燃机具有一定的过载能力，借用 内燃机的相 关概念采用峰值匚作特性进行描述，它表征了电动汽车行驶的后备功 率，与整车的加 速、爬坡性能密切相关；而整车的巡航
4、行驶性能与电机驱动系统 的连续输出特性(也称 为额定工作特性)相关。电机驱动系统的峰值工作特性与设定的电机工作制密切相关。由于混合动力 电动 汽乍与纯电动汽午中电机驱动系统的匸作模式有很大差别。对于纯电动汽午 电机驱动 系统，采用5minX作制峰值工作动力特性，对混合动力电动汽车电机 驱动系统，采用 Iminl作制峰值工作动力特性。对于电机驱动系统的峰值特性，文献2给出了利用峰值工作制时间tp、峰值功 率Pp及影响汽车加速性能的电机转速因子x来描述。其中转速因子x为：式中：i】n为电机基速r/niin, nm为电机最高工作转速r/miiio电机驱动系统额定匸作特性是指电机在温升允许范围内达到热
5、半衡并能够 长时间 连续稳定输出转矩的工作特性。电机额定工作特性的设计应能够覆盖汽车 行驶特性场 中时间分布最密集的区域。对电机额定特性的描述具体采用额定转速Hn、额定转矩Tn及最高转速等指标。 为表征电机驱动系统的过载能力，采用峰值过载转矩系数和峰值过载功率 系数指标， 定义如下：7* = Tp/Tn式中&为电机驱动系统峰値过载转矩系数，人为电机驱动系统额定转矩 N .m。O = Pp/Pn式中&P为电机驱动系统峰值过载功率系数，人为电机驱动系统额定功率kWo同时，考 虑到电机的理想设计特性与实际测试特性会存在一定差异，文献 2 中也给出了采用 实测转矩T与理想转矩lb的负偏差白分比斤来描述
6、这种差距。齐=上创 xioo% (TTn)2 电动汽车电机参数匹配2.1基于车辆行驶动力学模型匹配电机参数和设计普通汽车不一样的是，电动汽车的驱动力來自驱动电动机，其速度 扭矩 特性与内燃机的截然不同，电动机乂有过载和“堵转”特性，所以合理选择 电动机的 功率和传动比，将对纯电动汽车的动力性能和整车续驶里程产生重大影 响。一般通过 建立动力学数学模型来确定电机的基本参数。汽车行驶时功率平衡方程如下： 1 （伽Giu. Cd血伽叫d纠v13600+3600+76 140+3600 It）其中：pv车辆需求功率，KW：传动系效率；心一最高车速。Km/h;Cd风阻系数；G最大车重,N;A迎风面积，m
7、3f滚动阻力系数；6汽车旋转质量换算系数；牛一行驶加速度；按照上式可计算得到满足车辆最高车速、最大爬坡度及加速性能时的车辆行 驶功 率需求，并以此作为电机的峰值功率下限值。2.2动力驱动系统关键部件匹配研究现状依照上述方法匹配电机参数可以保证所选电机能够满足电动车辆行驶的动 力性要 求。然而随行人们对电动乍的行驶效率的要求越來越高，单纯依靠此法匹 配电机参数 难以实现车辆行驶的最有效率。电机及其动力系统的一体化设计可以 实现效率最优的 动力系统参数匹配。文献中给出了利用理论分析和仿真技术，基于车辆性能参数，考虑电动 机转速 范圉、效率、电池组能量需求、最大充放电电流及车辆传动系统参数，进 行动
8、力驱动 系统关键部件的选型与参数匹配。文献4考虑电动机系统及电池组高效工作区间，把动力性与续驶里程作为 设 计指标，讨论了匹配纯电动汽车动力驱动系统主要参数的优化算法。文献提出了基于车辆运行城市道路工况，结合车辆设计目标，并考虑了电池组 电斥及电池组质量对车辆能耗的影响，对驱动电机与动力电池组进行匹配 以降低车 辆能耗。文献基于车辆实际运行时电池组及电动机状态，开发了可用于指导动力 总成系 统优化匹配的电池组模型和能够改善电动机转矩动态响应特性的控制算 法。3 总结提高电动车的行驶效率，增加其续驶里程是电动车研究的一个关键目标，为 实现 该目标，有必要对电动车的动力、驱动、传动系统进行一体化设
9、计。综合考 虑动力电 池组效率、控制器效率、电机效率、传动效率以及午辆行驶的道路工况， 合理匹配各 个部件参数并设计效率最优的控制策略。4 参考文献1 M米奇克.汽车动力学（C卷）M陈阴二，译北京：北京人民父通出版,1997.2 何洪文，余晓江，孙逢春,张承宁电动汽车电机驱动系统动力特性分析C中国电 机工程学报.2006,26（6）3 RahmanZ, Ehsani M, ButlerKL Aninvestigationofelectric motor drive characteristics forEVand HEVpropulsion systemsC/SAETechnicalPaper
10、Series. USA： SAE PublicationGroup. Paper Number： 2000-01-3062.4 Ehsani M, Gao Y M, Emadi A. Modem Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles Fundamentals, Theory, and DesignM. Boca Raton: CRC Press, 2010黄万友，程勇，曲红，王宏栋纯电动汽车动力驱动系统参数匹配试验C 江苏大学 学报（自然科学版）.2013,34（2）.6Julia K, Bernhard G J, Christoph S, et al. Eficient battery models for the design of EV drive trainsC/14th International Power Electronics and Motion Control Conference. Piscataway, USA:IEEE,2010:31-38.
