基于matlab纯电动汽车建模及动力特性仿真分析

基于的纯电动汽车建模及动力特性仿真分中南林业科技大学湖南长沙摘要:建立了以锂电池组为动力源交流异步变频电动机为动力转换装置的纯电动汽车的动力系统及整车模型在/平台上对该模型的车辆速度加速度爬坡能力能耗等动号:T2;19．9文献标志码:A文章编号:16715276(2011)030089Simulationand ysisofModelandDynamicCharacteristicsforElectricVehicleBasedonsourceandvariablefrequencyACinductionmotoraspowerconversiondevice，andsimulatesandyzesthevehicledynamicn．reasonableandfeasible．:electricvehicle;model;dynamiccharacteristics;世界能源的紧缺以及环境污染的日益节能减排提倡绿色交通是整个社会的奋斗目标之一。同时在汽车行业的紧迫任务就是开发清洁高效智能的新型汽车。随着社会电力网络的高速发达电动汽车具有其突出的优势和发展空间电动汽车也必将成为未来汽车发展的主流方向但电动汽车发展的问题仍然是动力性有待提高。因此建立合理的电动汽车的动力模型搜索动力特性问题并给出合理的解决方案具有积极的研究及现实意义。本文在对某电动汽车的动力系统进行设计的基础上以锂离子电池组为动力源交流异步变频电动机为动力转换装置在/平台上建立了蓄电仿真电动机仿真以及整车仿真模型并对整车动力性能进行仿真分析结果表明该动力系统方案是可行的。电动汽车最主要的系统就是动力传动系统系统的动力特性决定了整车性能。电动汽车动力传动系统主要由蓄电池控制器电动机变速器主器驱动轮等］。蓄电池是电动汽车动力源决定着电动汽车的多方面］。目前使用较广泛的蓄电池有镍铬蓄电池锂离

子蓄电池镍氢蓄电池等。其中锂离子蓄电池具有很好的耐充电特性良好的使用安全性和充放电效率突出的特点是该电池体积小质量轻减小汽车自重使车辆更轻便灵活。结合考虑电动汽车动力系统的工况本文选用锂离子蓄电池作为动力源。电动机及驱动系统是电动汽车动力系统的能量转换的关键部件它将蓄电池的电能转换动能传递到车轮上实时结合车辆的运行工况也可以将车轮上的动能回收到蓄电池中。目前主要有直流电动机交流感应电动机永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机等应用在电动汽车上较多。由于交流电机体积小质量轻效率高调速范围宽，能有效地实现再生制动性价比较高。因此本文选用交流异步变频电动机作为系统的驱动电动机。 本文建立的锂离子蓄电池模型如图1所示该模型以电池的开路电压及电池内阻的特性函数为基础以电池荷电状态(efeC)的变化趋势为依据建立起来的。模型主要包含以下五大模块。电池开路电压和内阻计算模块(kc．rt):根据当前蓄电池的功率需求电池温度以及实时的C值来计算单个电池的开路电压和内阻。基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(作者简介 ( 主要研究方向为电动汽车控制策略动力电池控制方法研究1功率限制模块(limitpower):防止电池负载电流 功率超出SOC，等效电路和电动机控制器最小允许电压电池负载电流计算模块(et):根据kc．t模块输出电压及内阻tr模块输出电功率为输入信号依据基尔霍夫电压定律来求解负载电流。如下:I2R+EI=其中，I为负载电流E为packVoc．rint模块的开路电压;Plimitpower模块输出电功率。SOC模块:SOC的具体计算［3］如下 SOC

A为电流h为时间放电时，Ahused=∫0Adt;t时，Ahused=∫0ηcoulombAdtηcoulomb为折算库伦效率t0.散热模型:车辆在行驶过程中充电期间电池内2． 2所示2电动机的建模以电动机的电压转矩功率的平衡方程和运行特性方程为基础模型采用顺逆序相结合计算方式该模型主要包括电动机控制模块以及电动机热模块前者在电动机控制器中执行若干逻辑控制功能超过控制器承受能力的电流同时在车辆未行驶或

齿轮箱处于换档时关闭电动机后者用于计算电动机温度2． 3所示3根据对电动汽车系统各个部件的分析和模型建立/］平台上搭建电动汽车的整体仿真模型，该模型主要包括循环工况车辆车轮变速器主器、驱动电机系统能量源电力总线等子模块各子模块都建立了对应的二级仿真模块运用通过M函数来控和传递各子模块的参数。3． 1所示1项 参总长×总宽×总高/ 2500×1695×1迎风面积/1．整车质量/ 1轴距/ 轮胎滚动半径/ 28．蓄电池容量/ 蓄电池组单元数量/ 电动机额定电压/ 电动机额定功率/ 当前评价整车性能的循环工况主要有ECEEUDC，UDDS和HWFET 国则以ECEEUDC循环工况为主。根据表1所示的车辆参数对已建立的整车模型进行仿真。2所示在电动车起步阶段车速随时间的增加而增块上升速度比较缓慢而在车辆行驶稳定后车速随时间的增加而增块而且增加得比较迅速这比较符合电动汽车的行驶规律同时实际速度与目标速度的误差控制在2%内，

2ECE-EUDC项 参循环周期/ 1行驶距离/ 6．最大行驶速度/(km/ 74．平均速度/(km/ 19．最大加速度/(m/s 3．最大度/(m/s 4．平均加速度/(m/s 1．平均度/(m/s 2．车速为55km/h时的爬坡性能/(% 停车时间/ 停车次 达到误差要求。具体车速随时间变化曲线际速度差值变化图如图4和图5所示。4电动机的输出转矩是电动汽车动力特性的重要指标。电动机驱动车轮工作时转矩为正值;在汽车制动时负值有效地回收了制动能量这对电动汽车节省能量增加行驶里程非常有意义从图中看出车辆在行驶过程中，转矩输出变化比较稳定提高了车辆的行驶平稳性车辆的电动机输出转矩及电动机转矩随转速变化曲线如图6和7所示图8是电池的荷电状态变化曲线。车辆在行驶过程中蓄电池为车辆提供动力消耗电能驱动车轮转动;当车辆进行制动时车轮由于惯性仍具有一定的动能此时蓄电池处于被充电的状态将动能转化为电能在蓄电池中实现能量的再回收和利用。另外在整个电动车的行驶过程中电池的荷电状态C在较长时间内下降比较平缓工作在比较稳定的区域能较好的满足城市道路电动汽车行驶要求。最后能耗是车辆性能重要指标之一也是决定车辆是否具有实际应用价值的重要参考数据］。图9给出了该电动汽车仿真耗能从图9看出电动机单元传动系统等能耗效率均较高其中蓄电池单元效率高达5%动力性能优越。

通过建立以锂离子蓄电池组和交流异步变频电动机驱动的某纯电动汽车动力系统利用/平台对整车动力性能进行仿真分析综上仿真结果可以看出该电动汽车在行驶加速制动等方面能够适应国的EC循环工况能耗低效率高说明该车动力系统设计方案是合理可行的。［1］AntoniSunwi．混合电动车辆基础M．编译．北京:理工大学，2001．［2