增程式电动汽车动力系统参数匹配及基于遗传算法的传动比优化研究
分类号：U461.2单位代码：10110
学号：S2*******
中北大学
全日制工程硕士学位论文增程式电动汽车动力系统参数
匹配及基于遗传算法的传动比优化研究
硕士研究生李俊伟
校内指导教师苏铁熊杨世文
校外指导教师金达锋
所在领域车辆工程
2014年 5 月 25 日
图书分类号 U461.2 密级非密
UDC注 1 621.4
全日制工程硕士学位论文
增程式电动汽车动力系统
参数匹配及基于遗传算法的传动比优化研究
李俊伟
校内指导教师（姓名、职称）苏铁熊、教授杨世文、教授
校外指导教师（姓名、职称）金达锋、副教授
申请学位级别全日制工程硕士
所在领域（研究方向）车辆工程
论文提交日期年月日
论文答辩日期年月日
学位授予日期年月日
论文评阅人
答辩委员会主席
年月日
注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。
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增程式电动汽车动力系统
参数匹配及基于遗传算法的传动比优化研究
摘要
全球大量汽车的使用，极大的给人类带来便利的同时也给环境造成了诸多问题，最显著的是尾气污染、温室效应和能源危机。近十年来，在交通运输的研究领域中，节能、环保与安全已成为研究的三大目标。进而引发了新能源汽车的全球研发热潮，纯电动汽车尤为突出，纯电动汽车与传统内燃机汽车相比具有零排放、零污染等优势。然而，纯电动汽车的续航里程成为了其推广的瓶颈，因此，增程式电动汽车应用而生。
本文以一款增程式电动汽车为研究对象，研究了增程式电动汽车的动力性、经济性的要求及评价指标，在查阅了大量的国内外参考文献基础上，进行了增程式电动汽车传动系统的动力匹配工作，利用Matlab/Simulink制定了恒功率控制策略，并联合A VL-Cruise整车性能仿真软件依据GB/T 18385-2005（电动汽车动力性能试验方法）和GB/T 18386-2005（电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法）标准制定了仿真任务，进行了动力性能和经济性能仿真，验证了动力匹配和控制策略的正确性。在分析影响整车动力性能和经济性能因数基础之上，兼顾动力性能和经济性能，建立了多目标优化问题，利用遗传算法对传动系速比进行了优化，借助A VL-Cruise整车性能仿真软件与优化前的整车性能做了对比。
本文将遗传算法和A VL-Cruise整车性能仿真软件运用到增程式电动汽车的动力传动系统匹配中，不同于以往以动力性能或经济性能为单一优化目标，本文在兼顾动力性能和经济性能的基础上，得出最佳传动比，经A VL-Cruise整车性能仿真得出优化后的性能更好，为增程式电动汽车的开发提供了强有力的工具，且为增程式电动汽车的动力系统的参数匹配提供了一个参考。
关键字：增程式电动汽车，参数匹配，控制策略，遗传算法
Research on Power System Parameter Matching and Transmission Ratio Optimization Based On Genetic Algorithm of Range-Extended
Electric Vehicle
Abstract
The use of a large number of cars worldwide provide great convenience for human life at the same time caused many environmental problems among which the notably one are tai gas pollution, the greenhouse effect and energy crisis. In recently ten years, energy saving, environmental protection and safety have become three research target in the field of transportation. Then the research and development of new energy vehicle is triggered, especially Electric Vehicle. Electric Vehicle has the advantages of zero emissions, zero pollution compared to the traditional ICE vehicle. The range of Electric Vehicle has become the bottleneck of its promotion. therefore, Extended-range electric vehicle appear.
In this paper, an Extended-range electric vehicle is regarded as the research object, then the dynamic performance requirements, economy performance requirements and evaluation index of Extended-range electric vehicle is analyzed using the theoretical knowledge of vehicle, the power matching work of Extended-range electric vehicle transmission system is continued by the reference of a large number of domestic and foreign literatures. The constant power control strategy model is established by Matlab/Simulink and the simulation task is formulated based on GB/T 18385-2005 (electric vehicle dynamic performance test method) and GB/T 18386-2005 (electric vehicle trip range energy consumption rate and test method). The simulation of dynamic performance and the economic performance verified the parameter matching and control strategy. On the analysis of the effect of the vehicle dynamic performance and economic performance factor, a multi-objective optimization problem is established, the transmission ratio is optimized by genetic algorithm, with the help of
A VL-Cruise vehicle performance simulation software, the comparsion is showed between ex-optimization and after optimization.
In this paper, the genetic algorithm and the Cruise vehicle simulation software is applied to the power transmission system matching of Extended-range electric vehicle, different from the single optimization objectives of the dynamic performance or economic performance in the past, this paper get the optimum transmission ratio based on the dynamic performance and economic performance. The simulation result show that the vehicle performance is better by the use of Cruise which provide a powerful tool for the development of Extended-range electric vehicle and give a reference for the power transmission system matching of the Extended-range electric vehicle.
Keywords: Extended-range electric vehicle, parameter matching, control strategy, Genetic algorithm
目录
1绪论 (1)
1.1课题研究背景和意义 (1)
1.2增程式电动汽车的国内外发展现状 (2)
1.2.1国外研究现状 (2)
1.2.2国内研究现状 (4)
1.3混合动力汽车结构与原理 (6)
1.3.1混合动力汽车分类和特点 (6)
1.3.2混合动力电动汽车的原理 (6)
1.4增程式电动汽车工作原理及其运动学分析 (9)
1.4.1增程式电动汽车工作原理 (9)
1.4.2增程式电动汽车的运动学特性分析 (11)
1.5本课题主要研究内容 (12)
2动力系统选型与参数匹配计算 (14)
2.1增程式电动汽车整车性能分析及评价指标 (14)
2.1.1增程式电动汽车动力性能分析及评价指标 (14)
2.1.2增程式电动汽车经济性能分析及评价指标 (15)
2.2关键部件选型 (17)
2.2.1驱动电机的选型 (17)
2.2.2动力电池的选型 (18)
2.2.3 APU系统的选型 (19)
2.3动力系统参数匹配 (19)
2.3.1驱动电机的参数匹配 (19)
2.3.2动力电池的参数匹配 (25)
2.3.3发动机和发电机的参数匹配 (26)
2.3.4主减速器速比参数匹配 (28)
2.4本章小结 (28)
3增程式电动汽车控制策略制定 (29)
3.1增程式电动汽车控制策略方法论述 (29)
3.1.1恒功率控制策略 (30)
3.1.2功率跟随控制策略 (30)
3.2增程式电动汽车控制策略的制定 (31)
3.2.1动力电池SOC上下限值的确定 (32)
3.2.2发动机恒定功率的确定 (33)
3.3恒功率控制策略制定 (36)
3.4本章小结 (37)
4整车性能仿真模型的建立及联合仿真 (38)
4.1仿真软件A VL-C RUISE简介 (38)
4.1.1 A VL-Cruise仿真原理 (38)
4.1.2 A VL-Cruise仿真方法 (39)
4.2车辆模型的建立和参数设置 (41)
4.2.1整车动力系统建模 (41)
4.2.2主要部件模型的建立和参数设置 (41)
4.3部件模型的机械、电气连接和总线信息连接 (43)
4.4联合仿真结果及分析 (44)
4.4.1最高车速性能仿真 (45)
4.4.2爬坡性能仿真 (47)
4.4.3加速性能仿真 (50)
4.4.4最大牵引力仿真 (55)
4.4.5续驶里程仿真分析 (57)
4.4.6增程式电动汽车控制仿真分析 (60)
4.5本章小结 (61)
5基于遗传算法的传动比优化 (62)
5.1整车属性参数对整车性能影响 (62)
5.1.1整备质量对整车性能影响 (62)
5.1.2风阻系数对整车性能影响 (65)
5.1.3轮胎滚动阻力系数对整车性能影响 (67)
5.2主减速器速比对整车性能的影响分析 (69)
5.3传动系速比优化问题的描述 (69)
5.3.1设计变量 (70)
5.3.2目标函数 (70)
5.3.3约束条件 (71)
5.3.4优化数学模型的建立 (71)
5.4遗传算法 (72)
5.4.1遗传算法基本概念 (72)
5.4.2遗传算法基本操作 (72)
5.4.3遗传算法的寻优过程 (73)
5.4.4遗传算法应用 (74)
5.5传动比优化前后性能分析 (74)
5.5.1动力性分析 (74)
5.5.2经济性分析 (77)
5.6本章小结 (78)
6总结与展望 (79)
6.1全文总结 (79)
6.2展望 (80)
参考文献 (81)
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 (85)
致谢
1绪论
1.1课题研究背景和意义
汽车的发展是二十世纪现代工业重大成果之一，它将化学能通过动力装置转换为机械能，驱动车轮行驶，对全世界的交通运输行业发挥了极大的作用，为人类的进步作出了重大贡献。世界各国的经济发展都与汽车工业的进步密不可分，国内的汽车工业经历了二十世纪60年代初期发展到80年代的“三大三小”格局，“三大”指一汽、二汽和上汽，“三小”指北汽、天津汽车和广汽，再到二十一世纪的汽车集团路线，当今国内呈现自主品牌和合资品牌百花齐放的竞争格局，2009年开始我国已经超越日本和美国，占据世界汽车产销国首位[1]，我国汽车保有量据保守估计十年后为2亿辆[2]。
然而，全球大量汽车的使用，极大的给人类带来便利的同时也给环境造成了诸多问题，最显著的是尾气污染、温室效应和能源危机。汽车尾气含有氮氧化合物、碳氢化合物和一氧化碳，氮氧化合物会形成酸雨，对农作物和建筑物造成损害，碳氢化合物和一氧化碳对人体有害。同时全球大量汽车的使用造成了温室效应，冰雪融化，海平面上升等一系列危害。近年来雾霾成为了各大城市关注的焦点，北京雾霾天气更为严重，造成雾霾的罪魁祸首就是汽车尾气。我国成为全球能源消耗、原油进口第一大国，这与我国经济飞速增长、汽车销售强劲带来的能源消耗关系密切，但是石油的大量消耗加剧了原油储备的紧缺，由此引发的战争及政治活动更是危害极大。能源利用率低，不仅对石油消耗造成浪费，而且对环境也形成威胁。能源利用率低，尾气污染物排放就多，对环境的污染也越严重，因此提高能源利用率成为了当今的汽车发展主题。
近十年来，在交通运输的研究领域中，节能、环保与安全已成为研究的三大目标。进而引发了新能源汽车的全球研发热潮，纯电动汽车尤为突出，纯电动汽车与传统内燃机汽车相比具有零排放、零污染等优势，因此发展纯电动汽车是解决能源与环境问题的途径之一，我国已在“十二五规划”中将电动汽车上升为国家战略[3，4]。电机、电池和控制策略成为电动汽车的三大主题，目前电池技术还不完善，纯电动汽车的续航里程成
为了其推广的瓶颈，因此，增程式电动汽车应用而生[5]。
增程式电动汽车以蓄电池和增程器为动力源，蓄电池为主要动力源，蓄电池一般为铅酸电池或锂电池，增程器由小型发动机和发电机组成，成功的解决了纯电动汽车续航里程短的问题，是纯电动汽车的过渡产品。依据动力耦合方式的不同，混合动力电动汽车一般分为下面几种：串联式（电耦合）混合动力、并联式（机械耦合）混合动力和混联式（机械和电气的耦合）混合动力。本文研究的增程式电动汽车属于串联式混合动力，增程式电动汽车有两种工作模式，第一种是纯电动模式，增程器不工作，蓄电池提供动力，这时其相当于纯电动汽车。第二种是增程模式，当蓄电池电量低于一定值时，增程器开始工作，提供车辆驱动力，多余的能量给蓄电池进行充电。
本文研究的增程式电动汽车兼有纯电动汽车和传统内燃机汽车的特点，动力匹配的好坏直接影响着一辆车的整车性能水平，所以如何分配动力电池和增程器的能量成为增程式电动汽车的研究重点，增程器开闭时间点、工作点的选定，控制策略的制定，增程器提供的能量流向成为了研究的热点与难点。
1.2增程式电动汽车的国内外发展现状
世界各国都相继进行了增程式电动汽车的研究，对整车产品和关键总成都有了相应的开发[6，7]。
1.2.1国外研究现状
（1）整车产品发展现状
日本在混合动力汽车研究领域处于世界的前列，众多的混合动力轿车研发项目几乎完全由日本汽车公司自主进行开发。其中以丰田在HEV领域最为著称。其中富士也积极开发混合动力电动汽车，其研发的锂电池5min就可充电90%的电量，减少电池重量的同时使充电时间大大缩短。美国汽车公司紧追混合动力汽车发展步伐，在混合动力汽车研究上也推出了一系列举措。
1）丰田Prius
丰田Prius属于混联式混合动力车，1997年12月在日本丰田推出第一代Prius，代号为NHW10，2003年丰田推出环保低油耗的第二代Prius，第三代Prius（ZVW30）于2009年推出。ZVW30外形尺寸为4485*1745*1510mm，轴距为2700mm。风阻系数C D为0.25，风阻系数在同类车型中较低。搭配了1.8L直列四缸发动机，输出功率73kw，综合功率为100kw。
2）雪佛兰沃蓝达volt
2007年1月在北美国际汽车展上展出的volt，其装载了一款四缸汽油机，排量为1.4L，车上搭载驱动电机的峰值功率和峰值扭矩分别为111kw和370N·m，发电机组输出功率为55kw，在纯电动模式下，续航里程为80km，在增程模式下，续航里程达到410km。百公里油耗1.2L。
3）雷克萨斯CT200H
2011年10月推出的雷克萨斯CT200h，，搭载四缸汽油机，排量为1.8L，最大功率73kW，最大扭矩为142N·m，电机最大功率60kw，峰值扭矩207N·m。混动系统最大功率可以提升至100kw，0-100km/h加速时间和百公里油耗分别为10.3s和4.1L。
4）本田INSIGHT
2012年广州车展上，本田展出的Insight搭载1.3L发动机。其中发动机最大功率和最大扭矩分别为65kw和121N·m，驱动电机峰值功率10kw，峰值转矩78N·m/1000rpm，综合工况百公里油耗为4.4L。
5）马自达Extender EV
Extender EV属于串联式混合动力，装载了一款19.5kw的转子发动机和一款最大功率75kw，峰值扭矩153N·m的电动机。纯电动模式和增程模式下的续驶里程分别为200km和380km，0-100km/h的加速时间为10.8s。
（2）关键总成研究现状
由于能源危机和环境污染的加剧，增程式电动汽车在全球引发研究热潮，增程器的设计和匹配是增程式电动汽车整车的核心关键技术，国外各大车企和增程器专业厂家相继开发了专用的增程器，考虑到能量转化效率、节能环保、NVH特性、小型化等因数，
皆开发了专用发动机，可选发动机范围广，比如Lotus的1.2L三缸汽油机，奥迪A1 e-tron0.254L转子发动机，捷豹C-X751.6L四缸双涡轮增压发动机，通用Volt1.4L四缸汽油机等。
1.2.2国内研究现状
（1）整车产品研发现状
目前，国内已经开始了增程式电动汽车的开发，如中华H530增程式电动车、江淮爱意为增程式电动车、奇瑞的瑞麒M1－REEV和长城增程式电动汽车等。
1）中华增程式电动汽车在原车上搭载了增程器（APU）系统，APU系统是0.9L的双缸汽油机。该款车在纯电动模式下续驶里程60km。当动力电池电量消耗至设定的最低值时，APU开启提供整车行驶的需求能量，增程模式下行驶240km。0-50km/h加速时间为10秒，50-80km/h加速时间为15秒，0-100km/h加速时间为18秒。
2）江淮爱意为增程式电动车，采用的是T型电池布局，车速可以达到120km/h，纯电动续驶里程50km，增程模式下行驶300km，百公里综合油耗5L，0-50km/h加速时间为7s，日均行驶30公里时，燃油成本减少77%，日均行驶100公里时，燃油成本减少32%。
3）奇瑞S18D，APU系统搭载的转子发动机，转子发动机的合理使用给予了奇瑞S18D舒适的NVH特性、低油耗、高效率等特点。奇瑞S18D的APU系统功率为8kw，续航里程可达300公里。
4）长城腾翼V80 Plug-in HEV，装载汽油发动机排量为1.5L，功率为77kw，最大扭矩为138N·m，同时搭载一台永磁同步电机，其峰值功率和转矩为30kw和150N·m。混动系统最大输出功率和转矩分别为90kw和270N·m。
（2）关键总成研究现状
随着增程式电动汽车的研发热潮，专用增程器的开发也有了很大发展。包括发动机、发电机、控制器的开发，专用发动机具有排量小、比功率大、结构紧凑等特点，噪声和振动的研究成为了热点和难点。以奇瑞开发的两款专用增程器为代表如图1.1所示，分
别运用了双缸发动机和转子发动机，具有噪声低、功率大的特点。
图1.1两款奇瑞开发的专用增程器
增程式电动汽车动力匹配技术主要主要发展为三个阶段，第一阶段是以增程式电动汽车的动力性能为目标匹配得出对应动力系统参数，这也是大部分主机厂开发新车型的传统手段。第二阶段是在以动力性能为目标匹配得出对应动力系统参数基础上，以增程式电动汽车的经济性能为优化目标，设定一个或多个设计变量，在动力性能作为约束的前提下做出优选，这一阶段虽然在第一阶段上进行了参数优化，但是这种优化是以单一目标而进行的优化，具有局限性。第三阶段是从增程式电动汽车的动力性能和经济性能双目标出发，进行动力参数匹配与优化。
（1）2003年5月华南理工大学的沈继军[8]利用Simulink工具搭建了串联式混合动力汽车的整车仿真模型，从动力匹配和控制策略两方面进行了研究，研究结果符合目标要求。
（2）2012年3月吉林大学叶冬金[9]对增程式电动汽车进行了参数匹配，制定了控制策略，最后利用整车仿真软件ADVISOR验证了动力匹配和控制策略的正确性。
（3）2012年4月合肥工业大学朱津明[10]在利用整车仿真软件ADVISOR仿真基础上，进行了实车道路试验，对比验证了动力匹配的正确性。
（4）2012年7月哈尔滨工业大学的秦昀[11]以增程式电动汽车的动力性能为目标匹配得出对应动力系统参数后，设计了多个设计变量，并用加权法将双目标函数优化问题转换为单一目标函数优化问题，运用AVL-Cruise整车性能仿真软件进行离线仿真，得到了符合要求的参数。
1.3混合动力汽车结构与原理
1.3.1混合动力汽车分类和特点
混合动力汽车有串联式、并联式和混联式三种，其各有优缺点。并联式混合动力汽车适用于车速较高的车辆，结构和控制相对复杂的混联式混合动力汽车还处于研发阶段，实际应用受到了制约。而串联式混合动力汽车结构和控制都相对容易实现，国内增程式电动汽车以串联式为主。
1.3.2混合动力电动汽车的原理
（1）串联式混合动力电动汽车特点
串联式混合动力电动汽车以APU、驱动电机和动力电池“串联”的方式构成动力系统，特征是电耦合，APU给动力电池和驱动电机提供能量，驱动电机和车轮机械连接，APU不直接驱动车轮[12]。动力电池电量下降到最低值时，APU启动，工作在高效区，驱动发电机给动力电池充电。串联式混合动力汽车需要进行两次能量转换，APU的机械能转换为动力电池的电能，动力电池的电能二次转换为驱动电机的机械能。APU为单向能源，APU的输出通过整流器和总线相接。动力电池为双向能源，与总线相接，驱动电机由电机控制器控制正转和反转，实现驱动和发电功能。
串联式混合动力电动汽车结构图如图1.2所示。
图1.2串联式混合动力电动汽车结构图
串联式混合动力电动汽车工作模式分为下列几种：
1）纯电动模式：在动力电池荷电状态（SOC）值高于一定值时，APU不参与工作，
动力电池单独提供能量，这时工作模式相当于纯电动汽车[13]。
2）APU单独工作模式：当动力电池SOC值下降到一定值时，APU启动，进入增程模式。此时APU提供的功率只能满足整车的运行，没有多余的能量给动力电池进行充电[14]。
3）APU和动力电池共同牵引模式：当起步和急加速阶段时，整车的需求功率比较大时，APU和动力电池共同提供能量，电耦合后由驱动电机驱动车轮。
4）APU工作和动力电池充电模式：当APU提供的功率大于整车需求功率时，除了提供增程模式下运行的需求功率，多余的能量给动力电池充电。
5）再生制动模式：当加速踏板抬起或制动踏板踩下时，驱动电机反转，此时相当于发电机，将制动回收的能量储存到动力电池中，消耗在驱动能量中。
串联式混合动力电动汽车具备的优点如下：
1）APU与车轮之间没有机械连接，APU可以始终工作在最佳油耗区域，提高了APU工作效率，降低了油耗和排放。
2）在大部分运行工况下，串联式混合动力电动汽车如同一辆纯电动汽车，进而实现“零油耗，零排放”，如城市短途工况。
3）串联式混合动力系统结构和控制器相对简单，容易实现[15]。
串联式混合动力电动汽车包含的缺点如下：
1）动力电池需要满足整车性能，驱动电机可以提供的峰值功率必须大于汽车行驶过程需要克服的阻力功率，故最高车速和最大续驶里程对动力电池和驱动电机提出了更高的要求，从而汽车整备质量也增大，导致成本相应提高。
2）串联式混合动力汽车需要进行两次能量转换（APU的机械能转换为动力电池的电能，动力电池的电能二次转换为驱动电机的机械能），能量损耗被再度放大。
（2）并联式混合动力电动汽车特点
并联式混合动力电动汽车由发动机和驱动电机共同提供驱动车轮的动力，通过机械联轴器提供动力。两套动力系统可以单独也可以共同提供动力，当汽车需求功率大时，两套动力系统同时提供动力，当汽车需求功率小时，单独动力系统提高动力。机械耦合分为转速、转矩耦合，转速耦合是机械联轴器将两套动力系统的转速叠加，之后传给车
轮，此时转速可以单独控制，而转矩不可以单独控制。而转矩耦合是机械联轴器将两套动力系统的转矩叠加，此时转矩可以单独控制，而转速不可以单独控制[16,17]。
并联式混合动力电动汽车结构原理图如图1.3所示。
电连接
图1.3 并联式混合动力电动汽车结构图
并联式混合动力电动汽车具备的优点如下：
1）发动机和电机直接提供驱动车轮的动力，没有能量的二次转换，能量利用率比较高。
2）不需要发电机，整备质量和成本都有所减少。
并联式混合动力电动汽车自身的缺点如下：
1）发动机工作范围比较大，排放性有待解决。
2）结构和控制系统复杂。
（3）混联式混合动力电动汽车特点
混联式混合动力电动汽车兼备了串联式混合动力电动汽车和并联式混合动力电动汽车的特点，动力总成由发动机、电动/发电机和驱动电机组成，转速耦合和转矩耦合交替选择，混联式混合动力电动汽车有更多的工作方式和区域。转矩耦合有利于加速和爬坡性能，转速耦合有利于实现高车速，但是不能同时出现两种耦合方式。
混联式混合动力电动汽车结构原理图如图1.4所示。
电连接
机械连接
图1.4 混联式混合动力电动汽车结构图
混联式混合动力电动汽车具备的优点如下：
1）混联式混合动力电动汽车具有动力总成体积小、质量轻等特点。
2）混联式混合动力电动汽车工作模式比较多，综合性能强。
混联式混合动力电动汽车自身的缺点主要是控制系统比较复杂，实现难度比较大。
1.4增程式电动汽车工作原理及其运动学分析
1.4.1增程式电动汽车工作原理
增程式电动汽车的APU工作效率高，APU输出功率满足整车性能需求。起初，纯电动模式下，动力电池带动驱动电机给整车提供能量，在加速踏板抬高或制动踏板踩下时，电机制动回收能量，并储存到动力电池中，APU与车轮无机械连接，增程模式下，APU不直接带动车轮，当动力电池SOC值较低时，增程系统启动，整个增程模式下，发动机始终工作在高效率区域，综合油耗低，据资料统计比内燃机汽车油耗低一半以上。
车辆启动后，监测到动力电池SOC值高于一定值时，APU不参与工作，纯电动模式启动，动力电池成为唯一动力源，工作原理如图1.5所示。
图1.5 纯电动模式工作原理
车辆运行到动力电池SOC值下降到一定值时，APU启动，进入增程模式。APU单独工作，不给动力电池进行充电，工作原理如图1.6所示。
图1.6 APU单独工作模式工作原理
在增程模式下，需求功率超出了APU输出功率范围时，APU和动力电池两种动力系统共同工作，工作原理如图1.7所示。
图1.7 APU和动力电池共同工作模式
当APU提供的功率大于整车需求功率时，除了提供车轮运行的动力，多余的能量给动力电池充电，工作原理如图1.8所示。
图1.8 APU给动力电池充电模式工作原理
当加速踏板抬起或制动踏板踩下时，驱动车轮部分能量被驱动电机回收，并储存到动力电池中，工作原理如图1.9所示。
图1.9 制动回收能量模式工作原理
1.4.2增程式电动汽车的运动学特性分析
对增程式电动汽车进行运动学分析是整车性能分析的前提，在整车行驶中，有效能量分为动能和势能两种，损失的能量分为行驶阻力和摩擦制动的能量。车辆行驶时作用力分为牵引力和阻力两种，阻力有道路滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和加速克服的阻力[18]。
驱动力和阻力用下面关系式来表示：
F t=F f+F i+F w+F j（1.1）F f是道路滚动阻力，F w是空气阻力，F i是由于坡度引起的爬坡阻力，F j是整车为了加速克服的加速阻力。
（1）滚动阻力
随着车轮的滚动，轮胎与路面接触区域发生变形，变形产生的轮胎滚动阻力。
F f=Gfcosα（1.2）
α为坡道角度，f为轮胎滚动阻力系数。
（2）空气阻力
空气阻力是由汽车行驶时空气作用力引起的，一部分是车身法向方向的合力在行驶方向的压力阻力，另一部分是车身切向力的合力在行驶方向上的摩擦阻力，对一般轿车，车身的形状阻力为58%，外形表面后视镜等引起的干扰阻力为14%，其余阻力约为28%[19]。
F w=C D Av2
21.15（1.3）
v是汽车相对行驶速度，C D是风阻系数，A是汽车迎风投影面积。（3）坡度阻力
增程式电动汽车的特点解析
增程式电动汽车的特点解析 增程式电动汽车是在纯电动汽车基础上，装备一个小型的辅助发电机组以备电池电量不足时为电池充电，我们简称这个小型辅助发电机组为“增程器”。由此，《新能源汽车新闻》也想说明，在一些政策文件中“插电式混合动力（含增程式）”的表述是不准确的。众所周知，目前纯电动汽车所配备的电池重量高、价格昂贵。并且在燃油汽车上，根本不能算作问题的续驶里程，对于纯电动汽车而言，却成为了影响用户购买的最大障碍之一。 增程式电动汽车：续航里程于是，车企们开始考虑能否在设计上减少电池数量，进而既降低汽车制造成本，同时又能满足消费者对续驶里程的需求。于是，增程式电动汽车问世。利用一个比较轻且便宜的增程器来解决用户对纯电动汽车的“里程焦虑”感，并且能够大幅度减少电池数量，这就是增程式电动汽车设计理念的由来。 增程式电动汽车，内部只有一套电力驱动系统，包括电机、控制电路、电池。 电动机直接驱动车轮，发动机则用来于驱动发电机给电池进行充电。因为发动机
并不直接驱动车轮，因此也不需要变速器。这相当于在普通的电动车上装载了一台汽油/柴油发电机。增程式电动汽车的优点是具有较长的续驶里程，仅凭纯电模式也能驾驶数公里路程。由于动力源为电动机的缘故，所以，起步的加速动力很足，电动机低速扭矩大所以加速快。在电池电量消耗殆尽后，还可以依靠自带的内燃机发电，给动力电池充电；这样即便纯电动汽车出现没电的状况，也不至于将车尴尬的停在路边，依靠内燃机发电，增程式电动车完全可以行驶和传统汽车一样的续驶里程。 增程式电动汽车：车身结构从结构上来分析，增程式电动汽车的结构相对纯电动汽车只多了一个发电模块，车身结构更加简单，成本更低。另外，拥有外接插电功能的增程电动车更加适用于城市居民，它在纯电动模式下行驶里程通常在150km以上，日常上班、生活用车都没问题。如果要外出自驾游也能做到和传统燃油车一样的续驶里程，完全不会像电动汽车那样，因为行驶里程短，充电时间长，导致需要规划路线的情况出现。
详解电动汽车传动系统原理、传动方式及拓扑构架设计
详解电动汽车传动系统原理、传动方式及拓扑构架设计 随着现代汽车电子技术的发展，新能源汽车、电动汽车的出现无疑给整个行业注入了一股新鲜而且充满挑战性的血液。凭借可以减少很多废弃物、有害气体的排放，对整个社会的生活环境都有很大的改善效果，得到社会及国家的高度的重视，具有很好的发展前景。下面我们就来从电动车的结构引入到电动汽车传动系统，并分析它的工作原理、传动方式、优势等，并简单的列举一些成功的应用案例。电动汽车和普通的汽车不同，它是用车载电源提供行驶的动力，用电机来驱动车轮的运动，而不是用点火装置来提供向前运动的力。我们知道，电动汽车主要是由电力驱动及控制系统、驱动力传动系统、工作装置等各个部分组成。它的工作原理是蓄电池中提供恒定的电流输出，这些恒定的电路通过电力调节器进行一次转换成可以驱动电动机的合适的电流和电压，从而可以驱动整个动力传动系统的正常运行，经过他们之间相互的作用最终给汽车提供可以运行的动力汽车可以正常的行驶。由此可见，电动汽车传动系统的有效性和安全性直接影响着整个系统的运行。电动汽车传动系统原理是直接将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴。汽车传动轴在采用电动轮驱动时，由于它是靠车载电源提供动力源驱动电动机因而可以实现带负载启动，无需离合器;也正是因为是车载电源可以提供恒定的电流，中间会有电路控制的环境来实现驱动电机的方向和转速的控制，所以不需要倒档和差速器。若采用无级调速，就可以实现自动控制，无需变速器。电动汽车传动系统的传动方式主要有三种：(1)电机+传动轴+后桥(2)电机+变速箱+后桥(3)电机+磁力变矩器+后桥以目前的变速箱技术成熟度而言，除了传统车的变速箱外还没有一款真正成熟的适用于电动汽车的产品，最可靠和适用的传动方式还是电机+传动轴+后桥的直驱方案。当然在具体的设计时，我们需要更具实际情况来设计，包括电机的位置、电源的位置、驱动负载的能力、行驶速度要求、稳定性等这些都需要综合的来考虑。了解车辆效率损失分配即从发动机输出的功率消耗在不同汽车部件上的量及比例。这对改善车辆总体的传动效能非常有用，以达到适当配置资源，改善性能的目的。各种损失，使用安装在车辆适当位置的传感器进行测定。电动汽车传动系统拓扑构架设计汽车动力传动系统采用传统的内燃机和电动机作为动力能源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。在低速小功率运行时可以关闭发动机，采用电动机驱动;而高速行驶时用内燃机驱动;通过发动机和电动机的协同工作模式，将车辆在制动时产生的能量转化为电能，并积蓄起来成为新的驱动力量.从而在不同工况下都能达到高效率。一般上有串联式、并联式、混联式和复合式4种布置形式。(1)串联式—下图中采用的电力电子装置只有电机控制器,电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口，属于串联式，车辆的驱动力只来源于电动机。 (2)并联式—下图中是典型的并联式动力系统结构，通常在电池和电机控制器之间安装了一个DC/DC变换器,电池的端电压通过DC/DC变换器的升压或降压来与系统直流母线的电压等级进行匹配。车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给。(3)混联式----采用四轮驱动、前后轮分别与不同的驱动系相连，后轮驱动有发动机、后置电机、发电机、变速器等组成，前轮驱动由前置电机、发电机组成。由于它使用不同的驱动方式，所以整个电动汽车传动系统既分离又相关联，可以更好的控制。下图就是一个简单的混联式的拓扑构架。同时具有串联式、并联式驱动方式。(4)复合式---改结构主要集中于双轴混合动力系统中，前轴和后轴独立驱动，前轮和后轮之间没有任何驱动抽或转电力主动型的设计，这种独立的驱动，让传动系统各个部件在运行过程中相互独立控制，因此可以有更好的传输能力。要让整个系统可以更好的运行，除了结构设计方面需要注意之外，还有一个就是电动汽车传动系统的参数设计也需要合理的匹配，这些参数对传动结构的性能影响也是很大的。这一方面的知识，小编在这边文章就不具体介绍了。总结能源问题和环境污染问题是现在社会日益突出的问题，深受国家的重视。因此寻找新能源汽车可以减少废气排放，让能源可以更好的利用在汽车电子设计行业是当务之急。电动汽车正是因为具有上面
电动汽车中的电池能量管理系统
一、前言 电动汽车的应用有效地解决了能源和环境可持续发展的问题。电动汽车的应用前景广阔。但电动汽车尤其纯电动汽车的应用遇到了动力电池的难题，电池的问题体现在两个方面。其一是动力电池比能量不高，影响电动汽车续驶里程的要求，价格太高直接影响电动汽车的初始成本； 其二是电池的性能差，使用寿命低影响电动汽车的使用成本。电动汽车用的电池使用中其性能发挥得如何，除与电池模块自身性能有关外，与其应用的电池能量管理系统的功能有着密切的关系，尤其是电池模块质量不太理想的条件下，应用功能完备的电池能量管理系统其作用就更加突出。借助电池能量管理系统的正常工作会使电池模块的性能得以充分发挥，减少电池模块故障，延长电池模块的使用寿命，增加电动汽车的使用安全感。因此，电动汽车电池能量管理系统的应用备受电动汽车设计者和使用者的重视。 二、电动汽车电池能量管理系统的功能电动汽车，尤其是纯电动汽车中的电池能量管理系统是该车的一种相当重要的技术措施，可以称为电动汽车电池的“保护神”，它起到了对电池性能的保护、防止个别电池的早期损坏、有利于电动汽车的运行，并具有各种警告功能等[1]。由于它参加电池箱内电池模块的监控工作使电动汽车的运行、充电等功能与电池的有关参数（电流、电压、内阻、容量）紧密相连和协调工作。它有计算，发出指令、执行指令和提出警告的功能。各种电池模块虽然有结构和性能上的差异，但它们都具备一些相同或相似的功能。典型的电池能量管理系统应具备如下功能： 2.1 对能量的检测功能 电动汽车在行车过程中，该系统能随时对车辆的能耗进行计算，最终给出该电池箱内电池模块剩余的电池能量值，并通过剩余能量计将数据显示出来，使驾驶人员知道车辆的续驶里程,以便决定如何行驶.在能量允许的条件下使车辆行驶到具有充电功能的地方，补充电量防止半路抛锚。 2.2 对电池工作状态的监测与控制功能 电池能量管理系统按电池箱内安装的传感器提供的信号对电池进行管理。一般情况下，电池箱内有温度传感器及电压、电流和内阻的测量值。由于温度的变化对其他参数都有影响，所以一般都以电池模块的温度来做为控制的指令信号，将测得的温度值与事先设定的温度值进行比较，决定对电池冷却与否。电动汽车能源是很宝贵的，应尽量采用节能元件，所以电池箱内的冷却风扇一般都是采用分级参与工作。这样能做到在保证电池性能的条件下尽量使用小排量的风扇。当第一级风扇工作后尚不能达到要求的温度时，第二级冷却风扇才参与工作，加强冷却。此时电池箱内的温度如果还不能达到要求的工作条件，温度继续升高已达到影响电池模块的正常工作条件，为保护电池模块不受损坏，能量管理系统会发出停止电池模块供电的指令，强行车辆停驶。当电池在充电状态下，能量管理系统会强令充电机停止充电而不损坏电池，由维修人员进行检测排除故障。 2.3 保证充电功能
电动汽车自动变速器设计研究
电动汽车自动变速器设计研究 时间:2011-04-30 14:39来源:南昌大学机电工程学院作者:黄菊花等点击: 次 本文首先简述了常见自动变速器的结构原理和优缺点，结合电动汽车电机特性和双离合器自动变速器的优点，提出将两挡双离合器自动变速器应用于电动汽车。 0引言 电动汽车以可再生清洁的电能为动力，克服了传统内燃机汽车的环境污染和资源短缺问题；电动汽车牵引电机相对传统内燃机具有较宽的工作范围，并且电机低速时恒转矩和高速时恒功率的特性更适合车辆运行需求。然而固定速比减速器仅有一个挡位，使得电动汽车电机常处在低效率区域，既浪费宝贵电池能量而使续驶里程减少，又提高了对牵引电机的要求。电动汽车牵引电机既要在恒转矩区提供较高瞬时转矩，又要在恒功率区提供较高运行速度，才能满足车辆的高速、爬坡和加速等整车性能要求。为使电动汽车发挥其优越性，并降低电动汽车对动力电池和牵引电机要求，电动汽车传动系统应多挡化。 手动变速器换挡操纵复杂以及换挡过程中需要切断动力源影响电动汽车的驾驶性能和舒适性。自动变速是车辆变速发展趋势，自动变速器相对手动变速器具有较高整车的安全性、舒适性等性能。基于平行轴式手动变速器的双离合器自动变速器，不仅继承了手动变速器传动效率高、结构紧凑、价格便宜等许多优点；同时还解决了换挡动力中断问题，也保留了液力自动变速器、无级自动变速器等换档品质好的优点。因此电动汽车采用两挡双离合器自动变速器具有更好的整车性能。 1电动汽车自动变速器结构原理 1.1系统结构原理图 图1 所示为两挡双离合器自动变速器系统结构原理图，它以变速器电控单元为中心，接收制动踏板、选择开关、加速踏板等传感器获知的信号，同时可以利用CAN 总线技术接收来自整车控制器的信号，如车速、电机转速等信号。变速器电控单元采集当前路况信息，通过一定的换挡规律发出信号指令，控制离合器执行机构操纵离合器的分离与结合等动作。
燃料电池汽车的动力传动系统设计
燃料电池汽车的动力传动系统设计 1引言 燃料电池汽车是电动汽车的一种。 燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动 机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动 ，就可使车辆在路上行驶，燃料电池的能量转 换效率比内燃机要高 2-3倍。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物 ，因此燃料电池车 辆是无污染汽车。随着对汽车燃油经济性和环保的要求 ，汽车动力系统将从现在以汽油等化 石燃料为主慢慢过渡到混合动力 ，最终将完全由清洁的燃料电池车替代。 近几年来，燃料电池系统和燃料电池汽车技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制 造厂，如丰田、本田、通用、戴姆勒-克莱斯勒、日产和福特汽车公司已经开发了几代燃料电 池汽车，并宣布了各种将燃料电池汽车投向市场的战略目标。 目前，燃料电池轿车的样车正在 进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。其中本 田的FCX Clarity 最高时速达到了 160 km/h[8];丰田燃料电池汽车 FCHV-adv 已经累计运行 了 360,000 km 的路试,能够在零下37度启动，一次加氢能够从大阪行驶到东京 （560公 里）。 在我国科技部的支持下，燃料电池汽车技术得到了迅速发展。 2007年，我国第四代燃料电池 轿车研制成功，该车最高时速达150 km/h,最大续驶里程319 km 。2008年,20燃料电池示范 汽车又 在北京奥运进行了示范运行。 2010年，包括上汽、奇瑞等国内汽车企业共有 196辆燃 料电池汽车在上海世博园区进行示范运行。 燃油绘济性 排放环保 l ;uel economic exhaust eih ironmen(al protection Internal combustion engine Shori peicxl Mid peitxl Long pei 第一章绪论 1.1 课题的目的意义： 1.1.1 纯电动汽车的背景 当前，我国电动汽车发展已经进入关键时期，既面临重大的发展机遇，也面临着严峻的挑战。我国电动汽车发展中还存在很多需要解决的问题，如核心技术还不具备竞争力，企业投入不足，政府的统筹协调能力还没有充分发挥等。总体上看来，我国电动汽车产业，起步不晚，发展不慢，但是由于传统汽车及相关产业基础相对薄弱、投入不足，差距仍然存在，中高端技术竞争压力越来越大，因此，必须加大攻坚力度，推动我国汽车产业向创新驱动转型，提高核心技术竞争力，确保我国汽车行业的可持续发展。 纯电动汽车使用电动机作为传动系统的动力源，缓解了能源紧缺的压力，实现了人们长期以来对汽车零尾气排放的期盼，传动系统作为汽车的核心组成部分，其技术创新是纯电动汽车发展的必经之路。 1.1.2 纯电动汽车的意义 近年来，关于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统、电驱动系统和控制策略的开发研究三方面。 能量存储系统相当于纯电动汽车的发动机，是纯电动汽车电动机所需电能的提供者。目前，铅酸蓄电池是使用最为广泛的，但其充电速度较慢，使用寿命短，节能环保差。随着电动汽车技术的发展，其他电池正在渐渐取代着铅酸蓄电池。目前发展的新电源有纳硫电池、锂电池、镍镉电池、飞轮电池、燃料电池等，尽管这些新电源投入应用，但是短时间内还是无法解决纯电动汽车电源充电缓慢，电量存储低续航里程短的问题。 纯电动汽车整车控制策略的开发研究一直在紧锣密鼓的进行着，整车控制系统是纯电动汽车实现整车控制和管理的关键，是实现和提高整车控制功能和性能水平的一个重要技术保证。其核心技术主要体现在整车控制软件的架构设计、转矩控制策略以及对整车和各系统得能量管理上。尽管控制策略的开发研究一直没有间断，但是，系统开发较为复杂，进度较慢。 插电式混合动力汽车与增程式电动车比较 一、相同之处： 插电式混合动力汽车与增程式电动车的工作模式非常类似，两者都可以由动力电池单独输入能量以行驶在纯电动模式下，且当动力电池容量接近设定的下限后都转由另外一种动力源继续提供车辆所需的能量。 二、区别之处： 但两者在工作机理上存在着本质的区别。 增程式电动车是在纯电动汽车的基础上开发的电动汽车，动力装置只有驱动电机一种。之所以称之为增程式电动车是因为车辆追加了增程器的缘故，而为车辆追加增程器的目的是为了进一步提升纯电动汽车的续航里程，使其能够尽量避免频繁地停车充电。 插电式混合动力汽车是由混合动力汽车进化而来，动力装置由发动机和驱动电机两种组成。它继承了混合动力汽车的大部分特点，但把混合动力汽车的功率型电池替换为了比容量（单位质量所包含的能量）更大的能量型电池，如此一来动力电池就有足够的能量保证车辆可以在零排放无油耗的纯电动模式下行驶一定的距离。 从驱动的角度分析，增程式电动车不论工作在纯电动模式还是增程模式下，其车轮始终仅由电机独立驱动，而插电式混合动力汽车如果工作在混合动力模式下，发动机会与电机一起（经动力耦合后）参与到驱动车轮的行列。 从系统选型的角度分析，增程式电动车必须是串联式混合动力型式，而插电式混合动力汽车可以是并联式混合动力型式，也可以是混联式混合动力型式。 从性能的角度分析，只有增程式电动车才可以发挥出纯电动汽车的最大潜力。这句话怎么理解呢？可以这么理解，增程式电动车的动力电池以及驱动系统在设计之初就必须完美地匹配以达到既定的性能指标（如最高速度、最大爬坡度等），增程器（发动机与发电机的组合）的存在与否不影响整车的设计性能。而插电式混合动力汽车因为发动机也参与驱动的缘故，对电池与驱动系统的匹配要求就不会很高，比如插电版普锐斯混合动力仅配备了5.2kWh的锂离子电池。 从电气化程度的角度分析，增程式电动车的电气化程 电动汽车运营管理 系统 1 2020年4月19日 电动汽车运营管理系统 电动汽车辅助管理系统综合利用传感网、智能标签、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、无线宽带移动通信等先进技术，实现对电动汽车、动力电池、充电设施网络等资产的在线监控和全寿命周期管理，提升电动汽车运营管理的智能化水平，优化资源配置。 1、功能简介 电动汽车智能交互终端：集成GPS、GPRS、GIS等技术，与电动汽车BMS交互，采集和展示电动汽车实时状态信息，并应用移动通信技术实时与后台交互，提供出行安全保障、实时自主导航、充电预约与信息交互等功能。 充电网络辅助管理：服务于电网公司内部信息化管理，基于自主知识产权的EPGIS平台，图形可视化展示充电网络运营状态，并根据电网SCADA有效进行充电网络节点运营分析，为充电设施统一建设、管理提供决策支撑。 中国电动汽车网：基于充换电网络特色信息资源，结合空间信息服务技术优势，整合电动汽车行业信息，灵活定制应用服务，提供多样化充电网络内容服务与会员特色服务，形成公众门户服务平台。 充电网络现场管理：充电网络现场管理经过智能巡检系统来实现，充电网络智能巡检系统主要采用GPS、RFID等多种识别技术，依托智能终端移动GIS平台、轻量级数据库，实现对充电网络设备巡检现场工作信息化、可控化、标准化的管理。 2、产品特点 1.充分应用面向电动汽车、电池、充电网络等资产管理的智能标识与信息感知技术； 2.实现电动汽车、电池、充电网络之间的信息互联与互动； 3.提供面向不同用户的多样化信息内容服务。 运营检测分析 3 2020年4月19日 研究燃料电池电动汽车动力传动系统关键技术 ,蓄电池为辅助能量来源。汽车需要的功率主要由燃料电池提供。可以说, 车用燃料电池的选取,对于燃料电池汽车的性能至关重要。 本文介绍了燃料电池汽车动力传统技术发展概况,围绕燃料电池电动汽车动力传动拓扑架构、多源系统管理和动力系统配置与仿真优化技术等关键技术开展 了详细论述。 2动力传动系统拓扑构架设计 燃料电池汽车的运行并不是一个稳态情况,频繁的启动、加速和爬坡使得汽车动态工况非常复杂。燃料电池系统的动态响应比较慢,在启动、急加速或爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求。在实际燃料电池汽车上,常常需要使用燃料电池混合电动汽车设计方法,即引入辅助能源装置(蓄电池、超级 电容器或蓄电池十超级电容器)通过电力电子装置与燃料电池并网,用来提供峰 值功率以补充车辆在加速或爬坡时燃料电池输出功率能力的不足。另一方面,在汽车怠速、低速或减速等工况下,燃料电池的功率大于驱动功率时,存储富余的 能量,或在回馈制动时,吸收存储制动能量,从而提高整个动力系统的能量效率。2.1直接燃料电池混合动力系统结构 直接燃料电池混合动力系统式结构中采用的电力电子装置只有电机控制器,燃料电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口。如丰田的FCHV-4[16], FIAT-Elettra[17]和日产X-TrailFCV[12]等都采用这种类似的结构设计。 辅助动力装置扩充了动力系统总的能量容量,增加了车辆一次加氢后的续驶里程;扩大了系统的功率范围,减轻了燃料电池承担的功率负荷。许多插电混合的 燃料电池汽车也经常采用这样的构架,美国Ford 公司Edge Plug-in 燃料电池轿车和GM 公司Volt Plug-in 燃料电池车[18]。这种插电式混合动力汽车将有效的减 8月31日，通用汽车中国公司宣布量产版雪佛兰Volt正式登陆中国，并取名沃蓝达。这辆全球首款量产增程型电动车将在2011年底进口中国销售，届时中国将成为美国本土之外首个引入雪佛兰volt的市场之一。通用之所以这么看重中国市场，完全是源于当前出现在中国汽车行业的新能源热潮。而雪佛兰Volt 从其概念车的诞生，到如今量产车的下线，在其电力驱动系统、能源管理、电池技术以及设计理念和开发流程等方面，都有许多独到之处，而这正是最值得处于新能源热潮中的中国汽车企业好好学习的。 通用称Volt是一种为了满足较长行驶里程需求而增加辅助性汽油发动机的纯电动车，并取名为"Extended Range Electric Vehicle"，即增程式电动车，简称E-REV。到底Volt有多神奇，是不是真的如通用所宣称的“雪佛兰Volt 没有竞争对手”【1】，让我们剥茧抽丝，揭开其神秘的面纱。 一、Volt电力驱动系统解析 据通用介绍，Volt是目前唯一一款能够在全天候、全路况下行驶且不必为电池电力担心的电动车。当行驶里程小于40英里（64公里）时，能够完全依靠车载的16kWh锂离子电池所储备的电量来驱动车辆，从而实现“零油耗、零排放”。当车载电池电量消耗至最低临界限值时，增程式发动发电机将自动启动并为其继续提供电能，以实现额外高达数百公里的续驶能力。【1】从前可知，通用将Volt定义为增程式电动车，本质上还是电动车。但是是不是真如通用所言，Volt就是电动车了呢？ 还是让我们来仔细研究分析一下Volt的电力驱动系统。 Volt采用通用全新“Voltec”平台，也称为“E-Flex”平台，是通用试图将零件标准化以备未来量产各种电动车的电力驱动系统。该系统最初诞生时包含 电动汽车动力传动系的结构与工作原理 摘要：能源危机已经逐渐成为世界面临的最重大问题之一。电动汽车的发展应运而生。电动汽车的动 力传动系统又是其核心技术，本文主要对电动汽车中的蓄电池，电动机以及控制器的结构和工作原理进行 了阐述。 关键词:电动汽车蓄电池电动机控制器 The Works And Structure Of Power Transmission For Electric Vehicle LIU Xue Lai ( School of Automobile and Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, Jiangsu, China) Abstract: Energy crisis has become one of the most important issues which all the people have to face. Due to this problem, the development of electric vehicle comes into being. Power transmission is the core technology for electric vehicle. The article mainly makes a set about the works and structure of electric vehicle’s storage battery, electric motor and motor controller. Keyword: Electric Vehicle Storage Battery Electric Motor Motor Controller 前言 能源短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车产业面临的共同挑战，各国政府及其产业界积极应对，纷纷提出各自发展战略，新能源汽车已经成为21世纪汽车工业的发展热点。我国是一个能源短缺的国家，尤为重视新能源汽车的研发。其中，纯电动汽车是新能源汽车的重中之重。纯电动汽车是以电池为储能单元，以电动机为驱动系统的车辆。通常地，容量型驱动力电池即可满足实用要求。纯电动汽车的特点是结构相对简单，生产工艺相对成熟，缺点是充电速度慢，续驶里程短。因此适合与行驶路线相对固定，有条件进行较长时间充电的车辆。 1.概述 1.1 动力传动系统 动力传动系统是电动汽车最主要的系统，电动汽车运行性能的好坏主要是由其动力传动系统的性能决定的。电动汽车动力传动系统由蓄电池、控制器、电动机、变速器、主减速器、等组成。电机控制器接受从加速踏板（相当于内燃机汽车的油门）、刹车踏板和PRND（停车、倒车、空档、前进）控制按键的输出信号，控制电动机的旋转，通过减速器、传动轴、差速器、半轴等机械传动装置驱动车轮旋转。车辆减速时，电机对车辆前进起制动作用，这时电机处于发电机制动的运动状态，给蓄电池充电，也就是所谓的再生制动。电动汽车的再生制动功能是非常重要的，根据对电动汽车的实际运行测试结果表明，再生制动给作为储能动力源的蓄电池补充的能量，能是电动汽车一次充电之后行驶里程增加。动力传动系统的构成框图如1.1所示。 特斯拉电动汽车动力电池管理系统解析 1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster 的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。 纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配 张珍 （长安大学） 摘要：本文系统的介绍了纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车主要性能的要求进行主要参数的设计及匹配，并通过对具体的车型的计算，进一步探讨了主要参数的确定。 关键词：纯电动汽车(EV) 驱动系统参数设计 1、前言 纯电动汽车(EV)即蓄电池电动汽车是“零污染”的绿色环保交通工具，它没有噪声和振动、操作性能好等远远优于内燃机汽车。EV是当前开发和研制取代内燃机汽车的首选车型，其前景广阔。 目前，我国的EV大都建立在改装车的基础上，其设计是一项机电一体化的综合工程。改装后的EV高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和然油箱换成电动机和蓄电池便可以实现的，它必须对储能装置、动力装置及变速器、减速器等参数进行合理的匹配。鉴于目前国内对EV研究的现状，故本论文的研究建立在传统汽车驱动系统的基础上。 2、电动汽车的驱动系统的基本结构 本文研究的EV的电力驱动结构形式如图1所示 图1 电驱动的形式 C——离合器；D——差速器；GB——变速器；M——电动机 3、主要部件的选型及主要参数的确定 EV 驱动系统的关键部件为：电动机、蓄电池、变速器等，这些部件类型的选择及参数设置直接决定着EV 的动力性和续驶里程等主要性能。 3.1电动机的选型及其参数的设计 3.1.1电动机的选型 电动机的选择要满足EV 对电动机性能的要求：①高电压、高转速、质量轻；②电动机具有较大的起动转矩和较宽的调速性能；③高效率、低能耗、实现制动能量的收回；④安全性必须符合相关部门的标准和规定。另外，电动机还要求可靠性好、寿命长；结构简单，适合大批生产，使用维修方便，价格低等。 3.1.2电动机额定功率的选择 本课题采用某电动汽车的部分技术参数如表1 表1 电动汽车的部分技术参数 电动机额定功率可根据EV 的最高行驶车速、爬坡和加速性能来确定[1]。建立电动机额定功率的数学模型： t D a m V A C V f g m P η÷??? ???????+???≥7614036003max max 1 (1) t a D a a a a m V A C V g m V f g m P ηαα÷??????? ???+???+????≥761403600sin 3600cos 32 (2) t a a D a m V dt du m V A C V f g m P ηδ÷?????????+??+???≥360076140360033 (3) 式中： max V =100km/h ；a m =1600(kg)；D C =0.2；a V =30km/h ；ηt =0.9； 插电式混合动力汽车与增程式电动车的工作模式非常类似，两者都可以由动力电池单独输入能量以行驶在纯电动模式下，且当动力电池容量接近设定的下限后都转由另外一种动力源继续提供车辆所需的能量。 但两者在工作机理上存在着本质的区别。 增程式电动车是在纯电动汽车的基础上开发的电动汽车。之所以称之为增程式电动车是因为车辆追加了增程器的缘故，而为车辆追加增程器的目的是为了进一步提升纯电动汽车的续航里程，使其能够尽量避免频繁地停车充电。 插电式混合动力汽车是由混合动力汽车进化而来，它继承了混合动力汽车的大部分特点，但把混合动力汽车的功率型电池替换为了比容量（单位质量所包含的能量）更大的能量型电池，如此一来动力电池就有足够的能量保证车辆可以在零排放无油耗的纯电动模式下行驶一定的距离。 从驱动的角度分析，增程式电动车不论工作在纯电动模式还是增程模式下，其车轮始终仅由电机独立驱动， 而插电式混合动力汽车如果工作在混合动力模式下，发动机会与电机一起（经动力耦合后）参与到驱动车轮的行列。 从系统选型的角度分析，增程式电动车必须是串联式混合动力型式，而插电式混合动力汽车可以是并联式混合动力型式，也可以是混联式混合动力型式。 从性能的角度分析，只有增程式电动车才可以发挥出纯电动汽车的最大潜力。这句话怎么理解呢？可以这么理解，增程式电动车的动力电池以及驱动系统在设计之初就必须完美地匹配以达到既定的性能指标（如最高速度、最大爬坡度等），增程器（发动机与发电机的组合）的存在与否不影响整车的设计性能。而插电式混合动力汽车因为发动机也参与驱动的缘故，对电池与驱动系统的匹配要求就不会很高，比如插电版普锐斯混合动力仅配备了5.2kWh的锂离子电池。 从电气化程度的角度分析，增程式电动车的电气化程度无疑更高，具体的表现就是电功率占总输出功率的百分比是100%，而插电式混合动力汽车不足100%。 基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析 摘要动力系统参数的选择与匹配对电动汽车的动 力性和经济性会产生很大的影响。文章在理论计算和系统分析的基础上，对电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配，分析了纯电动汽车动力系统参数的选择对电动汽车性能的影响。GT-suite 仿真结果表明，所选动力总成部件与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性的要求。为纯电动汽车动力系统参数选择与匹配提供了参考。 关键词电动汽车动力系统参数匹配动力性仿真 中图分类号：U463. 23 文献标识码：A 电动汽车是解决当前能源短缺和环境污染问题可行的 技术之一。电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，尤其是在我国，逐步向小批量商业化生产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。考虑开发经费和开发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是很有意义的。 1电动汽车动力系统参数要求电动汽车的动力性主要取决于动力及传动系统参数匹配，包括动力电池、驱动电机及传动系统控制器等部 件。 根据设计要求，本电动汽车设计参数为：最高车速 150km/h，最大爬坡度》30%，续驶里程》180km。0100km/h 的时间为： < 15s。相关的车辆参数为：汽车整备质量: 1600kg ;迎风面积：2.19m2;长？卓？赘呤滴？631?? 790?? 470 m m ；轴距为：2650；滚动阻力为：0.0015；风阻系数： 0.296 。 2电机参数匹配电机作为电动汽车主要动力源，电机的匹配对电动汽车 电动汽车动力电池系统国标最详解读 来源：第一电动网发布时间：2015-08-28 09:56 设置字体：大中小 关注度：4791 次 分享到： 摘要：国标针对动力电池系统，建立了常规性能和功能要求——容量、能量、功率、效率、标准循环寿命、工况循环寿命、存储、荷电保持、容量恢复、倍率性能、高低温性能等。 【高工锂电综合报道】国标针对动力电池系统，建立了常规性能和功能要求--容量、能量、功率、效率、标准循环寿命、工况循环寿命、存储、荷电保持、容量恢复、倍率性能、高低温性能等，建立了安全防护要求--操作安全、故障防护、人员触电防护、滥用防护、环境适应性、事故防护、用户手册和特殊说明等，范围覆盖了电芯、模组、动力电池包、动力电池系统这4个层级，产品类型包括混合动力、插电式/增程式混合动力、纯电动乘用车和商用车，已基本上了构成了一个完整的体系。 一、构建标准体系 电动汽车早期的发展过程中，GB或GB/T国家标准的缺失在一定程度上造成了行业的良莠不齐和鱼龙混杂。仅依靠汽车行业的QC/T推荐标准作为一种参考，并不具有权威性和广泛性，整车企业和电池企业要么茫无头绪，要么各行其是、各执一词，缺乏一个统一的衡量标准。 随着2015年新版GB/T国家推荐标准的陆续发布，我国电动汽车产业围绕动力电池系统已基本上构建了完整的标准体系，形成了行业的准入门槛，有利于行业的规范发展和优胜劣汰。 新国标在2015年5月颁布(部分标准将在10月份或年底颁布)，与旧标准之间有一年的过渡期，从2016年开始，相关企业都将遵循新的标准进行相关检测。新国标与工信部2015年3月发布的《汽车动力蓄电池行业规范条件》一起，将加速动力电池行业的洗牌，提高行业集中度水平。 第5期(总第162期) 2010年10月机械工程与自动化 M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.5O ct. 文章编号:1672-6413(2010)05-0209-02 增程式电动汽车的概念与设计方案 吴韶建,陶元芳 (太原科技大学,山西 太原 030024) 摘要:能源与环境问题是当今制约汽车工业发展的两个重要因素。混合动力电动汽车既注重节能环保,又有较高的可行性,而其中的增程式电动汽车是混合动力电动汽车的重要方向之一。讨论了增程式电动汽车的工作模式,并说明其具体设计方案。 关键词:混合动力电动汽车;增程式电动汽车;设计方案中图分类号:U 469.72 文献标识码:A 收稿日期:2010-03-15;修回日期:2010-04-29 作者简介:吴韶建(1985-),男,福建泉州人,在读硕士研究生。 0 引言 汽车为人类社会带来了很大的便利,已成为人类社会日常生活不可或缺的交通工具。但是,在全球汽车工业迅猛发展的同时也带来了两个极其严重的负面效应:一是石油能源危机;二是环境污染加剧。汽车工业的发展受到了能源、环境等因素的严峻考验与挑战。各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向,发展电动汽车是解决能源危机和环境污染两大难题的最佳途径。但是由于目前阶段充电站建设的限制,纯电动汽车受到续驶里程的制约,难以得到市场的认可。国家鼓励发展混合动力电动汽车,而增程式电动汽车是混合动力电动汽车的重要方向之一[1] 。1 增程式电动汽车概述 1.1 增程式电动汽车的定义 混合动力电动汽车(HEV)是指由两种或两种以上的动力源(其中一种是电能)共同提供汽车行驶驱动力的车辆。增程式电动汽车(ER -EVs )是一种特殊的混合动力电动汽车,蓄电池和内燃机作为驱动装置的动力源,分割了用电与用油的时间。电能是驱动增程式电动汽车的主要能源,汽油则是它的备用能源,只有当蓄电池电能不足时,内燃机才开始工作为驱动装置提供驱动力,驱动车辆继续行驶,增加汽车行驶里程,使其能够到达可以充电或加油的地点,不会出现抛锚现象[2],这也是“增程式电动汽车”(ER -EVs )名称的由来。1.2 增程式电动汽车的工作原理 当蓄电池有足够电量时,增程式电动汽车驱动系 统的动力全部来源于蓄电池,在一定的行驶距离范围内,增程式电动汽车的行驶完全依靠蓄电池提供的动力来完成,实现“零油耗、零排放”,相当于使用纯电动汽车。而在超出一定行驶距离、蓄电池的能量耗尽的情况下,内燃机就自动接通为增程式电动汽车驱动组件提供动力,延长它的行驶里程,从而使车辆能够到达充电站或加油站。增程式电动汽车的蓄电池和动力推进系统经过精准的设置,可以使车辆在由蓄电池提供足够的电能的时候,不需要发动机进行工作来产生额外的动力。在由蓄电池驱动车辆时,可以保证车辆顺利实现加速、最高时速以及爬坡等各种性能;当由内燃机提供动力时,增程式电动汽车能够满足基本的车辆行驶要求。 1.3 增程式电动汽车的工作特点 增程式电动汽车主要由蓄电池驱动,具备纯电动汽车的低噪声、零排放、综合利用能源、行驶成本低等特点。 有的电动汽车工作在纯电动模式下,如比亚迪e 6是比亚迪最新自主研发的纯电动汽车,具备环保、节能、安全和良好的动力,续驶里程可以达到400km,为 同类车型之冠[3] 。但是,如果它在行驶途中蓄电池电能突然耗尽,驾驶者将对此束手无策。而增程式电动汽车有汽油作为备用能源,不依赖于专业的充电站,驾驶者可以安心从容地驾驶。 有的混合动力电动汽车以弱混合的模式工作,如奇瑞A 5BSG (Belt Driven Starter Gener ator )是一款具备怠速停机和启动功能(ST OP-START )的弱混 电动汽车驱动电机匹配设计 目录 1 概述 (1) 2 世界电动汽车发展史 (2) 3 电驱动系统的基本要求 (5) 3.1电驱动系统结构 (5) 3.2电机的基本性能要求 (6) 4 电动汽车基本参数参数确定 (7) 4.1电动汽车基本参数要求 (7) 4.2 动力性指标 (7) 5 电机参数设计 (7) 5.1 以最高车速确定电机额定功率 (7) 5.2 根据要求车速的爬坡度计算 (8) 5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率 (9) 5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率 (9) 5.5 电机额定转速和转速的选择 (9) 6 传动系最大传动比的设计 (10) 7 电机的种类与性能分析 (11) 7.1 直流电动机 (11) 7.2交流三相感应电动机 (11) 7.3 永磁无刷直流电动机 (11) 7.4 开关磁阻电动机 (12) 8 电机的选择 (13) 9 电机其他选择与设计 (15) 9.1 电机形状位置设计 (15) 9.2 电机冷却设计 (15) 10 总结与展望 (17) 10.1 总结 (17) 10.2 问题与展望 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 1.概述 汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时，又展现出了其双刃剑的另一面，它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。“能源、环境和安全”成为了21世纪世界汽车工业发展的3大主题。其中，能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在，更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源，而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为21世纪重要的交通工具。 电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车，它主要以动力电池组为车载能量源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同，一般将电动汽车划分为纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）4种基本类型。 自1881年法国电气工程师Gustave Trouve制造出首辆电动汽车开始，电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段，其中的决定因素就是动力电池技术和人们 第一章绪论 1.1课题的目的意义： 1.1.1 纯电动汽车的背景 当前，我国电动汽车发展已经进入关键时期，既面临重大的发展机遇，也面临着严峻的挑战。我国电动汽车发展中还存在很多需要解决的问题，如核心技术还不具备竞争力，企业投入不足，政府的统筹协调能力还没有充分发挥等。总体上看来，我国电动汽车产业，起步不晚，发展不慢，但是由于传统汽车及相关产业基础相对薄弱、投入不足，差距仍然存在，中高端技术竞争压力越来越大，因此，必须加大攻坚力度，推动我国汽车产业向创新驱动转型，提高核心技术竞争力，确保我国汽车行业的可持续发展。 纯电动汽车使用电动机作为传动系统的动力源，缓解了能源紧缺的压力，实现了人们长期以来对汽车零尾气排放的期盼，传动系统作为汽车的核心组成部分，其技术创新是纯电动汽车发展的必经之路。 1.1.2纯电动汽车的意义 近年来，关于纯电动汽车的研究主要集中在能量存储系统、电驱动系统和控制策略的开发研究三方面。 能量存储系统相当于纯电动汽车的发动机，是纯电动汽车电动机所需电能的提供者。目前，铅酸蓄电池是使用最为广泛的，但其充电速度较慢，使用寿命短，节能环保差。随着电动汽车技术的发展，其他电池正在渐渐取代着铅酸蓄电池。目前发展的新电源有纳硫电池、锂电池、镍镉电池、飞轮电池、燃料电池等，尽管这些新电源投入应用，但是短时间内还是无法解决纯电动汽车电源充电缓慢，电量存储低续航里程短的问题。 纯电动汽车整车控制策略的开发研究一直在紧锣密鼓的进行着，整车控制系统是纯电动汽车实现整车控制和管理的关键，是实现和提高整车控制功能和性能水平的一个重要技术保证。其核心技术主要体现在整车控制软件的架构设计、转矩控制策略以及对整车和各系统得能量管理上。尽管控制策略的开发研究一直没有间断，但是，系统开发较为复杂，进度较慢。 1.2近年来国内外研究现状： 1.2.1国内发展现状： 我国正式对电动汽车的研制始于1981年，当时全球对电动汽车的宣传和需求并不强烈，对电动汽车的研究也相当零散，投入很少。近年来，我国电动汽车的研究、开发进入了有组织。有领导的全面发展阶段，国家在电动汽车研制开发方面也采取了积极有效的宏观引导措施。纯电动汽车传动系统知识分享
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