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电动汽车动力系统构成
(1)VCU or HCU - Provides proper control signals.
VCU或HCU-提供合适的控制信号。
(2) Power Converter - Transforms electric energy,such as DC-DC converter.
功率转换器-电能转换,如DC-DC转换器。
(3)Electric Motor 一 Converts electric energy to mechanical.
电机一把电能转换成机械能。
(4)Transmission -Transforms mechanical energy.
变速器一机械能转换。
(5)Energy Storage - Stores electric energy,such as battery.
能量储存一储存电能,如电池。
(6)Energy Management Unit - Manages power flow.
能量管理单元 一 管理能量流。
据估算:汽车行驶所需功率为30kW左右,是人类正常行走所需功率的500倍,疾速奔跑的100倍,马儿疾速奔跑的50倍。由于人类或马儿赛跑时都能有一种拼刺的激发力,但发动机没有,而电机同样具有相当的短时过载(通常数分钟内可达额定值的3倍以上)能力。
现代轿车发动机功率:几十~上百kW,不少轿车发动机功率大于100kW。
现已研发的电动轿车电机功率有选用数kW至几十kW ,甚至也有上百kW的,相差悬殊。
电动汽车电机功率不能照搬相应汽车发动机功率,须充分发挥电机驱动应有的多种技术优势。
电机功率增大即会经常行驶于低效率的负荷区,同时增加车载质量而影响动力性和成本,应合理选择电机功率以提高电动汽车性价比来促其产业化!
(1)根据最高车速指标确定电机额定功率及恒功率调速区的最高转速
(2)按电机调速范围及其最高转速确定电机的额定转速ne
(3)根据汽车主要运行区车速和电机额定转速确定传动系传动比
(4)根据最大爬坡度指标校核电机的峰值功率和过载能力
(5)根据加速性能指标校核电机的峰值功率和过载能力
得到电机额定功率和转速后,应根据国家标准推荐的电机功率等级5.5kW、7.5kW、11kW、15kW、18.5kW、22kW、3OkW、37kW、45kW、55kW、75kW、90kW、110kW、132kW、150kW、160kW、185kW、200kW及以上,和有关GB/T4772—1999旋转电机尺寸与输出功率等级的要求,按略留余量来选定电机额定功率。
按照所需额定转速时最大过载转矩,利用关系式TL=9550PL/n计算所要求电机相应峰值功率PeG=TdGne/9550(kW)。然后除以电机及其驱动控制器效率ηmc,再加上汽车所需的空调、照明等辅助装置用电功率,并略留余量确定汽车电源系统所要求的功率。
最后,还需要确定动力储能装置的电压等级、能量利用率、续驶里程所需蓄电池能量、车载储能装置寿命等。
二、动力储能装置参数的确定
根据电动汽车的不同类型,车载能源可采用各类蓄电池、超级电容、高速飞轮及燃料电池等。以蓄电池为例。
为提高汽车的动力性,要求蓄电池具有较大的功率密度,能瞬时提供大电流、大功率给驱动电机;同时为满足续驶里程要求,希望蓄电池有较高能量密度。
动力系统的电压等级通常为电机的额定电压,即由所选电机的结构参数决定,随电机输出功率加大而增高。
电压的升高有利于提高运行效率。应尽可能采用合理的高电压设计,减小电机逆变器的成本和体积。但电压过高易引起对功率开关器件的较大冲击,即也受到IGBT最高允许电压的限制。
电压的确定还应参照国标对电动汽车电机推荐的电源电压等级:120V、144V、168V、192V、216V、240V、264V、288V、312V、336V、360V、384 V、408 V等来选取。标准要求电机及控制器必须在所选电源的120%额定电压值下能安全承受最大电流;并在电源电压降为额定值的75%时,电机仍能在最大电流下运行(不要求连续运行)。因此,比较稳妥的是保证电源电压不低于电机额定电压的80%。
依据续驶里程指标确定车载蓄电池能量后,要求电压越高所需串联的电池组数越多,但并联的单体电池相应减少。对于电源系统的标称电压及电压应用范围,需按所选电池类型确定标称电压;根据蓄电池允许放电终止电压和电池耐过充能力下的充电最高电压,乘以约0.8~1.2的系数来确定电压应用范围。
以磷酸铁锂电池为例:单体电压为3.2V,乘以系数即电压应用范围为2.6~3.8V;而单体电池容量有多种规格,常见的为20Ah,蓄电池的串并联方式,从可靠性考虑应采用先并后串,厂家通常将单体电池按需并联成电池组经封装后提供,如 4个单体电池并联的电池组容量为80Ah。若选该电池组120个串联,可使电源系统的标称电压为384(=3.2×120)V;容量仍为80Ah;即使总电能为30.7kWh;按标准要求电机即能在312~456V的电压应用范围内运行。