低速電動車動力配置分析及優(yōu)化建議

低速電動車標準工作組在標準草案中提出了以下動力性能和能量消耗指標：最高車速、爬坡性能、起步加速性能、續(xù)行里程、能量消耗量及測量方法。下圖為會議PPT原圖片：

本期周報將通過車輛的力學模型，給出滿足參數(shù)條件下的動力配置計算方法，并對各參數(shù)變化之間的相互影響進行分析，從而給出配置優(yōu)化的方向及建議。

1、模型建立

常見低速電動車動力系統(tǒng)布置簡圖如下：

低速電動車運行時，由動力電池提供能量，在控制系統(tǒng)的作用下，通過電機轉(zhuǎn)化為機械能，經(jīng)傳動系到達車輪，使驅(qū)動輪與地面之間產(chǎn)生相互作用力。車輛行駛時的受力狀況如圖所示。

當車輛正常運行時，受到阻礙其運動的阻力的作用。這些阻力通常包括輪胎滾動阻力、空氣阻力、爬坡阻力及加速阻力等。因此，汽車在運行過程中的行駛方程式可表示為：

F=Fr+Fw+Fg+Fj

2、參數(shù)計算

(1)電機功率確定

電機的最大功率Pmax,必須同時滿足最高車速時功率Pe，最大爬坡度時功率Pa，和滿足加速時間的功率Pc三者的要求，即Pmax≥max[Pe,Pa,Pc]。

其中各參數(shù)意義及取值如下：

     計算過程以無風條件為準

（2）電池組容量確定

動力電池的容量主要是由續(xù)駛里程決定，其計算公式如下：

Cb一動力電池組的容量，Ah；

L一續(xù)駛里程，km;

e一單位距離消耗的能量，kJ／km;

Ub一動力電池模塊的工作電壓，v;

DOD一放電深度。

（3）傳動比的確定

a. 最小傳動比的確定

由電機最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定的i_min為：

nmax——電機最高轉(zhuǎn)速，r/min；

Vmax——電動汽車最高車速，km/h。

b. 最大傳動比的確定

由最大爬坡度和最大輸出扭矩決定的i_max為：

T_max ——電機最大輸出扭矩，N·m；

α—— 最大爬坡度

由最高車速和電機最高轉(zhuǎn)速對應的電機扭矩決定的i_max為：

Fw——最高車速下電動汽車的空氣阻力，N；

TMmax——電機最高轉(zhuǎn)速下對應的輸出轉(zhuǎn)矩，Nm。

3. 實例分析

以市場常見的一款低速車型為例，其車型參數(shù)如下：

    設計指標：

(1) 最高車速≥55km/h；

(2) 最大爬坡度為15%(12km/h)；

(3) 0～40km/h加速時間小于12s。

計算可得：電機功率P>7.3kW，可選擇7.5kw交流電機。典型選擇型號及參數(shù)見下表：

計算對應傳動比分別為i={10.93,6.6,4.4｝，可在常見低速車后橋速比中選擇i=8的型號。

4. 參數(shù)分析

(1)各參數(shù)變化對續(xù)行里程的影響分析：

可以看出電池組容量對續(xù)駛里程的影響最為明顯，其次是傳動系傳動比、整車質(zhì)量、滾動阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)。這主要是因為續(xù)駛里程與電池組容量有直接的關系，電池組容量越大，電池組所貯存的電能越多，續(xù)駛里程相應延長，但電池組的重量增加，整車的整備質(zhì)量增加，導致行駛阻力也增加，反過來又影響續(xù)駛里程。

也就是說，通過電池容量的增加也是有臨界點的，超過了就沒有正面作用了。比如在車上再備一組電池，這樣做經(jīng)濟性非常差，電能大部分都消耗到電池的自重上去了。因此不少小車型，因為重量小，即使少裝電池，續(xù)行里程也可和大車型持平。對于低速電動車來講，尺寸超過3600mm后，經(jīng)濟性就會降低。從這一個方面講，標準將尺寸限制在3500mm，還是有合理性的。

當電池容量相同的情況下，車身越輕的，里程會越遠。所以如何把車做的“又輕又結(jié)實”，是下一步低速電動車一個重點的技術升級方向。需要研究盡量通過輕量化去提高續(xù)駛里程。?所以說，隨著后期競爭的加劇，廠家的技術創(chuàng)新和實力會越來越重要。

滾動阻力系數(shù)的影響：滾動阻力系數(shù)與路面的種類行車速度以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關。一般來說子午線輪胎的滾動阻力系數(shù)較小。有不少車為了好看，選擇寬胎，實際從效率上講，選擇窄一點的輪胎型號對續(xù)行里程是很有利的。

(2)各參數(shù)變化爬坡度的影響分析：

從上圖可以看出，在對爬坡度的影響中，傳動系傳動比的影晌最為明顯，.其次是整車質(zhì)量、電池組容量。滾動阻力系數(shù)和空氣阻力系數(shù)對爬坡度沒有影響。

采用較大的傳動比可以獲得較好的爬坡性能，但這樣會降低最高車速。

(3)行駛工況的影響

行駛工況對低速電動車的續(xù)駛里程影響很大。對于恒速行駛，電流隨車速的增加而增加，每公里消耗的電能隨車速的升高增加，而電池的放電容量則隨車速的升高而減小，故其續(xù)駛里程隨行駛車速的升高而減少。根據(jù)計算分析，低速電動車車速為32km/h時的續(xù)駛里程接近最大值，因此，低速電動車的經(jīng)濟車速在32km/h左右。

標準指定采用40km/h等速法測試里程。對于多工況道路實驗，由于頻繁起步、加速和減速，電池經(jīng)常處于大功率和大電流放電狀態(tài)，電池的有效容量大幅下降，致使純電動汽車的續(xù)駛里程明顯比恒速行駛時減小，行駛工況越復雜，加速度越大，低速電動車的續(xù)駛里程越小。因此，采用恒速工況來考察低速電動車的續(xù)駛里程，會和實際里程有較大差異。而對用戶來講，合理的駕駛方式是用小的加速度加速，盡量保持中低速勻速行駛。