动力总成的匹配.docx

1、动力总成的匹配HEV动力总成的匹配1整车参数及性能要求 2.2计算公式 2.3驱动电机的选择 3.3.1功率 3.3.1.1最大功率 3.3.1.2额定功率 3.3.2扭矩 4.3.2.1最大扭矩 4.3.2.1额定扭矩 4.3.3转速 4.3.3.1最高转速 4.3.3.2基速 4.3.4电压 4.4发动机的选择 5.4.1最大功率 5.4.2最高转速 5.4.3最大扭矩 5.5发电机的选择 5.5.1功率 5.5.2转速 6.5.3电压 6.6超级电容的选择 6.6.1 容量 6.6.2放电电流 7.6.3充电功率 7.6.4电容选型 7.7锂电池的选择 7.7.1 容量 7.7.2放电电

2、流 7.1整车参数及性能要求编号项目数值（估算）1总质量m18000kg2迎风面积A7m23风阻系数Cd0.64滚动阻力系数fR0.015滚动半径r0.476旋转质量换算系数61.17主减速器速比i。6.438最咼车速Umax80 km/h10加速性能050km/h加速时间小于30s5080km/h加速时间小于40s11爬坡性能能以10km/h爬上20%的坡 连续爬坡时间大于3 min。2计算公式2(1)驱动力计算： Ft 二GfRcos G sin CDA U m-da2 dt车速和转速换算： nm -S0m 0.3 77驱动功率计算： Pt二F_ Ua其中：Ft车辆的驱动力，N ;G车辆的

3、总重量，N ;: 坡度，%；?空气密度，nI_s2r，；Ua 车速，m/s ；Pt 驱动功率，W ；nm 驱动电机轴的转速，r / min。以下计算中均未考虑效率因素，并且对部分计算过程做了一定简化3驱动电机的选择鉴于该混合动力的结构特点，驱动电机的选择要满足车辆动力性的需求，包 括爬坡、加速和助力；从整车能量角度来说，要求电机的工作效率尽可能的高； 从驱动系统尺寸角度来说，要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高。3.1功率3.1.1最大功率1根据最大爬坡性能来确定，以10km/h上20%的坡。由公式(1)和可得, 转速为320r/min时的电机的最大功率需求为105kW，计算过程如下：P；ax

4、 二 Ft ba ： (GfR GL： )_Ua其中：车速为10km/h，车重180000kg，空气阻力系数为0.01,坡度为0.2; 由于车速较低，计算中忽略了空气阻力，由于匀速行驶，没有加速阻力。2根据最大加速性能来确定，以 050km/h加速时间小于30s。在临界车速 以下由电机提供动力，在临界车速以上主要由发动机提供动力， 因此把加速性能 指标调整为020km/h加速时间小于12s。可得平均加速度a0为0.46m/s2，根 据公式(1)可得，转速为650r/min时的电机最大功率需求为60.6kW，计算过程如 下：PTx =FtLua : (GfR maO* Ua20-(180000*

5、0.01 1.1*18000*0.46)* 60.6kW3.6其中：车速为20km/h，车重180000kg，旋转质量换算系数取1.1，平均加 速度区0.46m / s2 o3.1.2额定功率由于动力系统的结构特点，纯电机驱动只出现在临界车速以下，该车临界车 速选定为20km/h，因此车辆起步后车速很快会超过临界车速， 纯电驱动的时间 很短，额定功率的选择对车辆的经济性影响很小， 无需匹配计算驱动电机的额定 功率。3.2扭矩3.2.1最大扭矩最大扭矩由车辆的爬坡性能决定，根据公式(1)可得最大扭矩为3000Nm。max FtLr (GfR - gL)rM m io i o(180000 0.0

6、1 180000 0.2) 0.513000 Nm6.17其中：车重180000kg，坡度为0.2,车轮半径为0.51m，主减速器速比为 6.17;由于车速较低，计算中忽略了空气阻力，由于匀速行驶，没有加速阻力。3.2.1额定扭矩由于动力系统的结构特点，纯电机驱动只出现在临界车速以下，该车临界车 速选定为20km/h，因此车辆起步后车速很快会超过临界车速， 纯电驱动的时间很短，额定扭矩的选择对车辆的经济性影响很小， 无需匹配计算驱动电机的额定扭矩。3.3转速3.3.1最高转速车辆的最高车速决定了电机的最高转速，由公式 (2)可得电机的最高转速为2600r/min，计算过程如下：max u ma

7、xi 0 80 6Y7nm 2600r/min0.377r 0.377 汉 0.51其中：最咼车速为80km/h，主减速器速比为6.17，车轮半径为0.51 m。3.3.2基速以临界车速作为驱动电机的基速，大概在 650r/min，这样可以保证在临界 车速以前，车辆有恒定的扭矩驱动，加速性能较好。3.4电压电机的功率确定后，电机的电压选择主要考虑高压安全、散热和成本等因素。具体电机的电压如何选择无法定量给出，一般不超过 400V4发动机的选择4.1最大功率根据国家标准，公交客车要以不低于 80km/h的车速连续行驶30min，可见 发动机的最大功率要满足最高车速的要求，需要发动机的功率为 68

8、kw，此时发 动机转速为2600r/min，计算过程如下：max= E 2max ： (GfR - 2 )_Umax80 207於(詔 80= (180000*0.01 68kW2 3.6其中：车速为80km/h，空气密度为1.23Njs2_m*，车重180000kg，空气 阻力系数为0.01;由于平路匀速行驶，没有坡度阻力和加速阻力。考虑到附件消耗功率20kW，还有10kW的充电余量，发动机的最大功率选 为 100 kW。注意：实际上车辆很少以最高车速行驶，我们城市公交车的平均行驶速度为 2030km/h，如果以最高车速来计算发动机的最大功率，则功率有很大的浪费， 而且电机可以实现助力，因此

9、在实际选择发动机功率时要根据车辆的运行环境进 行的调整。4.2最高转速根据车辆的最高车速决定了发动机的最高转速为 2600r/min。4.3最大扭矩一般由车辆的加速能力决定发动机的最大扭矩，但是由于驱动电机的存在， 而且该混合动力系统中驱动电机的扭矩很大，发动机 +驱动电机肯定可以满足加 速能力的需求，无需讨论发动的最大扭矩。5发电机的选择5.1功率发电机的额定功率要保证车辆可以在临界车速以下长时间行驶， 根据公式(1)可以计算得到发电机的额定输出功率要高于 10kw，还要有一定的充电余量。Pg 二 FtUa : GfR_Ua =180000 0.01 10kW3.6其中：车速为20km/h，

10、车重180000kg，空气阻力系数为0.01;由于平路匀速 行驶，没有坡度阻力和加速阻力；车速较低，忽略了空气阻力。如果考虑以一定的车速上坡，则需要增加发电机的功率，假设坡度为 8%，保持车速为10km/h，根据公式(1)可得功率大概在40kw左右。5.2转速发电时，根据发动机的转速，可以选择合适传动比的传动系统，使得发电机 工作在事先设定好的效率最高的转速下。5.3电压发电机的电压要在电池、电容和电机的工作电压范围内，并能给电容充满电。6超级电容的选择6.1容量1超级电容满足起步加速的需求，根据 020km/h加速时间小于12s，平均 加速度a为0.46 m/s2，加速过程需要的电能大于 3

11、60kJ，计算过程如下：tE =Fu at =(GfR +6ma0) J0(0 + a0t)dt =360kJ其中：车速为20km/h，车重180000kg，旋转质量换算系数取1.1，平均加 速度区0.46m/s2，加速时间12s。2电机和发动机满足加速需求，根据 2050km/h加速时间小于18s，平均加 速度a为0.46m/s2，对发动机和电机的需求扭矩为 890 Nm，假设电机提供其中 的190Nm，贝U加速过程电机消耗的能连大于 400kJ。3超级电容满足车辆加速助力的功率需求，根据 5080km/h加速时间小于 40s，可以得到平均加速度为0.2m/s2，对发动机和电机的扭矩需求为

12、476 Nm， 发动机就可以满足扭矩需求，无需电机助力。6.2放电电流超级电容满足起步加速的需求，根据 020km/h加速时间小于12s,在加速 末端20km/h时具有最大的功率输出，此时应该对应超级电容的截止电压， 假设 为400V平台，截止电压为240V，则可得此时的电流为250A;假设电压为600V， 则可得电流为160A。如果发电机工作，可以提供额外 45A的电流。6.3充电功率假设该车以20km/h的车速下6%1 勺坡，贝刚动功率为 50kW，假设电压为400V，则充电电流为125A假设电压为600V，则可得电流为83A。6.4电容选型400V平台：选用 Maxwell的BMOD01

13、6P048, 8串2并就可以满足要求，电 容组为388V,电容41F,连续放电电流300A,设放电截止电压为240V,则该电 容组包含的电能为1850kJ。（如果用BM0D00838串2并，电流可能不够）。600V平台：选用Maxwell的BMOD008P048, 12串2并就可以满足要求，电 容组为580V,电容13.5F，连续放电电流230A,设放电截止电压为360V,则该 电容组包含的电能为1300kJ 。7锂电池的选择7.1容量连续爬长坡时，需要锂电池、超级电容和发电机同时供电。以 10km/h的车速爬20%的坡3min,需要的电能为5kWh。假设锂电池提供其中80%的电能， 假设SOC的使用范围为30%80%,假设电池标称电压为 240V，则需要的电池 为35Ah ;假设电池的标称电压为 360V,则需要的电池为23 Ah。7.2放电电流爬坡的功率为105kW，假设锂电池提供80%的功率。假设电池标称电压为 240V,电流为330A;假设电池标称电压为360V，电流为220A。应该增加锂电 池的Ah数，来提高放电能力。修改说明1. 修改了超级电容电流就算部分2. 修改锂电池电流计算部分。