1、·信息技術(shù)·楊三英，等·基于matlab的純電動汽車建模及動力特性仿真分析基于matlab的純電動汽車建模及動力特性仿真分析楊三英，周永軍，馬淵（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南長沙410004）摘要：建立了以鋰電池組為動力源，交流異步變頻電動機(jī)為動力轉(zhuǎn)換裝置的純電動汽車的動在matlab/simulink平臺上對該模型的車輛速度、加速度、爬坡能力、能耗等力系統(tǒng)及整車模型，動力特性進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明該模型方案設(shè)計(jì)合理可行。關(guān)鍵詞：純電動汽車；模型；動力特性；仿真中圖分類號：TH12；TP3199文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A5276（2011）03-0089-04文章編號：1671-

2、SimulationandAnalysisofModelandDynamicCharacteristicsforElectricVehicleBasedonMatlabYANGSan-ying，ZHOUYong-jun，MAYuan（CentralSouthUniversityofForestryandTechnology，Changsha410004，China）Abstract：Thispaperestablishesaelectricvehiclesystemandwholevehiclemodelinwhichlithium-ionbatteriesareusedaspowersour

3、ceandvariablefrequencyACinductionmotoraspowerconversiondevice，andsimulatesandanalyzesthevehicledynamicsuchasthevehiclespeed，acceleration，climbingabilityandenergyconsumptionTheresultsprovethatthemodelischaracteristics，reasonableandfeasibleKeywords：electricvehicle；model；dynamiccharacteristics；simulati

4、on子蓄電池、鎳氫蓄電池等。其中鋰離子蓄電池具有很好的良好的使用安全性和充放電效率，突出的特耐充電特性、點(diǎn)是該電池體積小、質(zhì)量輕，減小汽車自重，使車輛更輕便靈活。結(jié)合考慮電動汽車動力系統(tǒng)的工況，本文選用鋰離子蓄電池作為動力源。電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車動力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。它將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換動能傳遞到車輪上，實(shí)時(shí)結(jié)合車輛的運(yùn)行工況也可以將車輪上的動能回收存交流感應(yīng)電動儲到蓄電池中。目前主要有直流電動機(jī)、機(jī)、永磁無刷直流電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)等應(yīng)用在電動質(zhì)量輕、效率高、調(diào)速汽車上較多。由于交流電機(jī)體積小、范圍寬，能有效地實(shí)現(xiàn)再生制動，性價(jià)比較高。因此，本文選用交流異步變頻電動機(jī)作為系統(tǒng)

5、的驅(qū)動電動機(jī)。0前言當(dāng)今世界能源的緊缺以及環(huán)境污染的日益惡化，節(jié)能提倡綠色交通是當(dāng)今整個(gè)社會的奮斗目標(biāo)之一。同減排、時(shí)，在汽車行業(yè)的緊迫任務(wù)就是開發(fā)清潔、高效、智能的新型汽車。隨著社會電力網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)達(dá)，電動汽車具有其突出的優(yōu)勢和發(fā)展空間，電動汽車也必將成為未來汽車發(fā)但電動汽車發(fā)展的核心問題仍然是動力性展的主流方向，有待提高。因此，建立合理的電動汽車的動力模型，搜索動力特性問題并給出合理的解決方案具有積極的研究及現(xiàn)實(shí)意義。本文在對某電動汽車的動力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以鋰離子電池組為動力源，交流異步變頻電動機(jī)為動力轉(zhuǎn)換裝置，在matlab/simulink平臺上建立了蓄電池電動機(jī)仿真以及整車仿

6、真模型，并對整車動力性能仿真、進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明該動力系統(tǒng)方案是可行的。221模型的建立蓄電池仿真模型本文建立的鋰離子蓄電池模型如圖1所示。1動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電動汽車最主要的系統(tǒng)就是動力傳動系統(tǒng)，系統(tǒng)的動力特性決定了整車性能。電動汽車動力傳動系統(tǒng)主要由蓄電池、控制器、電動機(jī)、變速器、主減速器、驅(qū)動輪等1組成。蓄電池是電動汽車動力源，決定著電動汽車的多方面性能。目前使用較廣泛的蓄電池有鎳鉻蓄電池、鋰離2該模型以電池的開路電壓及電池內(nèi)阻的特性函數(shù)為SOC）的變化趨勢以電池荷電狀態(tài)（stateofcharge，基礎(chǔ)，為依據(jù)建立起來的。模型主要包含以下五大模塊。1）電池開路電壓和內(nèi)阻計(jì)算模塊（pac

7、kVocrint）：根據(jù)當(dāng)前蓄電池的功率需求、電池溫度以及實(shí)時(shí)的SOC值來計(jì)算單個(gè)電池的開路電壓和內(nèi)阻。基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（07JJ6215）作者簡介：楊三英（1985），女，江西南昌人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡妱悠嚳刂撇呗?、動力電池控制方法研究。?#183;信息技術(shù)·楊三英，等·基于matlab的純電動汽車建模及動力特性仿真分析圖1鋰離子蓄電池模型A為電流；h為時(shí)間。Ahused=其中，放電時(shí)，Ahused=時(shí)，0.95）5）散熱模型：監(jiān)控車輛在行駛過程中，充電期間電池冷卻氣的平均溫度及帶走的熱量。內(nèi)部及表面平均溫度，2）功率限制模塊（limit

8、power）：防止電池負(fù)載電流的等效電路和電動機(jī)控制器最小允許電壓。功率超出SOC，3）電池負(fù)載電流計(jì)算模塊（computecurrent）：根據(jù)packVocRint模塊輸出電壓及內(nèi)阻、limitpower模塊輸出電功率為輸入信號，依據(jù)基爾霍夫電壓定律來求解負(fù)載電流。公式如下：I2R+EI=PI為負(fù)載電流；E為packVocrint模塊的開路電壓；其中，P為limitpower模塊輸出電功率。4）SOC模塊：SOC的具體計(jì)算公式3如下：AhmaxAhused（coulomb）SOC=AhmaxAdt；t充電tcoulombAdt（coulomb為折算庫倫效率，一般取22電動機(jī)仿真模型電動機(jī)總

9、成模型如圖2所示。圖2電動機(jī)總成模型·信息技術(shù)·楊三英，等·基于matlab的純電動汽車建模及動力特性仿真分析齒輪箱處于換檔時(shí)關(guān)閉電動機(jī)；后者用于計(jì)算電動機(jī)溫度和維持電動機(jī)正常溫度。電動機(jī)的建模以電動機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)矩、功率的平衡方程和運(yùn)行特性方程為基礎(chǔ)，模型采用順逆序相結(jié)合計(jì)算方式。該模型主要包括電動機(jī)控制模塊以及電動機(jī)熱模塊，前者在電動機(jī)控制器中執(zhí)行若干邏輯控制功能，且能夠避免產(chǎn)生超過控制器承受能力的電流，同時(shí)在車輛未行駛或23整車仿真模型整車仿真模型如圖3所示。圖3整車仿真模型表2ECE-EUDC循環(huán)工況的仿真結(jié)果項(xiàng)目循環(huán)周期/s行駛距離/km最大行駛速度/（k

10、m/h）平均速度/（km/h）最大加速度/（m/s）最大減速度/（m/s2）平均加速度/（m/s）平均減速度/（m/s2）車速為55km/h時(shí)的爬坡性能/（%）停車時(shí)間/s停車次數(shù)22根據(jù)對電動汽車系統(tǒng)各個(gè)部件的分析和模型建立，在matlab/simulink4平臺上搭建電動汽車的整體仿真模型，該模型主要包括循環(huán)工況、車輛、車輪、變速器、主減速器、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)、能量源、電力總線等子模塊，各子模塊都建立了對應(yīng)的simulink二級仿真模塊，運(yùn)用通過M函數(shù)來控制和傳遞各子模塊的參數(shù)。參數(shù)122567974561995346456178259153391331整車動力特性仿真整車技術(shù)參數(shù)整車的主要技

11、術(shù)參數(shù)如表1所示。表1項(xiàng)目總長×總寬×總高/mm迎風(fēng)面積/m整車質(zhì)量/kg軸距/mm輪胎滾動半徑/mm蓄電池容量/Ah蓄電池組單元數(shù)量/個(gè)電動機(jī)額定電壓/V電動機(jī)額定功率/kW2車輛的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)2500×1695×132519100024028262522010達(dá)到誤差要求。具體車速隨時(shí)間變化曲線、目標(biāo)速度與實(shí)際速度差值變化圖如圖4和圖5所示。32循環(huán)工況的選擇及仿真結(jié)果分析圖4車速變化曲線EUDC，當(dāng)前評價(jià)整車性能的循環(huán)工況主要有ECE-UDDS和HWFET，EUDC循環(huán)工況為主。我國則以ECE-根據(jù)表1所示的車輛參數(shù)，對已建立的整車模型進(jìn)行仿真

12、。仿真結(jié)果如表2所示。在電動車起步階段，車速隨時(shí)間的增加而增塊，上升速度比較緩慢，而在車輛行駛穩(wěn)定后，車速隨時(shí)間的增加而增塊，而且增加得比較迅速，這比較符合電動汽車的行駛規(guī)律；同時(shí)，實(shí)際速度與目標(biāo)速度的誤差控制在2%內(nèi)，）電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是電動汽車動力特性的重要指標(biāo)。電動機(jī)驅(qū)動車輪工作時(shí)，轉(zhuǎn)矩為正值；在汽車制動時(shí)，轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，有效地回收了制動能量，這對電動汽車節(jié)省能量、增加行駛里程非常有意義。從圖中看出，車輛在行駛過程中，轉(zhuǎn)矩輸出變化比較穩(wěn)定，提高了車輛的行駛平穩(wěn)性。車輛的電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電動機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化曲線如圖6和圖7所示。·信息技術(shù)·楊三英，等·基于mat

13、lab的純電動汽車建模及動力特性仿真分析4結(jié)語通過建立以鋰離子蓄電池組和交流異步變頻電動機(jī)驅(qū)動的某純電動汽車動力系統(tǒng)，利用matlab/simulink平臺對整車動力性能進(jìn)行仿真分析。綜上仿真結(jié)果可以看出，該電動汽車在行駛、加速、制動等方面能夠適應(yīng)我國的ECE-EUDC循環(huán)工況，能耗低、效率高，說明該車動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是合理可行的。參考文獻(xiàn)：1AntoniSzumanowski混合電動車輛基礎(chǔ)M陳清泉編譯北2001京：北京理工大學(xué)出版社，2趙興福電動汽車蓄電池的建模與仿真研究D武漢：武漢2004理工大學(xué)，3宮學(xué)庚，齊鉑金，劉有兵電動汽車電池模型和SOC估計(jì)策略J電源技術(shù)，20044張宜華精通m

14、atlabM北京：清華大學(xué)出版社，19995陳清泉孫逢春現(xiàn)代電動汽車技術(shù)M北京：北京理工大2002學(xué)出版社，6韓曉東電動汽車動力電池SOC預(yù)測技術(shù)的研究J汽車技2000術(shù)，7林成濤，電池技術(shù)，等EVSOC估計(jì)方法原理與應(yīng)用J2004，（10）：376-3788PNGVBatteryTestManual，Revision2MAugust19999NJSchoutenMASalmanNAKheirEnergy，ManagementStrategiesforParallelHybridVehiclesUsingFuzzvLogicControlEngPractice2003（11）：171-177圖8是電池的荷電狀態(tài)變化曲線。車輛在行駛過程蓄電池為車輛提供動力，消耗電能驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動；當(dāng)車中，輛進(jìn)行制動時(shí)，車輪由于慣性仍具有一定的動能，此時(shí)，蓄將