广州能达电源技术有限公司纯电动汽动力总成系统选型匹配计算方法研究
导语：本文以某纯电动汽车为研究对象，依据整车设计目标对其动力总成系统进行选型匹配，并利用Cruise软件进行整车仿真模型的建立及仿真分析，验证选型匹配方案的合理性。
1 动力总成系统选型匹配计算
纯电动汽车的动力总成系统主要由驱动电机、动力电池、传动系统以及控制系统构成。其结构简图如下图所示。
为了对纯电动汽车的选择和配置，可以明确整车参数及所要求的性能指标。具体参数见表1-2。
1.1 驱動電機選擇計算
1.1.1 最高轉速及基速
可以通過以下公式得出最高轉速：
nmax = (2 × π × r / R) / (60 × ηt)
其中r為車輪半徑，R為傳動比。
根據這個公式可以得到電機最高轉速nmax=2274.04r/min；電動機最高轉速與額定轉速之間存在一個恒功率區域系數β，用於表示這兩個值之間關係。
使用這個關係可以得出電機基速度n0：
n0 = β × nbase
其中nbase為額定轉速。因此，我們取了2500 r/min和780 r/min作為我們選擇中的最小和最大值。
表1 纯电动汽车整车参数
表2 整车性能指标
1.2 動力儲存體選擇計算
動力的儲存體（如蓄電池）的最大輸出功率應滿足整車驅動需求及其附件所需：
Pbmax = Pmmax + Pas / ηm * ηme
其中Pbmax是蓄電池組輸出的最大功率，Pmmax是驅動系統峰值功率需求；Pas是車輛在加載情況下在平坦路面行駛時使用其他設備（如空調）時消耗的平均功率；ηm是驅動系統效率；ηme則是蓄電池放電效率。
經過此類似計算後，可得知純粹推進汽車需要輸出的最大功率約23997 kW。
另外，這部純粹推進汽車搭載的大容量儲能裝置將會影響整部汽車的重量，並增加成本。但我們必須對它進行正確地配置，以提高整部汽車性能。
蓄能裝置設定為5376V，並使用等速度法（40公里/小時）來反向計算適當大小。
已知續航里程設計目標D=160公里，以及完整無缺陷工作狀態下的驅動系統傳送效率ηT、驅動系統效率ηe、充放電深度etaeb，以及總容量E（千瓦時），該純粹推進汽車在40公里/小時間穩定行駛時輸出的功率為20.83kW，而根據能量守恒原理可獲得以下公式：
E = D * etaeb * etaT * etaM / (etaeM - etaeb)
簡化後得到：
E = D * P40 / ((etaeM - etaeb) * Tc)
在已知所有參數的情況下，這裡E可被直接算出來並用現有資源選擇適當大小儲能裝置總儲存能力11592 kWh。
模型建立与仿真分析
我們使用了Cruise軟件来创建一个完整无缺陷工作状态下的整个模拟模型。这是一个灵活且模块化的工具，它允许我们根据任意结构形式创建任何类型汽车传输机制并进行建模和模拟，同时提供快速运算速度和精确计算保证了结果质量。此外，该软件还允许我们输入各种各样的参数，如图3所示：
图3 加速度过程中的时间、距离与加速度关系图
基于这些数据，我们可以确定我们的选择是否满足设计标准。在这个例子中，我们发现该纯净推进客轮在加速至50公里/小时时，从静止开始加到50公里/小时只需要14秒，这个时间比我们的设计目标短，所以这符合我们的要求。而对于爬坡能力，也同样通过测试证明了它能够满足设计标准，即当车辆处于20公里/小时时，在19%以上的地形上也能够稳定前进，这也是符合预期的一种表现。此外，还有关于经济性方面的情况，我们通过多种不同情况下的测试，对比着实际数据与理论预测，有助于进一步优化未来产品设计，使其更加符合市场需求，并达到更好的经济效果。
