纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略探讨

纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略探讨

朱彬彬, ,梁朝先,朱森

贵州长江汽车有限公司 550029

摘要：电动汽车是一种新型的交通工具，它具有环保、节能等优点,在未来将会有很好发展前景。目前，虽然我国已经拥有纯电动汽车动力电池、电机、电控等重要零部件生产到整车相对完整的产业链，但在动力系统匹配及整车控制策略等方面还有很大提升空间，且很多技术指标是传统燃油车和油电混合车辆所不具备。因此本文将对纯电动汽车动力系统参数匹配及控制策略进行研究探讨。

关键词：纯电动汽车；动力系统；参数匹配；整车控制

引言

  随着现代社会的不断发展进步，汽车产业已经成为世界经济中的重要组成部分，是推动我国国民经济迅速增长，促进科技、教育和文化等方面快速发展不可或缺的动力。同时能源短缺问题也越来越严重。在传统燃油车市场逐渐被电动汽车替代后，新时代电动车行业还是存在着许多弊端与不足之处。因此，为了解决这一系列的矛盾，必须对纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制优化做出研究。

一、纯电动汽车动力系统参数匹配及优化

（一）动力性匹配与优化

  根据传统的汽车动力系统设计，首先确定动力电池组在整车中所起作用，然后再对电动机和发电机进行匹配［1］。目前国内外主要采用的是三级驱动系统。

  第一级是由发动机、变速器及传动轴组成；第二级电机直接与车轮连接；第三级电机通过减速器箱带动大齿轮传动并传递转矩给车身，以实现车辆的能量转换。由于整车控制中所要求的是能够实现电动机与发电机、减速器之间无级变速器的最佳匹配，所以在传动轴和电机上，都要设计有良好性能、稳定可靠、工作效率高、噪声低以及振动小等特点来满足汽车能量回收利用率提高这一目标；同时也可以降低燃油消耗量从而节约资源。

（二）动力系统部件的经济性与节能性优化匹配

  目前，我国纯电动汽车已进入快速发展阶段，但在动力驱动系统中所需要消耗能量大、效率低等问题仍然无法解决。为了能够使电机工作更加高效和经济。所以要充分利用减少发动机废气排放及能量回收［1］。

  通过对整车控制系统进行分析以及研究后发现：首先应该选择合适的电动机功率分配器并设计出一个最优方案；其次就是根据汽车行驶情况合理地调节电动机转速，从而实现最佳燃油经济性以及节能性目标等等；最后就是根据整车性能参数和动力特性，对电动机的功率分配进行优化，使其工作效率更高。同时需要注意的是，在进行控制的时候，不能只考虑电动机功率分配器所产生的燃油消耗量。还需要综合考虑电动机功率分配器所产生的燃油消耗量，并根据电机效率进行优化设计［3］。

（三）整车角度出发对动力系统参数的综合优化

  整车角度出发的优化问题，是纯电动汽车动力性、能量来源和驱动特性三者之间相互影响的一个综合性研究。在对整车进行设计时，应充分考虑到电机类型、电池储能系统等各种因素。目前国内外关于再生制动性能以及功率分配方面主要有两种方法：一种为采用传统燃油发动机作为主动力系统；另一种则为将电动机改为发电机来实现车辆的转矩输出与转速平衡控制（即通过调节电机和传动系中的电压）以达到最佳转向特性。

  从整车的角度出发，主要是指汽车在平顺性和舒适度方面，包括燃油经济性、行驶安全性以及动力稳定性。从能量利用率上看：在纯电动轿车中采用电动机驱动时，可以提高效率并且减少排放污染；其次就是通过电池系统来实现对转矩的有效调节；最后还有一个重要因素就是电机速度控制。对于动力匹配的问题来说，主要是指整车与汽车之间是否存在直接联系关系，通过电机速度控制来实现汽车的动力性。在匹配过程中，需要对整车角度进行优化，以达到提高纯电动轿车行驶安全性和舒适度。

二、纯电动汽车整车控制策略

（一）电动机控制系统

  电动机控制系统由驱动系统和保护电路组成。电机的动力装置是通过改变转矩来控制转速，从而实现变速。

  (1）电动车内部设有电池组，它能对汽车进行充电、放电以及紧急制动等一系列安全动作；同时，也可以根据行驶车速自动调节发电机电压，以满足车辆在不同速度下运行时，能够快速启动及爬坡工作要求；电动机还具有保护电路功能：当电机过载或者短路故障时，通过检测系统发出警报声来提示操作人员。(2）电动机控制系统的主要功能是对电池组和发电机进行保护，当发生故障时，通过检测系统发出警报声来提示操作人员。(3）电动机控制系统的控制电路主要是通过检测电池组电压和电流，从而达到保护电机安全运行目的。电动机控制系统由驱动系统和保护电路组成。电机控制模块主要有：PLC、DSM以及变频器等。

（二）能源系统控制

  纯电动汽车的能源系统控制主要是指对电机控制系统、BMS电池管理系统和能量管理进行设计。目前，我国在动力电池仍面临密度低、成本高等问题，因此需要加大研发力度。

  (1）加强电机控制系统的开发研究：为了提高电动机运行时效率以及可靠性，并降低污染排放量等问题，提高其功率驱动能力及节能环保性能；通过不断地优化传动系统来达到最佳工作状态，从而最大限度减少电能消耗和污染。在电机控制系统中，需要对电动机的运行状态进行实时监测，并根据检测结果来优化控制策略，以达到最优效果。(2）BMS电池管理系统：目前世界上有很多电池管理软件系统。蓄能系统控制策略在电动汽车中尤为关键，它通过对电动机运行状态进行实时监测，并根据检测结果来调整相关参数以达到最佳性能。

（三）辅助系统控制

  在纯电动汽车的整个系统中，辅助设备是非常重要的。因为它能有效地控制电机、电动机和发动机三者之间所产生作用。

  电机控制系统当启动时，电动机能够自动调节输出转速；当停止时则可以使其保持稳定运转状态；而在使用过程中，需要对传动装置进行相应调整来保证车辆运行平稳性以及安全性等要求。因此，为了确保纯电动汽车的动力性能及稳定性，要采用先进可靠的驱动控制技术。发动机控制系统是纯电动汽车的核心。为了确保其在正常工作时能够保持稳定运转，必须要对电动机进行合理控制，从而保证电机可以安全的启动和加速、减速以及启动怠速等一系列操作来实现车辆的平稳运行。所以在设计中，应尽量采用先进可靠且价格低廉，并且易于使用的材料。

（四）制动能量回馈控制

  制动能量回馈控制就是通过对电动机的转速和转矩以及油压等参数进行调解，使汽车能够保持稳定行驶以尽可能少消耗燃料。目前常用的是基于电机定子电流计算出来的能耗控制方法。

  利用霍尔元件、测速发电机、变频器及电力电子开关器件组成了电动车用电池模型来实现车辆速度闭环控制系统，并将其与制动能量回馈系统结合起来，构成一个完整的制动力监控网络；利用变频器和电机定子电流计算出的能耗控制系统，通过控制制动能量来达到对电动机进行有效调节，使车辆能够在最佳工作状态下行驶。

结语

  本文通过对纯电动汽车动力总成系统的研究，结合国内外电池、电机、电控等关键零部件，进行了能量匹配及优化分析。主要结论如下：目前，我国纯电动车已进入快速发展阶段。随着我国经济水平不断提高和人民生活质量要求进一步提升，人们对于车辆环境更加重视程度加深；同时，在能源短缺问题严重情况下，电动汽车作为一种节能环保型交通工具，逐渐受到消费者青睐，从而得到迅速推广应用，并取得良好成效，为实现“绿色交通”做出贡献。因此，纯电动汽车的发展前景十分广阔。

参考文献：

[1]张欣.传统燃油车的电动化改制方案研究[J].交通节能与环保，2021，17(02):31-34.

[2]罗兰贝格管理咨询公司、中国电动汽车百人会. 未来新能源汽车供应链如何变革？[N]. 新能源汽车报，2020-09-28(010).

[3]李文婷.新能源电动汽车电机驱动系统性能研究[J].时代汽车，2020(09):91-92.

个人简介：姓名：朱彬彬；出生年月：1986年6月 ；性别：男；籍贯：贵州凤冈；民族：汉；学历：本科