唐偉，唐嵐

（西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院，四川成都 610039）

基于ADVISOR軟件的純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能仿真

唐偉，唐嵐

（西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院，四川成都 610039）

在ADVISOR軟件的基礎(chǔ)上，建立某種純電動(dòng)汽車整車模型，分析影響純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的參數(shù)，并獲得電池電容、電池電量對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)性能影響的仿真曲線。仿真結(jié)果表明：該文可為汽車仿真參數(shù)匹配提供參考，并根據(jù)仿真結(jié)果擬合出能量消耗的經(jīng)驗(yàn)公式。

純電動(dòng)汽車；ADVISOR仿真；參數(shù)匹配；經(jīng)濟(jì)性能

0 引言

降低能源消耗和環(huán)境污染已經(jīng)逐漸成為汽車發(fā)展的主要方向，而純電動(dòng)汽車因其能源消耗少、零排放等優(yōu)勢(shì)，其關(guān)鍵技術(shù)逐漸成熟起來。純電動(dòng)汽車發(fā)展腳步之所以緩慢，是因?yàn)槠鋭?dòng)力性能遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)汽車，某些性能較傳統(tǒng)汽車有一定的差距，尤其是動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能。純電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性能主要包括對(duì)其在等速行駛、加速行駛和循環(huán)工況下的能量消耗率和續(xù)駛里程等的計(jì)算，通過仿真獲得相應(yīng)結(jié)果和曲線，分析影響某些參數(shù)對(duì)純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響，并擬合出計(jì)算能量消耗的經(jīng)驗(yàn)公式，由此獲得影響純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)和實(shí)車參數(shù)匹配提供理論參考。

1 純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能分析

純電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性能是在保證動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上，汽車以盡量少的能量消耗行駛的能力，純電動(dòng)汽車以等速行駛、加速行駛和循環(huán)工況下的能量消耗率和續(xù)駛里程來決定經(jīng)濟(jì)性能的優(yōu)劣。純電動(dòng)汽車能量消耗率是動(dòng)力電池存放的電量維持汽車某一工況下運(yùn)行的能力，如單位里程消耗的能量、百公里消耗能量；續(xù)駛里程是指純電動(dòng)汽車從動(dòng)力電池全充滿狀態(tài)開始到試驗(yàn)規(guī)定結(jié)束時(shí)所走過的里程，如以45 km/h行駛的里程等[1]。不同的純電動(dòng)汽車在不同的行駛工況下能量消耗率和續(xù)駛里程可能會(huì)不同，很難用統(tǒng)一的公式進(jìn)行計(jì)算，本文將運(yùn)用ADVISOR建立仿真模型，得出純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和能量消耗率[2]。

2 電動(dòng)車整車仿真模型

以某款純電動(dòng)汽車為原型建立ADVISOR仿真模型，分析影響純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的參數(shù)。以下是昌河某款純電動(dòng)車的部分整車參數(shù)，此純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用永磁直流電機(jī)，動(dòng)力電池采用綜合性能相對(duì)優(yōu)越的鎳氫電池[3]，并應(yīng)用ADVISOR軟件建立其經(jīng)濟(jì)性能仿真模型。

表1 仿真參數(shù)

模型建立：根據(jù)表1中的參數(shù)，利用ADVISOR軟件建立純電動(dòng)汽車的仿真模型，包括車輛選擇、電機(jī)選擇、電池選擇、變速器參數(shù)設(shè)置和其他附件的設(shè)置。

在仿真第二視圖中可以設(shè)置仿真的加速性能參數(shù)和爬坡性能參數(shù)以及道路循環(huán)工況選擇，仿真中道路循環(huán)工況選擇歐洲城市道路循環(huán)工況CYC_ECE_EUDC，原因在于它和我國(guó)很多城市的道路工況很相同，如圖1所示。顯示的是單循環(huán)工況，時(shí)間為1225s，路程為10.93km，平均行駛速度為32m/s。

圖1 歐洲城市道路循環(huán)工況CYC_ECE_EUDC

3 參數(shù)匹配及仿真結(jié)果分析

影響純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的因素很多，模型建立較為復(fù)雜，因此只對(duì)主要的一些參數(shù)進(jìn)行對(duì)比仿真，匹配出使純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能達(dá)到要求的參數(shù)。經(jīng)濟(jì)性能通過能量消耗和續(xù)駛里程兩個(gè)方面體現(xiàn)，其中，由電池SOC值表明純電動(dòng)汽車的能量消耗情況，仿真中會(huì)得到電池SOC值的仿真結(jié)果曲線。

在ADVISOR軟件的第三視圖中能看到仿真結(jié)果曲線，如圖2所示，并分析可能影響純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的參數(shù)。

圖2 昌河純電動(dòng)車仿真結(jié)果

圖2顯示此純電動(dòng)汽車在選定循環(huán)工況下的車速變化和電池荷電狀況（SOC），可以看出車速還是能夠滿足大多數(shù)道路工況要求的車速，SOC值表示電池內(nèi)剩余的電量百分比，它的大小直接決定汽車的續(xù)駛里程。在假想情況下，如果純電動(dòng)汽車一直行駛至其蓄電池內(nèi)電量為零，即SOC值為零時(shí)，純電動(dòng)汽車所行駛的路程就為蓄電池的續(xù)駛里程，但現(xiàn)實(shí)情況蓄電池SOC值還沒到達(dá)零時(shí)就要給其充電。仿真結(jié)果表明其續(xù)駛里程為177.9 km。

3.1 電池電容對(duì)純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性影響

電池的容量是指完全充電的蓄電池在規(guī)定條件下所釋放的總電量，它的選擇會(huì)影響車輛行駛的續(xù)駛里程，同時(shí)也會(huì)影響車輛整車質(zhì)量和行駛的動(dòng)力性要求[4-5]。在上述純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上，仿真參數(shù)設(shè)置中將電池電容分別設(shè)為10，20，30，40，50，60Ah，并在全工況和單循環(huán)工況下進(jìn)行仿真[6]，得到仿真結(jié)果曲線如圖3和圖4所示。

圖3 全工況下電容影響電池soc變化情況

圖4 單循環(huán)工況下電容影響電池soc變化情況

圖3中從左往右、圖4中從下往上的曲線分別表示電池電容為10，20，30，40，50，60Ah在不同工況下純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。由表2可知，在全工況下，隨電池容量的增加純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程也相應(yīng)增加，可以進(jìn)一步表明電池容量對(duì)純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程起到?jīng)Q定性作用。

表2 全工況下的續(xù)駛里程

3.2 電池電量對(duì)純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的影響

電池能量是指在一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下，電池對(duì)外做功所能輸出的電能。相同電池容量的電池模塊組數(shù)越多則電量越大，仿真參數(shù)設(shè)置中，將電池模塊數(shù)分別設(shè)置為30，33，36，40，44，47，50，得到仿真結(jié)果曲線見圖5和圖6。

圖5中從左往右、圖6中從下往上的曲線分別表示純電動(dòng)汽車電池模塊數(shù)為30，33，36，40，44，47，50在不同工況下純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。由表3可以清楚地看到電池組數(shù)越大，續(xù)駛里程越大，但電池組數(shù)越多汽車整車質(zhì)量將增大，又會(huì)影響汽車動(dòng)力性能，然而必須在滿足動(dòng)力性能的前提下研究其經(jīng)濟(jì)性能。

圖5 全工況下電量影響電池soc變化情況

圖6 單循環(huán)工況下電量影響電池soc變化情況

表3 全工況下的續(xù)駛里程

3.3 電機(jī)功率對(duì)經(jīng)濟(jì)性能的影響

電機(jī)作為純電動(dòng)汽車的動(dòng)力部件，它的性能參數(shù)會(huì)對(duì)純電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性能產(chǎn)生影響[7-8]。電機(jī)的參數(shù)很多，下面以不同電機(jī)功率進(jìn)行仿真分析。

圖7 全工況下電機(jī)功率影響電池SOC值情況

表4 全工況下續(xù)駛里程

圖7中從上往下分別表示純電動(dòng)汽車在全工況下電機(jī)功率為10，20，30，40，50 kW時(shí)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。表4可以看出電機(jī)功率越大純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程越小，電機(jī)功率越大汽車的動(dòng)力性能可能會(huì)更好，但其相對(duì)質(zhì)量就越大，需要更多的能量維持運(yùn)行；反而功率越小，電池更多的電能可供行駛，續(xù)駛里程就越大，但是太小了可能又達(dá)不到汽車動(dòng)力性要求。因此電機(jī)功率應(yīng)滿足其能夠勝任動(dòng)力性要求，同時(shí)達(dá)到最經(jīng)濟(jì)最合理。

圖8 純電動(dòng)汽車等速行駛能量消耗與車速關(guān)系

3.4 能量消耗分析

能量消耗作為經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)劣的另一指標(biāo)，因其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)較多，建模較為復(fù)雜，本文由電池荷電狀況反映能量消耗情況。汽車等速行駛所消耗的能量作為另一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，由計(jì)算公式：能量消耗=電池全充滿的電量/總續(xù)駛里程，并通過擬合得到經(jīng)驗(yàn)公式[9]。

經(jīng)驗(yàn)公式：

4 結(jié)束語(yǔ)

仿真中對(duì)評(píng)判純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的指標(biāo)續(xù)駛里程和體現(xiàn)能量消耗的電池荷電狀況進(jìn)行了仿真，從影響續(xù)駛里程和能量消耗的主要參數(shù)入手，取不同的參數(shù)值，最終匹配出能使純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能達(dá)到較好狀況或者匹配要求的參數(shù)。由仿真結(jié)果和曲線可看出這些參數(shù)對(duì)純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性能的影響程度，仿真結(jié)果可以為實(shí)驗(yàn)和實(shí)車參數(shù)匹配提供理論參考。

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Simulating econom ic performance of electric vehicle with ADVISOR

TANG Wei，TANG Lan
（School of Transportation&Automotive Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

On the basis of ADVISOR，this article constructs a kind of electric vehicle model and analyzes these parameters which affect the economic performance of electric vehicle.Moreover，it records these relevant curves between economic performance and battery capacity，battery level and motor power respectively.These results of simulation indicate that itwill contribute to provide reference to vehicles parametermatching.In the basis of these results，empirical formula of energy consumption can be fitted.

electric vehicle；ADVISOR simulation；parameter matching；economic performance

U469.72；F403.7；U468.3；TP391.9

A

1674-5124（2013）03-0113-04

2012-12-11；

：2013-02-05

四川省車輛工程重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目（SZD0410）四川省高?！捌嚬こ虒?shí)驗(yàn)室”（SGXZD9902-10-1）

唐偉（1988-），男，四川廣安市人，碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)槠囆阅軠y(cè)試。