纯电动汽车车用电源系统设计

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1、纯电动汽车车用电源系统设计热度：263  日期:13-02-20,10:15AM 来源:     　　纯电动汽车的结构相对简单，只有一个能量来源——动力电池，所以电源系统的设计相对也比较简单，本节以一种纯电动公交车的电源系统设计来进行说明。 　　1．整车设计要求 　　整车设计参数如表9-1所示。 　　整车行驶工况满足表9-2中国典型城市公交车行驶工况要求。 　　动力电源系统分布在车辆两侧四个相同的空间内（原行李箱位置）。 　　2．电源系统设计 　　(1)确定车辆的功率需求 根据汽车理论，汽车功率平衡关系应满足式(9-1)。 （9-1）　Pv—

2、—车辆需求功率，kW； 　　g——重力加速度，m／S2； 　　m——车辆满载质量，kg； 　　i——道路坡度； 　　δ——旋转质量换算系数； 　　du／dt——加速度，m／s2； 　　ua——车速，km／h； 　　η——传动系统效率； 　　A——车辆迎风面积，m2； 　　fr——滚动阻力系数； 　　CD——风阻系数。 　　在启动加速、爬坡、最高车速三种情况下车辆的需求功率是最高的，分别计算这三种情况下车辆的需求功率，选择功率要求最大的作为车辆的需求功率。 　　最高车速μmax对应的车辆功率需求Pv1为： （9-2） 　　最大爬坡度am对应的车

3、辆需求功率Pv2为： （9-3） 　　原地起步加速到指定加速时间T如式9-4所示，可以计算出给定全力加速时电动汽车电机对应于车速ua的需求功率Pv3。 （9-4）由式(9-2)~式(9-4)以及表9-1与表9-2中的数据，可以得到车辆的最高车速、最大爬坡度和全力加速时车辆对应的功率需求，分别为98.7kW,91.8kW、65kW。 　　纯电动汽车的电机的功率应能同时满足汽车对最高车速、加速度及爬坡度的要求，所以电动机的额定功率为： （9-5） 　　国家标准推荐的电机功率等级为5.5kW、7.5kW、11kW、15kW、18.5kW、22kW、

4、30kW、37kW、45kW、55kW、75kW、90kW、110kW、132kW、150kW、160kW、185kW、200kW及以上，并符合GB／T4772.1-1999的要求。根据式(9—5)计算结果以及车辆辅件的功率需求，电机额定功率可以选定为110kW。电源系统的功率应不低于P，即应大于110kW。 　　(2)确定系统电压范围 根据整车所选择的电机，确定电源系统的标称电压及电压应用范围。 　　采用合理的高电压设计，可以减小电机逆变器的成本和体积，并且有利于控制总线的工作电流在一定范围内，从而保护电源系统。同时，总线电压越高，驱动电机

5、能够输出的最大电磁转矩和最大功率数值也就越大，车辆动力性能好。但直流总线的最高电压也不能过高，否则会对功率逆变器中的功率开关器件造成较大的冲击，总线电压不能超过IGBT决定的电机最高允许电压限制。 　　国标中推荐的电动汽车电机的电源电压等级为：120V、144V、168V、192V、216V、240V、264V、288V、312V、336V、360V、384V、408V等。 　　标准要求电机及控制器必须能在电源电压为120%额定电压值下安全承受最大电流。另外，电机在电源电压降为75%额定电压时，应能在最大电流下运行（不要求连续运行）。对于最低

6、电压，比较稳妥的是保证直流总线电压不低于电机额定电压的80%。 　　以整车采用360V的电机为例，电源系统的正常工作电压应在288~432V。 　　根据采用的不同的电动汽车电池类型，来确定电源系统的标称电压。 　　选用纯电动车常用的LiFePO4体系的锂离子电池，单体电压正常应用范围一般在2.5~3.6V，串联电池数量为115~120只，选用120只串联的系统，电源系统标称电压为384V。若选用锰酸锂体系的锂离子电池（其正常应用电压范围为2.9~4.1V），则选用100只电池串联的系统，标称电压为360V。(3)电源系统最大输出功率与电流的确

7、定 上面确定电机功率为110kW，假设电机转换效率及控制器效率分别为0.9及0.95，电子附件、空调等功率8kW，则电源系统需求的最大功率为： （9-6） 　　根据车辆设计的最长爬坡时间、加速时间等，来确定电源系统的功率需求。 　　以LiFePO4电源系统为例，要求输出功率137kW。系统标称电压384V。系统在大功率输出情况下的电压会下降比较大，一般以低于标称电压10%来计算。 　　则系统要求最大输出电流为： （9-7） 　　即系统应当在此电流下持续所要求的时间，若连续爬坡要求时间为30s，则此电流下至少需要30s的持续时间。纯电动车应在3

8、0%SOC下能承受此电流下的持续时间。 　　在电源系统设计时，还注意要保留一定的设计冗余。随着车辆的使用，电源系统逐渐老化，式(9-6)、式(9-7)计算的最大电流