引言

為了解決世界的能源和環(huán)保問題，電動汽車的研發(fā)倍受關(guān)注。但我國電動汽車的研發(fā)工作，大多建立在對現(xiàn)有燃油汽車進行改裝設(shè)計的基礎(chǔ)上完成的。因此，為了研制出經(jīng)濟、實用的電動汽車，利用先進的仿真技術(shù)對其性能進行仿真分析是非常必要的。本文在對某微型燃油汽車底盤進行改裝設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用ADVISOR仿真軟件對其性能進行仿真分析，從而為該微型電動汽車的設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化提供參考。

1　動力系統(tǒng)設(shè)計及主要部件選擇

電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車的真正區(qū)別在于動力系統(tǒng)。電動汽車是用電力驅(qū)動車輛，由蓄電池供電，通過電動機及控制器將電能轉(zhuǎn)化為機械能來驅(qū)動整車。由某微型燃油汽車底盤改裝設(shè)計的微型電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

作為電動汽車的動力源蓄電池，是電動汽車的關(guān)鍵部件，決定著電動汽車的多方面性能。目前正在使用的蓄電池種類很多，如鉛酸蓄電池、鎳鉻蓄電池、鎳氫蓄電池等。其中鉛酸蓄電池具有通用、技術(shù)成熟、廉價、比能量適中、高倍率放電性能好、高低溫性能良好等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。

電動機及驅(qū)動系統(tǒng)將蓄電池的能量轉(zhuǎn)換為車輪的動能，或者將車輪上的動能反饋到蓄電池中。目前正在應(yīng)用或開發(fā)的電動汽車電動機主要有直流電動機、交流感應(yīng)電動機、永磁無刷直流電動機和開關(guān)磁阻電動機等。而永磁無刷直流電動機不僅具有較高的重量比功率，而且集電動、發(fā)電及制動功能于一體，效率高，控制靈活，得到電動汽車領(lǐng)域內(nèi)廣泛關(guān)注。

故本文選用以鉛酸蓄電池組和無刷直流電動機等部件構(gòu)成的動力系統(tǒng)來替代原燃油微型汽車的內(nèi)燃機和油箱。

2　仿真模型的建立

2.1　蓄電池系統(tǒng)仿真模型

本文建立的鉛酸蓄電池系統(tǒng)仿真模型如圖2所示。該模型描述了儲存在蓄電池內(nèi)的能量接受請求功率，從蓄電池中返回可用功率或?qū)嶋H功率的過程。

它主要包括以下模塊：

1）開路電壓和內(nèi)阻的計算模塊。在電動汽車仿真中，最常見的蓄電池模型是內(nèi)阻模型。該模型將蓄電池看成一個理想電壓源串聯(lián)一個內(nèi)阻的等效電路，其電壓特性為：

式中：Voc為開路電壓（V）；U為電池工作電壓（V）；R為電池等效內(nèi)阻（Ω）。
由（1）式可計算出在給定荷電狀態(tài)（SOC）和請求電池功率狀態(tài)下的開路電壓Voc和內(nèi)阻R。

2）電流計算模塊。電流計算是通過一個二次方程求解得到的，即：

式中P為功率。

3）功率限制模塊。此模塊用來限制請求功率不得超過電池功率。

4）SOC運算模塊。荷電狀態(tài)（SOC）的數(shù)值可用下式計算：
SOC=（初始電量-已用電量）/初始電量 （3）
其中，已用電量采用安培時間積分法計算。

5）熱量模塊。在電動汽車行駛和充放電時，熱量模塊主要用來預(yù)測以時間為函數(shù)的電池溫度。

2.2　電動機及驅(qū)動系統(tǒng)仿真模型

電動機及驅(qū)動系統(tǒng)的建模基礎(chǔ)是電動機的電壓、轉(zhuǎn)矩、功率的平衡方程和運動特性方程。若假定繞組完全對稱、主電路電流連續(xù)、磁阻恒定、忽略粘性摩擦，則可得到無刷直流電機的電壓平衡方程：

式中：ua、ub、uc分別為定子相繞組電壓（V）；ia、ib、ic分別為定子相繞組電流（A）；ea、eb、ec分別為定子相繞組電動勢（V）；R為每相繞組的電阻（Ω）；L為每相繞組的自感（H）；M為每兩相繞組間的互感（H）。

根據(jù)電壓平衡方程式（4）可以得到電動機的等效電路圖，如圖3所示。

這樣，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩tem為：