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基于不同母線電壓的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)性能分析

作者:夏榮鑫(奇瑞新能源汽車股份有限公司,安徽 蕪湖 241002) 時間:2020-07-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:基于某款峰值功率為55 kW的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng),在母線電壓為340~750 V的范圍內(nèi),分別對比分析了5種不同電壓下驅(qū)動系統(tǒng)的扭矩特性、功率特性和效率。分析結(jié)果顯示,當驅(qū)動系統(tǒng)處于欠壓狀態(tài)時,進入高速弱磁區(qū)后輸出能力大幅降低,反之,母線電壓的提升對驅(qū)動系統(tǒng)的輸出能力無影響。另外,母線電壓的提升會明顯提高驅(qū)動系統(tǒng)的高效區(qū)面積,以及整車NEDC工況下的平均效率。


本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202007/416120.htm

0   引言

當前,國內(nèi)外均在大力發(fā)展。作為的核心零部件[1-2],其性能直接影響的動力性、經(jīng)濟性及可靠性。隨著動力電池技術(shù)的發(fā)展,電動汽車的續(xù)航里程也在不斷地提升。動力電池在不同SOC(荷電狀態(tài),State of Charge,簡稱SOC)狀態(tài)下的輸出電壓也不同,這就導致需要工作在不同的電壓下,且隨著電池容量的提升,電壓范圍也在不斷地擴大。

為了保證在整個電壓范圍內(nèi)均能獲得較好的性能,本文基于一款55 kW的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng),通過對不同下的效率進行測試分析,評估其在動力電池不同SOC狀態(tài)下的效率,為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計、動力電池輸出電壓范圍的設(shè)計、整車電壓平臺的選擇等提供一定的參考。

作者簡介:夏榮鑫(1986—),男,工程師,主要從事新能源汽車工作,E-mail:531322781@qq.com。

1   驅(qū)動系統(tǒng)主要參數(shù)

電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)主要由減速器、驅(qū)動電機、MCU(電機控制器總成,Motor Controller Unit,簡稱MCU)構(gòu)成[3],因減速器主要為機械傳動部件,與電壓的大小無關(guān),本文主要分析不同電壓對驅(qū)動電機和MCU的性能影響,下述電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)均指驅(qū)動電機和MCU。

本文基于一款峰值功率為55 kW的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)進行分析,其具體參數(shù)如表1所示,峰值外特性曲線見圖1,驅(qū)動電機為永磁同步電機。MCU的直流范圍為340~750 V,分別對340 V、480 V、540 V、650 V、750 V五種不同電壓進行單獨測試分析。

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圖1 驅(qū)動系統(tǒng)峰值外特性曲線

2   

2.1 扭矩特性分析

圖2所示為MCU分別為340 V、480 V、540 V、650 V、750 V下的驅(qū)動系統(tǒng)實測峰值扭矩曲線。當母線電壓達到540 V時,其峰值扭矩性能達到設(shè)計的標稱值,當母線電壓低于540 V時,因電壓偏低,受永磁電機反電動勢的影響,導致進入高速弱磁區(qū)間后電流下降,扭矩輸出能力對應(yīng)下降。在母線電壓為340 V時,驅(qū)動系統(tǒng)處于欠壓狀態(tài),拐點后的扭矩輸出能力下降幅度達到46%,對驅(qū)動系統(tǒng)的性能影響較大,母線電壓為480 V時,轉(zhuǎn)速在4 500 r·min-1后的深度弱磁區(qū)內(nèi)扭矩輸出能力下降,降幅約為20%。

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圖2 不同母線電壓下的峰值扭矩曲線

2.2 功率特性分析

圖3所示為MCU母線電壓分別為340 V、480 V、540 V、650 V、750 V下的驅(qū)動系統(tǒng)實測峰值功率曲線。與扭矩特性一樣,當母線電壓達到540 V時,其峰值功率性能達到設(shè)計的標稱值,當母線電壓低于540 V時,峰值功率輸出能力出現(xiàn)衰減。當母線電壓為480 V時,轉(zhuǎn)速超過4 500 r·min-1后,峰值功率輸出能力降低約18%。當母線電壓為340 V時,峰值功率輸出能力降低了約42%。

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圖3 不同母線電壓下的峰值功率曲線

2.3 效率分析

表2所示為不同母線電壓下的驅(qū)動系統(tǒng)最高效率、平均效率和高效區(qū)面積(效率≥90%)的對比,除了最低電壓和最高電壓2種工況下,其它電壓下的最高效率和平均效率基本相當。但是,隨著母線電壓的升高,高效區(qū)面積具有明顯的提升,這對整車的能耗具有較大的貢獻。

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將電動汽車NEDC(新歐洲駕駛周期,New Europe Driving Cycle)循環(huán)工況[4]中的工作點分解為對應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和扭矩,利用Matlab軟件插值法計算得到驅(qū)動系統(tǒng)的NEDC工作效率。圖4所示為在5種電壓下的MCU母線電壓的驅(qū)動系統(tǒng)NEDC工作效率。

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圖4 不同母線電壓下的NEDC工作效率

由圖4可得,母線電壓為340 V時,驅(qū)動系統(tǒng)的NEDC工況下的平均效率為86.77%;母線電壓為480 V時,驅(qū)動系統(tǒng)的NEDC工況下的平均效率為88.59%;母線電壓為540 V時,驅(qū)動系統(tǒng)的NEDC工況下的平均效率為88.71%;母線電壓為650 V時,驅(qū)動系統(tǒng)的NEDC工況下的平均效率為89.27%;母線電壓為750 V時,驅(qū)動系統(tǒng)的NEDC工況下的平均效率為87.37%。由此可見母線電壓為340 V時的效率最低,母線電壓為650 V時的效率最高,與驅(qū)動系統(tǒng)單體的效率表現(xiàn)一致。

3   結(jié)論

本文基于一款峰值功率為55 kW的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng),在母線電壓為340~750 V的范圍內(nèi),進行了不同電壓下對應(yīng)的扭矩特性、功率特性、效率等性能特性的對比測試和分析,得出如下結(jié)論:①當驅(qū)動系統(tǒng)的母線電壓過低處于欠壓狀態(tài)時,進入高速弱磁后電機的輸出能

力大幅降低,當電壓滿足要求時,繼續(xù)提升電壓不影響電機的輸出能力。②母線電壓的提升對驅(qū)動系統(tǒng)的最高效率和平均效率無明顯改善,但會提升電機的高效去面積,同時也會提升整車NEDC工況下的平均效率,實現(xiàn)整車能耗的降低。

參考文獻:

[1] 李超.電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢淺談[J].內(nèi)燃機與配件, 2020(6):96-98.

[2] 劉建春,王吉全.純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)工作效率優(yōu)化分析[J].汽車工程師, 2019(7):45-47.

[3] 姚學松.一種增程式電動汽車動力系統(tǒng)能耗分析[J].電子產(chǎn)品世界, 2020,27(3):82-84.

[4] 姚學松,沙文瀚,杭孟荀,等.NEDC工況下電動汽車雙電機驅(qū)動系統(tǒng)能耗分析[J].寧夏工程技術(shù), 2018,17(3):235-238.

(本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年8月期)



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