纯电动汽车驱动系统的建模仿真研究

• 作 者: 张天鹏
• 出 处: 吉林大学
• 发表日期: 2020年08期
• 关键词: 电动汽车 驱动系统 建模仿真 参数辨识

近年来,电动化以及清洁化已成为汽车行业发展的主流,新能源汽车也已成为汽车领域发展的重中之重,而纯电动汽车(Electric Vehicle,EV)作为一种将电动技术与整车技术相结合的新型汽车,虽然有着很好的发展前景,但同样也面临着众多的挑战。驱动系统作为整车的动力核心,它的性能好坏会直接影响汽车的动力性能及续驶里程,因此,设计出满足电动汽车整车需求的驱动系统具有很大的现实意义。对于电动汽车来说,它的驱动系统主要由电机系统和电池系统两部分组成,本文主要选择了应用最广的永磁同步电机及锂离子电池作为研究目标,主要工作内容包括:(1)基于某款实车EV的整车参数,从其对动力性能的实际需求出发,确定其驱动系统需求匹配的动力学参数指标;基于搭建的实物电机、电池系统测试平台,测量选型电机的特征曲线。(2)分析了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)基于坐标变换的数学模型和矢量控制基本原理,基于PMSM数学模型,搭建了PMSM仿真模型;通过电压空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)技术控制电机电压变化;结合最大转矩电流比(MTPA,maximum torque per ampere)、超前角控制技术和最大功率弱磁控制三种控制方法帮助永磁同步电机系统调速;基于Simulink搭建PMSM的闭环调速系统模型验证PMSM控制方法的精确性。(3)列举并说明电池的几种建模方法,对比分析了常用SOC估算方法的优缺点;分析自适应扩散卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter,AEKF)的数学方程,建立AEKF的剩余电量(State of Charge,SOC)估算模块,并基于等效电路模型方法,在传统的二阶RC电路电池模型的基础上,搭配AEKF的估算模型,得到方便设计参数且SOC估算精度较高的Simulink锂电池系统模型;通过实物电池测试平台,对选型单体电池进行参数辨识,并通过脉冲恒流放电试验验证电池系统模型精确性。(4)基于选型实车整车参数,应用Simulink搭建EV的整车模型,通过对NEDC、FTP-75、UDDS三种工况下的整车模型仿真试验,得到PMSM系统模型和锂电池系统模型的理论输出和仿真输出参数曲线,验证了所建电机系统模型和电池系统模型满足整车设计要求,且可以较好的满足整车在不同车速下对动力的需求。基于本文所做研究可以得出如下结论:(1)论文所建永磁同步电机模型可以快速完成转速跟随和转矩跟随工作,可以满足整车模型调整车速对电机转速的需求;(2)电池参数辨识试验效果良好,依据试验数据建立的锂电池模型响应快,SOC估算精度高,可以为电机模型的运转提供正常稳定的电压;(3)论文所建整车模型可以完成NEDC、FTP-75、UDDS三种工况下的车速跟随仿真试验,且仿真输出车速与目标车速理论值接近,同时,整车模型中电机模型的转矩和转速以及电池模型的电流、电压和SOC也与理论实际值接近。因此,可认为本文针对某款电动汽车设计的驱动系统仿真动力性能良好,可以整车满足道路需求,对日后实车生产改造有较大的参考价值。