纯电动汽车动力系统参数匹配设计及优化◎姚泳

发展新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（PEV）以及燃料电池汽车（FCEV）是实现我国能源安全和环境保护以及中国汽车工业健康可持续发展的必然趋势。纯电动汽车以车载二次电源作为储能方式，以电动机为动力装置驱动车辆行驶，相比混合动力汽车而言，具有零排放、低噪声且结构简单等特点。本文以满足动力性需求为前提，以提高整车经济性并降低整车成本为目标，在动力系统部件特性分析结果的基础上，探索纯电动汽车整车动力系统参数匹配技术的关键。在满足续驶里程约束的前提下满足整车系统目标；充分考虑工况和系统效率对整车性能的影响，提出对动力系统参数进行了综合寻优操作，在手动整定方法基础上进一步提高了整车的经济性潜力。

一、动力系统参数匹配目标

根据纯电动整车的基本性能要求以及用户和市场的接受度影响因素，综合确定纯电动汽车动力系统参数匹配目标如下：

1.动力性约束。

整车动力性是整车驾驶性能的基本保证，关系到驾驶员的直观操作感觉。因此，应考虑满足整车动力性指标要求，确保整车能够达到基本的动力性指标，如最高车速、加速时间以及爬坡度等。

2.经济性提高。

整车经济性体现了纯电动整车的能耗水平，是评价纯电动汽车技术水平的关键指标之一，尤其是纯电动汽车搭载能量有限，通过参数匹配的方式提高整车经济性潜力至关重要。

3.降低成本。

整车成本问题是制约动纯电动汽车产业化发展和市场推广的一个主要因素，尤其是纯电动汽车需较多的电池以满足功率和能量的要求从而导致电池数量增多、初始配置成本较高，而且动力电池循环使用次数受到使用制度的极大影响，往往先于整车而提前“报废”从而不得不更换电池导致维护和使用成本的大大增加。因此，应从初始配置成本和维护使用成本两方面予以考虑，在满足整车需求的情况下，通过合理匹配动力系统参数，达到降低成本的目的，提高市场及用户的接受度。

二、动力系统参数匹配任务

系统参数匹配的主要任务是确定动

力系统部件的选型和参数确定，也就是电

机系统、电池系统以及变速器的样式和他

们的关键特征参数的设定。

1.电机系统。

永磁同步电机已基本成为纯电动轿

车的主流电机型式，尤其是我国还兼具稀

土资源丰富的资源优势。对电机系统的参

数匹配关键在于对峰值功率、峰值转矩、基

速、最高转速、额定转速、额定功率等主要

特征参数的确定。

2.电池系统。

磷酸铁锂电池具有较好的热稳定性

和安全性，且具有较大的资源和成本优势，

因而仍将其作为动力电池的目标型式。而

电池系统的参数匹配主要表现为对电池

容量和节数的配置，另一方面还应根据容

量和续驶里程指标要求综合确定放电深

度（DOD），并将作为整车对电池的关键控

制参数之一。

3.变速器。

根据两档变速器的优势和应用趋势，

选择两档变速器作为变速器匹配的基本

型式，而参数确定的关键则主要在于两档

速比的确定。

三、动力系统参数匹配原则

根据动力系统参数匹配的目标要求，

在满足动力性的前提下，提高经济性并降

低成本是参数匹配的关键。通过比对分

析，纯电动汽车整车整备质量对能耗敏感

度较高，降低整备质量能够有利于能量利

用率的提升，从而提高整车经济性；另一方

面，动力系统部件体积和质量的降低也基

本可以标志着自身成本的降低，因此，通过

动力系统参数匹配实现整车整备质量的

降低能够获得兼顾经济性和成本的双重

目标，应将整车降重作为关键的匹配原则

之一。同时，将实际工况作为参数匹配的

重要输入条件之一，以整车实际行驶工况

下的续驶里程及能耗水平作为目标实现

动力系统参数的合理配置，也是提高整车

经济性的一个重要手段。另外，从整车需

求角度进行动力系统的参数匹配不应忽

视现有的部件供应体系和资源优势，应在

充分考虑现有资源的基础上，优化动力系

统参数的配置，对供应商提出更为切实可

行的技术需求，以尽可能降低系统优化和

整车开发成本。

四、动力系统参数匹配方案

基于动力系统参数匹配的目标和原

则，根据执行过程的繁简程度不同，制定以

下两种参数匹配优化方案。

1.“整备质量最小”手动参数整定优化

方案。

基于整备质量对整车性能影响的重

要性，确定以降低整车整备质量主要调参

目标，以动力性需求为切入点，以保证单次

充电续驶里程和动力电池全生命周期续

驶里程为主要约束条件，通过流程计算及

手动参数整定的方式完成纯电动汽车整

车动力系统关键特征参数的优化配置。其

中，该方案的特点是突出“降重”的核心思

想，并将单次充电续驶里程和动力电池全

生命周期里程作为主要的约束条件参与

动力系统关键参数的整定过程，以实现动

力系统参数合理匹配的目的。其他关键参

数主要包括电机系统额定参数以及传动

系统参数的确定。

2.“全局优化”匹配方案。

手动参数整定方案主要侧重对整备

质量的优化，而未充分考虑行驶工况运行

效率对经济性的优化潜力，针对此，提出全

局优化方案，将整车经济性以及整备质量

作为综合优化目标，以动力性为约束条件，

建立优化软件和纯电动整车性能仿真软

件相联合的参数优化机制，将动力系统参

数作为优化变量，对其进行综合寻优操作，

实现动力系统参数的全局优化，以最大程

度发挥动力系统参数匹配对整车性能提

升的潜力。该方案主要基于迭代优化的思

想，考虑了实际运行工况以及部件效率特

性对整车性能的影响，以优化软件作为调

参工具，并借助纯电动整车性能仿真软件

平台计算性能评价指标，引导优化行为的

实现。其中，优化软件主要解决根据目标函

数的运算结果选择并迭代更新优化变量

的任务；而纯电动整车性能仿真软件则主

要是接受优化软件赋予的各变量值，并解

决优化问题各性能指标及约束条件计算

等任务。以此逐步迭代找到满足要求的最

优参数组合，实现动力系统参数的全局优

化设计。

（作者单位：牡丹江市清雪服务中心

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