电动汽车驱动系统效率优化分析.pdf
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1、汽车论坛1492023.7电动汽车驱动系统效率优化分析吴启帆(江西环境工程职业学院 江西 赣州 341000)摘要:随着汽车行业的快速发展,电动汽车作为一种新型的环保交通工具,越来越受到人们的重视。驱动系统是电动汽车的重要组成部分,直接影响车辆的性能、续航里程和用户体验。该文介绍电动汽车驱动系统工作原理,并对电动汽车驱动系统的效率优化策略进行探讨,以提高电动汽车的能量效率,实现电动汽车驱动系统的优化。关键词:电动汽车;驱动系统;效率优化作者简介:吴启帆,江西环境工程职业学院助教,研究方向为机械工程。电动汽车的发展对应对环境污染和气候变化问题具有重要意义。与燃油汽车相比,电动汽车更加环保,能在一
2、定程度上改善空气质量。此外,电动汽车可以利用可再生能源驱动,如太阳能、风能等,实现零碳出行,对实现低碳、可持续交通具有重要作用。然而,电动汽车目前仍存在里程焦虑、充电不便等问题,因此必须优化电动汽车的关键技术,尤其是其驱动系统,以提高电动汽车性能、充电速度,延长电动汽车续航里程,从而为车主提供更好的使用体验1。具体而言,在提升电动汽车驱动系统效率的过程中,需要各个环节协同创新,对电池、电机、传动、控制等方面进行综合优化,最大限度地减少能量转化中的损耗,全面提升从电能到机械能的转换效率,以达到更优的综合性能。1 电动汽车驱动系统工作原理及其效率相关概述1.1电动汽车驱动系统工作原理驱动系统是电动
3、汽车的核心部件,其工作原理:高能量密度的电池组释放电能,并且电能通过驱动系统的各关键部件进行转换和传递,最终驱动车轮产生机械能,推动汽车运行。电池组是电动汽车驱动系统的能量源。一般而言,电池组由多个小容量二次电池组成,采用锂离子、磷酸铁锂等电池技术,可输出高达数百伏的电压。放电时,电池组中的电化学反应释放出电子,形成电流传递能量。第一,电池组输出的直流电经过汽车上的电子控制器进行调节,然后进入驱动电机。驱动电机通常采用高效的三相交流异步电机或同步电机,其吸收电能并转换为机械能,产生转矩驱动传动机构和车轮。通常,对电机设计进行优化,可以让能量转化效率达到 90%以上。第二,电机输出的转矩通过传动
4、机构传递增强,并驱动车轮。传动系统通常包括减速器、差速器、驱动轴等,而且电子控制的离合器可实现机械与电力传动的切换。复杂的传动系统可以使电机高速低扭矩的输出与车轮低速高扭矩的需求相匹配2。第三,车轮获得转矩后可推动汽车运行,同时在制动时,车轮转动会反向驱动电机发电,实现能量回收,给电池组充电,从而延长续航里程。电动汽车还会装配复杂的电子控制系统,对电池、电机、传动机构的工作进行精密控制,优化各部件的协调运转,提高驱动系统的综合效率和性能3。1.2电动汽车驱动系统效率相关概述1.2.1电动汽车驱动系统效率定义和计算方法电动汽车驱动系统效率指的是电池组储存的电能转换为机械能推动汽车行驶的效率,即车
5、辆行驶过程中获得的机械能和电池组在此过程中放出的电能的比值。其中,机械能可以通过对车辆的行驶里程进行计算获得。电池放电的电量可以通过监测充电前后电池的状态电量变化来确定,也可以通过测试充电过程中电流积分获得。为了精确计算系统效率,需要在仪器测量下进行标准的路试,统计车辆在规定行驶条件下的行驶里程数值,以及电池组在整个过程中放出的电量。这样可以获得比较准确的驱动系统效率数值。同时,也可以在简化条件下做功率估算。如果设定车辆的平均速度,则车辆行驶过程中的平均机械功率是相对固定的,此时通过测量不同工汽车论坛150汽车测试报告况下电池的放电功率就可以估算驱动系统效率。通过标准的测试方法计算驱动系统效率
6、,可以评价电动汽车驱动系统性能的优劣,并将其作为优化设计的参考,以延长电动汽车的续航里程。1.2.2电动汽车驱动系统效率影响因素电动汽车驱动系统效率直接决定电池电能转化为机械能的比例,从而影响续航里程。第一,电池效率是驱动系统效率的重要影响因素。电池在工作过程中会由于材料的活性物质利用率低、电解质参与副反应、电极界面电荷传输速率较慢等多种因素产生一定的能量损耗。而通过优化电极材料的电化学活性,改善电解质的稳定性,制定合理的电池管理策略等手段,可以降低电池自身的能量转换损耗,提高电化学反应效率,使更多电量可以被有效利用。第二,电机转换效率直接影响驱动系统效率。电机在将电能转化为机械能的过程中,会
7、有铜损、铁损等损耗,从而影响驱动系统效率。而采用更优的磁性材料,减少涡流损耗,优化内部结构,可以使电机达到更高的转换效率,一般要求达到或超过90%。这需要在材料、电机设计、控制策略等多个方面进行协同创新。第三,传动系统的机械效率影响能量从电机到车轮的有效传递。优化传动系统中的传动比、增减速器、齿轮传动等设计,采用更高效的润滑技术,可以最大限度地降低不必要的机械损耗。此外,让电机输出的动力尽可能多地传递到轮胎,推动车辆运行,也是提高驱动系统效率的重要手段。1.2.3电动汽车驱动系统效率研究情况目前,关于电动汽车驱动系统效率的研究主要集中在 3 个方面,仍有一定的不足之处。第一,在电池技术层面,现
8、有研究主要针对电池材料、界面化学、热管理等方面进行大量探索,一定程度上提高了单体电池和电池包的工作效率。但对于电池在实际使用中的老化机理及如何建立高效的电池管理系统,现有研究还不够深入,电池的实际效率还有较大的提升空间。第二,现有对驱动电机效率的研究包括比较系统地开展有关材料、结构、控制等方面的优化设计,使得电机的转换效率得到大幅提高,但要想进一步提升电机效率,则需要更多地关注非确定性因素的影响,以及电机在复杂工况下的协调控制。第三,在传动系统方面,现有研究主要停留在传统的机械传动结构优化上,采用多种成熟的技术,但是在如何进一步降低传动损耗方面仍需不断探讨。总体来说,现有电动汽车驱动系统效率研
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