新能源纯电动物流车---计算设计书2016-1

新能源厢式运输车---计算设计书一、设计要求二、整车技术参数三、驱动结构设计四、驱动系统设计五、供电系统设计六、空调系统设计七、真空助力系统设计八、设计结果一、设计要求1、整车性能技术指标A运输类新能源专用车、货车动力电池系统总质量占整车整备质量比例不超过25%，作业类新能源专用车、货车不超过20%。B吨百公里电耗不超过10kWh；M1、N1类采用工况法，其他暂采用40km/h等速法，其中作业类专用车检测时上装部分不工作。（1）最高车速：90km/h；（2）最大爬坡度：20%；（3）加速性能0-50Km/h：15s；（4）60km/h续驶里程≥200km（等速法）；（5）工况法续航里程≥180km；二、整车技术参数新能源厢式运输车选用长安传统载货汽车底盘（SC1031GDD43）为改装主体。新能源厢式运输车是在长安底盘改装成纯电动可承载式底盘的基础上，加装载货物厢体而形成的一款新能源厢式运输车，该车配置5MT手动变数箱、永磁同步驱动电机及控制器、整车控制器、三元锂离子锂电池、高压配电和BMS管理系统、智能车载充电器、直流快充充电系统、冷却系统、真空助力制动系统、助力转向系统、车载冷暖空调以及远程监控系统等。驱动电机采用电机前置通过法兰固定于变速箱，变速箱固定于整车中部，控制器及车载充电器布置在车身前中部，动力锂离子电池、高压配电系统及电池管理系统布置在车体中前两侧部位，车载空调布置在车体前部，远程监控终端固定于驾驶室中控台内部，采用5MT手动变数箱/2档AT自动变速箱。1.整车控制系统的工作原理图2.相关设计的参数计算1)整车技术参数及常数值标定序号名称标示符数值单位1整车装备质量m1400kg2总质量M2600kg3长*宽*高L*W*H410015201900mm4轴距D2700mm5空气阻力系数CD0.456正面迎风面积A2.4m27质心高度h700mm8爬坡车速Va40km/h9车轮半径R0.3m10速比i（D:3.652/1.9478/1.4234/1.000/0.7954/R:3.466）*5.12511正常车速Ve60km/h12最高车速Vmax90km/h13最大爬坡度ａ11（30%）°14机械转动效率ηT0.9515滚动阻力系数ηƒ0.01516电动机及其控制效率ηmc0.917蓄电池平均放电效率ηq0.9518电池电压V320V19安时数Ah125Ah20电池容量kwh40kwh21放电深度%90%222)电机峰值功率及额定功率的匹配电机的功率大小直接关系到电动汽车的动力性的好坏。电机功率越大，电动汽车的加速性能和最大爬坡度越好，但电机的体积和质量也会相应地增加，同时电机不能经常保持在高效率下工作，降低了电动汽车的能量利用率，降低了汽车的行驶里程。驱动电机的最大功率（Pmaxe）必须满足最高车速时的功率（Pe）、最大爬坡度时的功率（Pa）及根据加速时间的功率（Pc）要求，即：Pmaxe],,max[caePPP。其中，15.2136002maxmaxAuCmgfuPDTe3)15.21sincos36002maxmaxiDTiaAuCmgmgfuP4)aaDaaaaTactAuCtumgftumtP5.215.215.1236001325)式中：maxu——最高车速，km/h；906)T——传动系机械效率；0.957)m——电动汽车整备质量，kg；16008)f——滚动阻力系数；0.0159)DC——空气阻力系数；0.4510)A——迎风面积，m2；2.411)max——最大爬坡度，()；1112)iu——爬坡车速，km/h；4013)au——汽车的加速末速度，km/h；9014)at——汽车加速时间，s。(0~50km/h≤7.5s;50~90km/h≤15s)15)kwPe10.724kwPa30.08电机的峰值功率与额定功率的关系为：额峰PP2(所选电机功率关系=2)式中：峰P——电机峰值功率，kw；额P——电机额定功率，kw；——电机过载系数。根据maxeP选择驱动电机的峰值功率，这里选择额P10.72kw，峰P30.8kw。传动系参数内部结构减速箱原理差速器原理图提供变速箱参数差速器固定速比：5.125二、电机最高转速和额定转速选择与匹配驱动电机的额定转速（bn）和最高转速（maxn）的选取应符合驱动电机的转矩转速特性要求，如图1所示。在启动即低转速时得到恒定的最大转矩（maxT），同时在高转速时得到恒定的较高功率（b）。图1驱动电机扭矩转矩特性bnnmax（电机扩大恒功率区系数）。增大值，可使电机在恒转矩区获得较大bw功率转矩恒功率区恒转速区maxnbnmaxTmin//rn转矩，提高汽车的加速和爬坡性能。但是，如果值过大，会导致电机工作电流和逆变器的功率损耗和尺寸增大，因此值一般取2~3。maxT的选择需要满足汽车起动转矩和maxa的要求，同时结合传动比maxi和max来确定。maxmaxmaxmax)sincos(1irfmgTT式中：r——汽车轮胎滚动半径，m；maxi——传动系统最大传动比。电机最高转速的确定，根据最高车速maxu及最小传动比mini确定maxmaxmax377.0urni电机最大扭矩的确定，可以根据最大爬坡度max和最大传动比maxi决定。TtqTrfmgimaxmaxmaxmax)sincos(min/3243.8maxrnmNT88.4max三、整车可行性方案介绍及产品一致性电机及控制器特性参数及性能要求1．电机特性参数及性能要求GB/T18488.1-2006、GB/T18488.2-206或GB/T18488.1-2015、GB/T18488.2-2015（可靠性试验项目不做要求）根据计算结果，选择深圳大地和永磁同步电机额定功率Pe=20KW;峰值功率Pa=40KW额定扭矩mmazT=；峰值扭矩mmazT=88.4n.m(最大载重量M为2600kg；如果整车满载重量超载1.2倍，M1为3120kg；峰值扭矩为106n.m；该电机完全可以满足需求)表320kw电动机参数额定功率mrP（kw）20控制特性基速以下恒转矩，基速以上恒功率峰值功率maxmP（kw）40额定转矩mrT（N.m）74额定转速mrN（rpm）2500峰值转矩mmazT（N.m）200最高转速maxmN（rpm）9000根据相关技术要求，2．控制器性能参数控制器:输入电压200V—360VDC；冷却要求：智能循环液冷。2.3、动力电池及能量管理系统参数确定1、动力电池参数确定本次计算车辆驱动所需电池能量是按电动汽车试验质量2302.5Kg计算。本次计算车辆驱动所需电池能量是按电动汽车试验质量2302.5Kg计算。A运输类新能源专用车、货车动力电池系统总质量占整车整备质量比例不超过25%，作业类新能源专用车、货车不超过20%。B吨百公里电耗不超过10kWh；M1、N1类采用工况法，其他暂采用40km/h等速法，其中作业类专用车检测时上装部分不工作。方案一选用磷酸铁锂电池，经过估算包含电池在内整车准备质量约1600KG.则电池包质量小于400KG;因此电池容量配比换算，则电池容量约32KWH.电池循环寿命≥2000次。国家实验场地：匹配32kwh电量，以60km/h匀速行驶可以满足152km续驶里程的要求。动力电池（组）性能参数电池类型磷酸铁锂单体容量25AH单体电压3.2V安时数100AH电池组标称电压320V电池总能量32kWh电池单体参数方案二选用三元锂离子电池，经过估算包含电池在内整车准备质量约1600KG.则电池包质量小于400KG;因此电池容量配比换算，则电池容量约40KWH.循环寿命约800次。国家试验场：从图中看出匹配40kwh电量，以60km/h匀速行驶可以满足190km续驶里程的要求。表4动力电池（组）性能参数电池类型三元锂离子电池单体容量125AH(5并88串)单体电压3.65V放电深度90%电池组标称电压320V电池总能量40kWh2、电池管理系统的电气参数电池管理系统（BMS）采用天津清源电动车辆有限责任公司自行研发的系统，共5块采集板（1）通讯方式：CAN；（2）工作温度范围：-20°C~+85℃；（3）电磁兼容性：按GB/T18655-2002，GB/T17619-1998，GB/T21437.2-2008。2.4、车辆动力性分析本次计算车辆动力性是按满载质量2650Kg计算。1.加速性能图3汽车加速时间图0-50Km/h加速时间为8.4s，满足设计指标要求。2.爬坡性能图4爬坡度曲线图爬坡度可达30％，满足最大爬坡度要求。3.汽车功率平衡图5驱动功率－行驶阻力功率平衡图由以上匹配结果可知，最高车速93km/h，满足最高车速90km/h要求。051015202530350102030405060708090100原地起步加速时间曲线时间t（s）速度ua（km/h）01020304050607080901000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2爬坡度曲线车速（km/h）坡度3、其他电气系统设计性能指标3.1整车控制器（1）防护等级：按GB/T4942.2（2）抗振：按GB/T18488.2-20013.2仪表及电动附件（1）整车动力电池采用DC320V磷酸铁锂电池，辅助电池采用12V的铅酸电池；（2）通过额定功率1000W的DC/DC转换器，动力电池可以给辅助电池充电；（3）采用can仪表；仪表需要重新选型，供应商：武汉green（4）换挡机构采用自动换挡手柄；型号：YONGLE（YL-703S）（5）采用信号电压等级为5V的电子油门踏板。(6)采用真空助力刹车系统，型号：H-825(7)采用电动压缩机，匹配现款车型自带的空调其他系统。(8)采用PTC加热块，安装与现款车型暖风机底部，达到空调制热效果。(功率：2KW)(9)转向助力可以采用长安底盘配套电子助力转向系统。3.3其他车型系统纯电动微卡物流车备注制动系统真空泵额定电压DC12VH-825额定功率30W额定流量40L/min最高真空度-0.085MPa冷却系统水泵额定流量9L/minP62最大流量16L/min额定扬程2.5m最大扬程3.8m电机输出功率45W能源系统动力电池组单体调定电压3.65VDC321.2-125单体容量125Ah电池数量440电气系统DC-DC输出功率1KWDZEH1000S9A-360S14LR输入电压DC200-360V输出电压DC14V输出电流75A冷却方式自然冷却直流接触器额定电压500V额定电流100A/200A主回路保险额定电压500V额定电流200A主电路及接插件参数电线粗细要求35平方以上电线材料阻燃橡胶接插件可通过最大电流250A4三元电池及高压配电系统原理图5整车布置根据计算及实际空间布置