描述

介紹：

EV 是電動汽車的縮寫。電動汽車是部分或完全依靠電力供電的車輛。電動汽車的運行成本低，因為它們需要維護的活動部件較少，而且非常環保，因為它們使用很少或不使用化石燃料（汽油或柴油）。雖然一些電動汽車使用鉛酸或鎳金屬氫化物電池，但現代電池電動汽車的標準現在被認為是鋰離子電池，因為它們具有更長的壽命并且在保持能量方面表現出色，每次自放電率僅為 5%月。盡管效率有所提高，但這些電池仍然存在挑戰，因為它們可能會經歷熱失控，例如，導致特斯拉 Model S 起火或爆炸，

理論：

當汽車的踏板被踩下時，然后：

• 控制器從電池和逆變器獲取并調節電能
• 通過控制器設置，逆變器然后向電機發送一定量的電能（根據踏板上的壓力深度）
• 電動機將電能轉化為機械能（旋轉）
• 電機轉子的旋轉使變速器旋轉，因此車輪轉動，然后汽車移動。

電動汽車有 4（四）種類型，概述如下：

• 電池電動汽車 (BEV)

雜交種

• 混合動力電動汽車 (HEV)
• 插電式混合動力汽車 (PHEV)
• 混合動力電動汽車 (HEV)插電式混合動力電動汽車 (PHEV)
• 燃料電池電動汽車 (FCEV)

系統級配置：

系統級配置處理整個 EV 的控制。整個電動汽車的簡單框圖將包括電池、直流電機及其控制單元、傳動系統和車輪。

框圖是 EV 的簡單布局。在 matlab 模型中，我們將分別描述每個塊。

EV 的設計是在 simulink 中使用所需的電池組和所需的直流電機完成的。EV 的建模是使用 simulink 完成的，以描述車輛的完整工作。

上面的框圖用于刺激 EV。該模型包括，

1.車身子系統

2.直流電機

3.電機控制器

4.縱向驅動

5.驅動循環

6.電池

7.SOC子系統

現在我們可以看到用于 EV 建模的模塊的組件級詳細信息。

1.車身子系統：

該子系統由幾個塊組成，

該子系統由車輪塊、齒輪塊和車身塊組成。

輪胎塊：

在這里，我們使用輪胎塊（魔術輪塊）來制作我們的 EV 車輪。該塊有 4 個端口，即 A、N、S、H。

A口——輪軸機械保轉口。同軸的車輪應通過此口連接。

N口——作用于其上的正常反應。此口與車體塊相連。

H 端口 - 它是用于產生在其中產生的推力的車輪的機械平移保護端口。四個車輪通過該端口連接，并且該端口也連接到車體端口中的同一個平移端口。

S 端口 - 它是車輪的 Slip 輸出。這里不連接，或者可以連接到用于無連接端口的 ps 終結器。

該塊的特點是各種塊參數，

• 峰值縱向力設置為3000N
• 滑動設置為 10%
• 輪胎半徑為 0.3m
• 車輪慣量保持在1Kgm^2
• 滾動系數保持為0.015

此輪胎塊與車體 simscape 塊連接

車身：

車體塊用于將車輪連接到現實世界的車輛。它由 NR、NF、beta、V、H、W 塊組成

Nf-Nr - 它們是連接到 EV 前后輪的正常反應輸出端口。

H口- 與車輪H口相連的機械平移保護口。

V 端口 - 是車輛的實際輸出速度，模擬后發送到示波器查看輸出圖。它也作為車輛控制的反饋。

beta - 道路傾斜角。這里它被認為是恒定的 0 值。

W端口- 迎面風速。這里被認為是常數0值。

改變塊的參數以控制在輪軸之間分布的空氣動力阻力、車身質量和路面傾角。

• 毛重為1200kg
• 幾何參數保持不變
• 阻力系數取0.3
• 不考慮車輛的俯仰動力學。

齒輪箱：

這里使用簡單的齒輪箱進行模擬。B口作為輸入，F口作為輸出。輸入用于將電機軸插入齒輪箱，輸出口用于傳遞電機軸到輪軸。

電機軸的傳遞取決于齒輪箱的傳動比。這里的值為3.73。齒輪箱的軸設置為與電機的旋轉方向相同。

2.直流電機：

直流電機用于電動汽車的仿真。它由電氣端子和機械端子組成。

+ 和 - 符號表示連接到受控電源的電機的電氣輸入。

R 和 C 符號表示電機的機械輸出。R 端口給出扭矩和速度值，作為輸入給車體子系統。C 端口連接到機械參考。

電機參數改變為，

• 磁場類型選擇為永磁體
• 空載轉速保持在10000rpm
• 額定轉速8000rpm
• 額定負載為60kw
• 額定直流電源為 330v

3.電機控制器：

如果直流電機直接連接到電池，它將在電池所需的電壓下運行，我們無法控制電機的速度。因此建議在電機和電池之間使用控制器。控制器由兩個主要部件 - H 橋和 PWM 控制電壓。

H橋：

此塊代表 H 橋電機驅動器。它有 $ 輸入和兩個輸出端子。

PWM 端口 - 將電壓采樣到 PWM 信號的輸入端口。該橋可以在兩種模式下運行。在 PWM 模式下，如果給定的 pwm 大于閾值，橋將運行。在平均模式下，pwm電壓值除以 pwm 信號來確定電橋導通時間的比率。

REF 端口 - 這是與 pwm 端口相結合的參考電壓，以使電機平穩運行。它通常接地。

REV 端口 - 這決定了電機的反向運動。這里它是接地的。

BRk 端口 - 用于車輛制動。通過受控電壓源與縱向驅動塊連接。

該塊的其他參數包括，

• 選擇的模擬模式是平均模式，因為它節省了我們的模擬時間。
• 啟用再生制動，因此當車輛開始減速時，電池會被充電。
• 負載電流設置為平滑值
• 輸出幅度值設置為與電池電壓相同的330v。
• 輸入閾值保持為常數參數。

受控PWM電壓：

Simulink 提供了一個內置的受控 PWM 電壓模塊。它是向 H 橋電路提供脈沖所必需的。

它由兩個參考電壓輸入組成，用于為電機提供必要的電壓。輸入由驅動器提供，模塊相應地生成用于加速和制動的脈沖。

它有兩個輸出端口，PWM端口連接H橋的PWM信號，ref也連接到H橋的ref來控制它。

塊的參數包括，

• PWM 頻率設置為 1000Hz。
• 模擬模式是平均的。
• 對于 0% 占空比，電壓縮放為 0V，對于 100% 占空比，電壓縮放為 5V。

4.縱向驅動：

它是由動力總成模塊組提供的內置模塊。它用于通過參考值和反饋值向駕駛員發出加速和制動命令等命令。

Velref - 用于從預定義的駕駛循環數據中獲取速度的參考輸入值。

VelFdbk - 此端口從車身塊獲取反饋速度值，并將其與參考速度進行比較以實現所需的加速和減速

Grade - 用于定義車輛的梯度。這里我們假設它為 0。

Accelcmd - 它是一個輸出端口，用于向電機提供加速命令。它通過受控電壓源與受控pwm電壓的正極相連。

Decelcmd - 它也是一個輸出端口，用于向電機提供減速命令。它通過受控電壓源與H橋的brk端口相連。

信息 - 它是各種總線信號的信號。此處未連接。

該模塊通過 PI 控制器方法控制，具有跟蹤飽和和前饋增益。

5.驅動循環：

驅動循環源是用來為仿真提供參考速度的塊。這里我們選擇了FTP75標準驅動循環。它包含2474秒的數據點。refspd端口id連接到縱向驅動器的ref。

駕駛循環的參考速度也與車身塊中的速度一起提供給范圍，以檢查相應的速度。輸出速度也提供給積分器塊并提供給范圍以測量行駛距離機動車。

6.電池：

使用簡單的電池模型進行仿真。電池通過受控電流源連接，電流傳感器與電池和電機相連。受控電流源的輸出提供給soc子系統。

電池的參數是，

• 充電容量是有限的。
• 電池標稱電壓為400V
• 安培小時額定值為 50

7.SOC子系統：

創建 SOC 子系統來計算電池的充電狀態。該系統將電池電流作為輸入，并給出充電狀態作為輸出。

將電池的電流積分得到充電值，然后將充電值轉換為安培小時值。然后將轉換后的值與標準電池充電容量進行比較。這里假設為 50Ah。

然后將比較值轉換為百分比值，它將表示電池的充電狀態。輸出也提供給示波器以圖形方式查看。

仿真結果：

現在完成上述所有連接后，我們需要運行模型。模型將運行 2474 秒，因為行駛周期包含 2474 個點。如果我們選擇其他行駛周期選項，例如全開油門，我們可以決定總時間車輛必須運行。

我們的模擬結果如下，

上圖顯示了參考速度和車輛實際速度。黃線表示參考速度，藍線表示車輛實際速度。我們可以看到實際速度沒有跟隨參考速度。這是由于電機的參數，如果我們提高電機的額定值，我們可以獲得非常精確的輸出。

上圖顯示了車輛在整個時間段內行駛的距離。由于行駛周期中沒有負速度，該圖趨于增加。在2474s的行駛周期數據中，車輛總共行駛了20000m。我們可以還要看速度和距離的關系，當速度趨于0時，距離保持不變。

上圖顯示了電池的充電狀態。電池的容量隨著車輛的運行而下降。運行整個循環后，電池的充電狀態下降到 35% 的值。

結論：

創建了具有簡單電池和直流電機的 EV 模型，并對該模型進行了仿真以獲得上述結果。該模型顯示了電動汽車的性能。可以通過根據要求的參數設計電池和直流電機來改進它。該模型對于確定 EV 的實際參數非常有用。該模型提供了對電動汽車實際工作方式的基本了解