基于模型的纯电动汽车传动系统能量经济性和碳排放分析研究

【摘要】：纯电动汽车作为一种新的出行工具选择对于能量安全和多样化有重要意义。然而,有限的行驶里程对纯电动的广泛应用形成了巨大阻碍。此研究针对二驱纯电动汽车的传动系统进行分析,以试图延长电动汽车的行驶里程。纯电动汽车拓扑结构设计包括两方面：传动系统零部件的选择和零部件的布置方式。为评价不同的传动系统拓扑结构,根据中国目前的技术水平,本研究定义了两个新的评价指标：能量经济性和生命周期碳排放。本研究建立了电动汽车各种拓扑结构的工程模型,并对模型进行了验证。对各种传动系统拓扑结构进行优化后获得了最佳的性能表现。此外,本研究对影响汽车系统性能的影响因子进行了敏感性分析,分别选择汽车设计参数车重和汽车动力性能参数最高车速的影响。 结果显示1)双轮毂电机无减速器传动系统的电动汽车性能在优化后有最大幅度的提升,安装此种传动系统的电动汽车也最具备能源经济性,碳排放最少；2)与传统的内燃机汽车性能相比较,电动汽车在能源经济性上显示出了非常明显的优势,但是在生命周期碳排放的表现上电动汽车没有显示出明显降低,这产生于中国目前电力系统对煤能源的重大依赖；3)汽车整车整备质量对电动汽车的能源消耗和碳排放性能有较大的影响,而改变汽车最大速度的要求对电动汽车的性能表现没有产生较大的影响。 【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72;X734.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-17
• Nomenclature17-19
• Chapter 1 INTRODUCTION19-34
• 1.1 Motivation for Research on Electric Vehicles19-21
• 1.1.1 Air pollution19-20
• 1.1.2 Global warming20
• 1.1.3 Fossil fuel resources20-21
• 1.2 Literature Review and Background Information21-30
• 1.2.1 EV development history22-23
• 1.2.2 EV development roadmap23-25
• 1.2.3 EV benefits25-26
• 1.2.4 EV challenges and solution26-29
• 1.2.5 New energy vehicles29-30
• 1.3 Research Objectives and Contributions30-33
• 1.3.1 Objectives for the pure electric two-wheel-drive vehicle31-32
• 1.3.2 Contributions32-33
• 1.4 Thesis Organization33-34
• Chapter 2 OVERVIEW OF EV POWERTRAINTOPOLOGIES34-47
• 2.1 Introduction of Feasible EV Powertrain Topologies35-41
• 2.1.1 Configuration of EVs35-37
• 2.1.2 Powertrain topologies of EVs37-41
• 2.2 evaluation of EV Powertrain Topologies41-46
• 2.2.1 Energy consumption41-44
• 2.2.2 Lifecycle GHG emission44-46
• 2.3 Summary46-47
• Chapter 3 PERFORMANCE CALCULATION OFPOWERTRAIN COMPonENTS ANDMARKET INVESTIGATION47-79
• 3.1 Required Driving-wheels Performance Calculation50-56
• 3.1.1 Nominal driving-wheels performance50-53
• 3.1.2 Maximum driving-wheels performance53-55
• 3.1.3 Summary of driving-wheels performance requirements55-56
• 3.2 Required Traction Motor Performance Calculation56-73
• 3.2.1 Single motor drive with conventional layout57-64
• 3.2.2 Close-wheel drive (2× motor-twin motors)64-68
• 3.2.3 In-wheel drive with reducer (2×motor-twin motors)68-70
• 3.2.4 In-wheel drive without reducer (2×motor-twin motors)70-72
• 3.2.5 Summary of motor performance requirements72-73
• 3.3 EV Powertrain Topology Analysis in Domestic Market73-78
• 3.3.1 Market investigation73-74
• 3.3.2 Selection of motor from market suppliers74-77
• 3.3.3 Market motor selection summary77-78
• 3.4 Summary78-79
• Chapter 4 MODEL DEVELOPMENT AND VALIDATION79-115
• 4.1 Introduction of Vehicle Model79-81
• 4.2 Pure Electric Two-Wheel-Drive Vehicle Model Development81-103
• 4.2.1 Driver model83-85
• 4.2.2 Vehicle controller85-87
• 4.2.3 Vehicle dynamics87-88
• 4.2.4 Energy storage subsystem88-91
• 4.2.5 Energy consumption subsystem91-103
• 4.3 Model Validation and Case Study103-114
• 4.3.1 Case study: Nissan Leaf electric vehicle103
• 4.3.2 Vehicle system performance comparison103-110
• 4.3.3 Vehicle components performance comparisons110-112
• 4.3.4 Model validation summary112-114
• 4.4 Summary114-115
• Chapter 5 evalUATION AND OPTIMIZATION OF PEV-2WD POWERTRAIN TOPOLOGIES IN CHINESE MARKET115-169
• 5.1 evaluation of PEV-2WD Powertrain Topologies in Chinese Market115-135
• 5.1.1 Single motor drive with conventional layout116-122
• 5.1.2 Close-wheel drive with twin motors122-129
• 5.1.3 In-wheel twin motors drive without reducer129-135
• 5.1.4 Conclusions for the powertrain study in Chinese market135
• 5.2 Optimization Methods135-138
• 5.2.1 Applied Optimization algorithms135-138
• 5.2.2 General problem definition and formulation138
• 5.3 Optimization of PEV-2WD Powertrain Topologies in Chinese Market138-158
• 5.3.1 Problem definition and formulation138-141
• 5.3.2 Optimization results and analysis141-157
• 5.3.3 Summary of EV performance with various powertrains157-158
• 5.4 Optimized Performance Comparison between EV and ICEV158-166
• 5.4.1 ICEV model and optimization158-166
• 5.4.2 Performance comparison166
• 5.5 Summary166-169
• Chapter 6 POWERTRAIN PERFORMANCE SENSITIVITY ANALYSIS169-186
• 6.1 Introduction of Sensitivity Analysis170
• 6.2 Efects of Vehicle Load on Powertrain Performance170-178
• 6.2.1 Analysis method170-171
• 6.2.2 Result and discussion171-178
• 6.3 Efects of Vehicle Maximum Speed on Powertrain Performance178-185
• 6.3.1 Analysis method178
• 6.3.2 Result and discussion178-185
• 6.4 Summary185-186
• Chapter 7 ConCLUSIONS AND FUTURE WORK186-190
• 7.1 Summary of Contributions186-188
• 7.2 Prospect of Future Work188-190
• Acknowledgments190-191
• Bibliography191-200

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