本文通過一個實例，來了解如何使用 Simulink & Simscape模塊創建最佳電動汽車模型。 本案例中，討論了電動汽車的建模。考慮了真實的關鍵參數來創建優化模型。通過比較車輛的實際速度和輸入驅動速度，檢查了電動汽車的最佳性能。電動汽車的能耗值是根據電池的初始充電和最終充電來比較的。 研究了不同參數對車輛性能和能耗的影響。

1、介紹

電動汽車的能量轉換效率高于傳統汽車的能量轉換效率。 電池將成為一種有效的電源。 模型模擬將提供電池的行為，還可以觀察斷電如何為電池充電。制作 Simulink 模型有很多優點。在進行真正的硬件模型之前，可以在仿真中觀察和驗證系統關鍵參數，以了解系統將如何運行？ 下面的仿真模型將讓您了解電動汽車部件的排列方式以及我們如何實現最佳性能？

2、系統框圖

電動汽車中有多個組件和龐大的連接線網絡。 在電動汽車的情況下，傳統的內燃機被電機取代。 作為電池組的工作燃料被供應給馬達。 下面的框圖將顯示電動汽車系統的重要組件。

電動汽車的關鍵部件是電機、車身、控制器和電池組。電動汽車中使用了多種類型的電機。BLDC 電機、PMSM電機和交流感應電機是常用的電動機。車身包括變速箱、差速器和輪胎。早些時候，我們使用電池只是為了啟動引擎。 但是現在我們使用電池作為工作電源。 電芯的組合將形成一個模塊，許多模塊將一起形成一個電池組。電機需要電池供電才能執行操作。假設我們將電池組直接連接到電機。在這種情況下，電機將以額定速度運行，無法進行速度控制。 我們可以借助控制器來控制電機的速度。 控制器將通過接受來自駕駛員的輸入進行操作。

3、Simulink 模型

把整個仿真系統分成了四個子系統。 第一個子系統包含車身。 第二個子系統包含電機和控制器電路。 第三個子系統包含驅動器輸入，第四個子系統包含電池組。

車身子系統

首先，建立了一個車身子系統。在車身子系統中包含了來自 Simscape 庫的輪胎、差速器、變速箱和車身模塊。 我們可以根據我們的要求更改塊參數。 將輪胎、差速器、變速箱和車身塊相互連接起來，制成第一個子系統。

電機電路和控制器子系統

電機將從電池中獲取受控電源并將電能轉換為機械能。 產生的機械能供應給齒輪箱和機械旋轉框架。為了制作子系統，添加了 Simscape 庫中的電機電路和控制器模塊。 使用了一個簡單的直流DC電機，為了控制直流電機，使用了一個 H 橋控制器。在H橋控制器的幫助下，可以應用加速、減速和制動。 為了控制 PMW 波，添加了一個受控的 PWM 電壓塊。我們可以根據我們的要求更改塊參數。下圖將顯示每個模塊之間的連接，以構成一個子系統。

驅動輸入子系統

動力總成模塊庫中的縱向驅動模塊根據參考速度和反饋速度生成標準化的加速和制動命令。 參考速度將由內置驅動循環給出，或者我們可以使用信號構建器塊生成我們自己的信號。 反饋速度將取自實際車速。 基于參考信號和實際速度之間的差異將產生誤差。 產生的誤差會導致加速或減速，從而使車輛的實際速度嘗試與參考速度相匹配。使用 Longitudinal 模塊和 Signal Builder 模塊來創建驅動器輸入子系統。下圖顯示了塊之間的連接。

電池組子系統

電池組將為電機供電。 充電狀態 (SOC) 的計算將為我們提供有關充電前可以行駛多少以及可以使用現有電池的時間的信息。用鋰離子電池直接檢查SOC百分比。 電池的充放電我們可以借助SOC進行檢查。下圖將顯示每個模塊之間的連接，以構成一個子系統。

整體模型

將 powergui 塊添加到 Simulation。 添加范圍和顯示模塊以檢查電動汽車模型的輸出和行為。 在信號生成器模塊的幫助下，創建了一個參考信號。 同一圖表上的參考信號和實際速度將解釋反饋回路的工作原理。 我們還可以計算電動汽車的平均速度。 在SOC圖的幫助下，我們可以分別分析減速和加速命令期間的電池充電和放電。下圖將顯示我用來檢查車輛 SOC 百分比和平均速度的整體電動模型。

4、結果

首先，在信號生成器模塊的幫助下，創建了參考速度。 選擇了最高時速 100 公里。 在模擬模型 1,000 秒。速度在前 400 秒內增加。在接下來的 200 秒內速度保持不變，在剩余的 400 秒內速度降低。 下圖將顯示在信號生成器模塊的幫助下生成的參考信號。

假設我們查看 SOC 百分比圖。 在這種情況下，電池將在前 400 秒非線性放電，在接下來的 200 秒線性放電。 在剩余的 400 秒內，電池將根據反饋進行充電和放電。

下圖將顯示車輛的實際速度如何跟隨輸入驅動循環的參考速度。

5、結論

我們計算 1,000 秒的平均速度。在那種情況下，它大約等于我們在圖表上得到的平均速度。結論 我們已經檢查了 SOC 百分比和速度圖。SOC 百分比圖表示當有加速命令時電池已放電。當有減速命令時，電池被充電。速度圖顯示實際速度試圖通過考慮反饋來滿足參考速度。該模型顯示電動汽車在 1,000 秒內行駛了大約 14 公里。如果我們測量平均速度，車輛將行駛大約每小時 50 公里。測得的平均速度大約等于圖表上的平均速度。以下是此博客中的一些應用程序：  

• 傳統燃料的熱值比電池高。盡管如此，電池轉換效率仍高于傳統燃料。如果我們使用混合技術，它將具有很大的潛力和效率。  
  

• 未來，我們可以制造太陽能驅動的電動汽車。   

• 如果我們可以用電氣化運輸取代目前的燃料運輸，這將為生態系統創造巨大的優勢。   

• 超級充電站和電池處理技術將具有許多優勢。它也將對電動汽車的發展產生重大影響。

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