【正文】 到，如在機(jī)動(dòng)車道和人行道沒有分開的道路上，汽車行駛揚(yáng)起數(shù)米高的塵土、排氣的刺鼻臭味、柴油車排出的黑煙等嚴(yán)重地威脅著人們的身體健康。 49 1 第 1 章 緒 論 選題的背景、目的及意義 普通汽車帶來的問題 汽車自誕生起已有 100 多年歷史， 其發(fā)展速度不斷加快，與人們生活的聯(lián)系越來越緊密。 46 致 謝 44 結(jié) 論 40 蓄電池組布置設(shè)計(jì) 34 再生制動(dòng)控制策略 30 第 4 章 電動(dòng)汽車能量回收及再生制動(dòng)系統(tǒng) 23 各檢測模塊基本設(shè)計(jì) 18 蓄電池存在的問題 14 本章小結(jié) 11 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略 9 電動(dòng)汽車的動(dòng)力性 5 第 2 章 電動(dòng)汽車電機(jī)技術(shù) II 第 1 章 緒 論 I ABSTRACT discussed electric motor and transmissionto equip of constitute and the decoration project, designed the decoration position of thestorage battery set and install structure, in the meantime first step to design a refit project ofthe the brake system, to carryon. Keyword: EV refit； motor drive system； battery management system； regenerativebraking i 目 錄 摘 要 analyzed the motive of the electric passenger car,examine the performance of the electric motor。為此，電動(dòng)汽車的發(fā)展得到了廣泛的關(guān)注，各種類型的電動(dòng)汽車也在研究和開發(fā)之中。 本研究的目的就是為了積累電動(dòng)客車相關(guān)方面的技術(shù)，主要對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)研究，其中包括：分析了部分電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇永磁直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源；對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性進(jìn)行了分析，通過最高車速、最大爬坡度和加速時(shí)間校核了電動(dòng)機(jī)的性能；介紹了部分蓄電池的性能特點(diǎn)，選擇鉛酸蓄電池作為能量源；對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制策略進(jìn)行了研究，提出蓄電池 管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和各部分功能，并對(duì)蓄電池組電壓、電流、溫度和均衡充放電模塊進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)研究；對(duì)整車再生制動(dòng)的結(jié)構(gòu)和控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究；討論了電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布置方案，設(shè)計(jì)了蓄電池組的布置位置和安放結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了初步改裝設(shè)計(jì)。introduced the function characteristics of somestorage batteries, and choosed the Leadacid storage battery to be the energy source。1 選題的背景、目的及意義 3 本設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容及預(yù)期結(jié)果 6 電動(dòng)汽車電機(jī)的分類及特點(diǎn) 7 本研究用電動(dòng)機(jī) 9 電動(dòng)車的使用情況及性能選擇 10 電動(dòng)機(jī)校核 13 永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)的控制策略 21 本研究用蓄電池 21 蓄電池管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 26 ii 電流檢測模塊設(shè)計(jì) 31 制動(dòng)模式與能量的分析 37 再生制動(dòng)控制邏輯及操縱方式 36 本章小結(jié) 38 電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì) 41 蓄電池框架和軌道的設(shè)計(jì) 42 制動(dòng)系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì) 汽車也不再是一個(gè)簡單的代步和運(yùn)輸工具，它已成為許多人的生活必需品和文化生活的一部分。特別是在大城市中，汽車行駛時(shí)排出的氣體污染物、微粒污染物、蒸發(fā)排放物等已成為城市空氣污染的主要來源。從人類對(duì)可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)出發(fā)，人類應(yīng)設(shè)法減少對(duì)有限的石油資源的消耗，并且應(yīng)積極研究石油資源枯竭后汽車的能源來源。隨著世界人 口的增加和生活水平的提高，人類對(duì)能源需求的增加速度很快，石油資源的枯竭速度正在加劇。 隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長 和世界人口的增加、人民生活水平的提高，人均能源消耗將會(huì)高速增加，環(huán)境污染會(huì)變得更為嚴(yán)重?？梢灶A(yù)見，我國在未來對(duì)傳統(tǒng)的車用燃料的需求將持續(xù)大幅度增長。因此使用電動(dòng)汽車可以擺脫汽車對(duì)化石燃料的依賴，改善能源結(jié)構(gòu)，使能源供給多樣化，使能源的供給得到有效保障。 （ 1） 污染低 電動(dòng)汽車由電力驅(qū)動(dòng)，在行駛中不排放有害氣體，即使電動(dòng)汽車所消耗的電力由使用石油燃料的火力發(fā)電廠提供，火力發(fā)電廠的大氣污染物主要是 NOx，根據(jù)電動(dòng)汽車所消耗電力折算出以火力發(fā)電來估計(jì) NOx的排放量，也不到同類型汽油車的 10%。 （ 3） 效率高 電動(dòng)汽車的研究表明，此能源效率已超過汽油機(jī)汽車，特別是在城市運(yùn)行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動(dòng)汽車沒有怠速損失，在制動(dòng)時(shí)能回收能量， 80%以上的電池能量可由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為汽車的動(dòng)力，電動(dòng)汽車停止時(shí)不消耗電量，在制動(dòng)過程中， 3 電動(dòng)機(jī)可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速時(shí)能量的再利用。傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車相比，由動(dòng)力部分引起的噪聲和振動(dòng)，特別是在加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)要比發(fā)動(dòng)機(jī)低得多。 首先，城市客車相比于轎車來使用路線固定，?？空军c(diǎn)固定，而且有集中的停放場所，便于充電設(shè)施的布置，可有效解決充電設(shè)施分布廣，先期資金投入大的難題 [20]。同時(shí)，客車車體寬大，布置電動(dòng)機(jī)、蓄電池、燃料電池和相關(guān)的設(shè)備也比較容易，成本不會(huì)太高。中科院電工所、上海 811 所、清華大學(xué)、上海同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位，在“ 863”計(jì)劃和“十五”國家科技專項(xiàng)等國家項(xiàng)目的支持下，取得了階段性的研究成果，培養(yǎng)了一支能力較強(qiáng)的研發(fā)隊(duì)伍，人才儲(chǔ) 4 備體系正在日趨完善。特別是隨著我國電動(dòng)汽車的制造體系逐步建立，自主創(chuàng)新能力得到較大提升，國內(nèi)許多企業(yè)已開始涉足與電動(dòng)汽車相關(guān)的電池、發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵零部件的研制和生產(chǎn)，技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平的差距正在縮小。 國外電動(dòng)汽車發(fā)展?fàn)顩r和趨勢 新能源汽車主要包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、氫動(dòng)力汽車、代用燃料汽車等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，發(fā)達(dá)國家累計(jì)用于電動(dòng)汽車的科研開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的資金已達(dá)數(shù)十億美元。目前，“低排放”汽車 (主要指混合動(dòng)力汽車 )已進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，在全球的累計(jì)銷量已超過 100 萬輛，“零排放”汽車 (主要指純電動(dòng)汽車 )的批量生產(chǎn)時(shí)間已提前到 20xx 5 年，比原來預(yù)計(jì)的時(shí)間提前了 10 年至 15 年。選擇控制策略并對(duì)其進(jìn)行研究。 在原車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，根據(jù)原車的實(shí)際結(jié)構(gòu)，研究電動(dòng)機(jī)、蓄電池組和控制系統(tǒng)在車輛上的布置。 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)（ DCM）是最早發(fā)明的電動(dòng)機(jī)，到現(xiàn)在已經(jīng)有 100 多年的歷史。同時(shí)，直 流電動(dòng)機(jī)上有電刷和換向器，它們?nèi)菀啄p，在高速運(yùn)行時(shí)還會(huì)產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)形成“環(huán)火”，限制了直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高 [3， 10]。與其他電動(dòng)機(jī)相比其特點(diǎn)有：一是低頻轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的兩倍或更高。五是綜合效率高，明顯高出有刷直流的效率及歐盟 CEMED 效率標(biāo)準(zhǔn)。 但是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)又有轉(zhuǎn)矩有脈動(dòng)；振動(dòng)和噪聲較大；驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)雜，控制器價(jià)格高；在高峰和高峰電流時(shí)容易產(chǎn)生電磁兼容性問題等缺點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動(dòng)機(jī)具有高的比功率和功率密度。在尺寸不變的條件下，最高功率由 33 kw提高到 50 kw,最大轉(zhuǎn)矩由 350 N178。 轉(zhuǎn)速高。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)要求有高的比功率 (電動(dòng)機(jī)單位質(zhì)量的輸出功率 )和在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率，以實(shí)現(xiàn)降低車重，延長續(xù)駛里程 。 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要有 4 一 5 倍的過載，以滿足短時(shí)加速行駛與最大爬坡度的要求，而工業(yè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只 要求有 2 倍的過載就可以了。電動(dòng)汽車的各種動(dòng)力電池組和電動(dòng)機(jī)的工作電壓可以達(dá)到 300 V 以上，因此必須裝備高壓保護(hù)設(shè)備以保證安全。 本研究用電動(dòng)機(jī) 永磁直流電機(jī)控制簡單，通過 PWM 的控制，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速性能優(yōu)良，因而廣泛應(yīng)用于我國工業(yè)控制領(lǐng)域。 9 圖 本研究用的永磁直流電機(jī) 表 ZYCD 永磁直流電機(jī)技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) ZYCD60 電源電壓 V 384 額定電壓 V 350 最高電壓 V 384 額定功率 kw 60 最大功率 kw 100 額定轉(zhuǎn)速 rpm 20xx 最大轉(zhuǎn)速 rpm 2500 額定效率 % 92 最大轉(zhuǎn)矩 1000 工作制 min S260 重量 kg 300 電動(dòng)機(jī)性能計(jì)算 電動(dòng)車的使用情況及性能選擇 由于條件的限制，在電動(dòng)汽車開發(fā)時(shí)必須提出合理而且恰當(dāng)?shù)恼噭?dòng)力性能指標(biāo)，從而能夠更好的選擇動(dòng)力電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力蓄電池，及相關(guān)的其他設(shè)備。 圖 本研究用的中型城市客車 10 表 本研究用中型城市客車的基本參數(shù)配置 型號(hào) 申沃牌 SWB6940HG 整車總質(zhì)量（含成員） kg 13500 車長 mm 9436 車寬 mm 2420 車高 mm 2980 軸距 mm 4500 底盤型號(hào) SWB6940HG 輪胎規(guī)格 額定載客 (含 駕駛員 )(人 )： 61/2837 改裝后總質(zhì)量（含乘員，估計(jì)）kg 14500 電動(dòng)汽車的動(dòng)力性 除了特別全新設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車以外，現(xiàn)有的電動(dòng)汽車在外型上與普通的內(nèi)燃機(jī)汽車沒有什么區(qū)別。 電動(dòng)汽車行駛方程 電動(dòng)汽車行駛受力如圖 所示。）， ua 表 示車輛的行駛速度（ km/h）， δ 表示汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)， δ1 ， m 表示車輛的質(zhì)量（ kg）[11]。表 給出了與校核計(jì)算有關(guān)的電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的參數(shù)。 加速時(shí)間 要求校核 在平直路面上，坡道阻力等于 0，滾動(dòng)阻力中的 cosα等于 1，電動(dòng)汽車由靜止加速到 u0的加速度可由公式（ ）推導(dǎo)有： dtdua = m?1 （ Ft Gf u2a） () 則加速時(shí)間可由下式計(jì)算： t = ?00uadudtdua = ? ??00 2uaDt uACGfF m?dua () 在通常情況下，起步加速時(shí)車速較低，空氣阻力可以忽略不記，所以又可以寫為 t = ?00uadudtdua = ? ?00ut GfFm?dua () 為了提高電動(dòng)汽車的加速能力，對(duì)電動(dòng)機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩控制即電動(dòng)汽車以 1000Nm 最大轉(zhuǎn) 矩加速。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 控制策略 電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略分析 理想的車輛驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場合下原動(dòng)機(jī)的輸出特性為恒功率特性，即 Tω=const ，但實(shí)際上當(dāng) ω→0 時(shí)不可能達(dá)到 T→∞ ，因此，在工程可實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)，理想的車輛原動(dòng)機(jī)的輸出特性 ， 即在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩特性，在高速時(shí)則為恒功率特性。 以汽車為例，駕駛者主要的控制輸入是對(duì)加速踏板 (俗稱油門 )的操作，由此汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射、節(jié)氣門的開度和點(diǎn)火時(shí)刻 (如車輛有自動(dòng)變速系統(tǒng)，還相應(yīng)地自動(dòng)換檔，調(diào)節(jié)變速器的傳動(dòng)比 )，調(diào)整車輛驅(qū)動(dòng)特性以響應(yīng)駕駛者的操作。換句話說，在任意檔位下，加速踏板踏位的變化，必導(dǎo)致行駛狀態(tài)的變化。為了能夠更好的與普通內(nèi)燃機(jī)的駕駛特性相同，本研究采用電流控制的控制策略，也就是轉(zhuǎn)矩控制方式。 電機(jī)電流控制研究 永磁直流電動(dòng)機(jī)的特性 ⑴ 永磁直流