【正文】 鎳氫電池：由氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比 鎳鎘電池 多 30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。 鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠 鋰離子 在正極和負(fù)極之間移動來工作。其缺點是不同程度的衰老和不耐受過充、過放。充電需要用專用的充電設(shè)備進(jìn)行充電，充電設(shè)備多種多樣，包括接觸式和感應(yīng)式充電器，根據(jù)汽車需要選擇適合的充電器。整車結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能要求如表 41 所示。主減速比直接影響到整車的經(jīng)濟(jì)性和動力性，根據(jù)汽車?yán)碚摻?jīng)驗公式可以大致得出主減速比的選擇范圍： 69，本文初選傳動比為 i=[13]。冷卻系統(tǒng)應(yīng)該滿足的要求主要包括滿足系統(tǒng)要求，便于安裝、維修，效率高，成本低等 [14]。水泵揚(yáng)程理論上是可以通過流體力學(xué)公式計算出來的，但是由于設(shè)計水道復(fù)雜，流量分配難以確定，所以本文水泵揚(yáng)程根據(jù)經(jīng)驗估取為 10m。其優(yōu)點是剛度和強(qiáng)度高，氣阻??；缺點是效率低、成本高，加工難度大。管帶式散熱器結(jié)構(gòu)如圖 42 所示。 K） c? 為散熱壁厚，取 。 0C） 。 圖 44 D2型管結(jié)構(gòu) 根據(jù) QC/T2902591 標(biāo)準(zhǔn)，計算可得： 184???lC 。 表 44 散熱器參數(shù)表 名稱 規(guī)格（ mm） 寬 X高 X厚 486X300X34 排數(shù) 2 波高 10 波據(jù) 4 水管截面尺寸 管間距 10 翅片厚度 百葉窗寬度 8 百葉窗間距 29 風(fēng)扇和管路材料選擇 在冷卻系統(tǒng)中為了提升散熱器的散熱效果，需要設(shè)計與冷卻系統(tǒng)匹配的散熱風(fēng)扇，對散熱風(fēng)扇要求包括：提供足夠的風(fēng)量；結(jié)構(gòu)簡單、重量小、成本低；效率高。 電池系統(tǒng)匹配 電池參數(shù)計算 目前電動汽車可選用電池種類較多，根據(jù)查閱文獻(xiàn) 和實際調(diào)查，結(jié)合所設(shè)計車輛要求，本文選取性 能較高的鋰電池作為車輛動力電池。計算電池容量： AhUWC essdod r ??? ? (429) 取 AhC 31? 綜上所述，電池組容量為 31Ah，單體電池數(shù)目為 113塊，最大放電能量為 本文列出了固定速比和可變速比的比較，綜合比較選擇使用固定速比。當(dāng)傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。 主、從動齒輪的支承方案 主動錐齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩不是很大，所以我們選取懸臂式支承，這樣既保證了支承剛度又能使結(jié)構(gòu)簡單，方便制造。 為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不少于 40。 對于不同的主傳動比， 1Z 和 2Z 應(yīng)有適宜的搭配。這樣，不但減小了齒根圓角半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。 從動錐齒輪齒面寬 2b 推薦不大于其節(jié)錐距 2A 的 倍，即 2b ≤ 2A ,而 2b應(yīng)滿足 2b ≤ 10ms，一般也推薦 2b = 2D ， 2b =。取法見圖 45。 上述按 cT 計算的最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 2800MPa，按 cFT 計算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 1750MPa。 膜片聯(lián)軸器彈性元件為一定數(shù)量的多邊形或圓形金屬膜片疊合而成的膜片組，膜片周圍上有沿圓周均布的若干螺栓孔，用較制孔用螺栓交錯間隔與兩邊的半聯(lián)軸器相連接。預(yù)緊力計算： 38 ? ? ? ? NdAQ P ?????? ??? (440) 式中 ??? 為許應(yīng)拉應(yīng)力 ? ? ? ?nb?? ? (441) 查表得： ? ? MPab 1000?? ， n=3 為安全系數(shù) 計算得： ? ? ?? 扭矩引起的剪力： NRn TQ 239。單級錐齒輪主減速器經(jīng)校核，完全能滿足工作要求，其傳動比為 。 （ 3）本文采用水冷方式對電動機(jī)和控制器進(jìn)行冷卻。在各個零部件符合設(shè)計要求的前提下，對動力系統(tǒng)仿真分析，優(yōu)化動力系統(tǒng)整體性能。在理論計算的基礎(chǔ)上應(yīng)該進(jìn)行仿真分析，使主減速比更加合理。 （ 1）本文設(shè)計小型電動汽車驅(qū)動形式為電動機(jī)與驅(qū)動橋組合式。 39 式中 ? 為膜片連桿長度系數(shù)取 ； E 為膜片彈簧彈性模量取 206GPa； b 為連桿平均寬度 30mm 拉壓應(yīng)力： ? ??? ?? AQ` (446) MP ???? ? ? ? ? MP aMP an b ??? ?? 式中 ??b? 為膜片材料的抗拉強(qiáng)度極限； n為安全系數(shù)取 3； A為膜片危險截面面積 安全裕度： ? ? ??? 非常安全。 本文選用四連桿型膜片形式，螺栓數(shù)目為 4，結(jié)構(gòu)如圖 46所示。 經(jīng)計算得： M Paj ??? 計算應(yīng)力小于許用應(yīng)力所以可靠。 本文取 0k =1， mk =， vk =， sk =，從上圖知主動錐齒輪 wJ 為 ，從動錐齒輪 wJ 為 ，計算得： 從動錐齒輪彎曲強(qiáng)度： M Paw ??? 主動錐齒輪彎曲強(qiáng)度： M P aw ??? 計算應(yīng)力小于許用應(yīng)力所以可靠。因此本文中取 。另外，齒面過寬也會引起裝配空間的減小。 2D 可根據(jù)經(jīng)驗公式初選： 322 ceD TKD ? (432) 式中 33 2D 為從動錐齒輪大端分度圓直徑 (mm)， 2DK 為直徑系數(shù)；一般為 ～ ，本文取 ， ceT 為從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 (N 當(dāng)主傳動 比主。 單級主減速器參數(shù)計算 齒輪計算載荷的確定 按電機(jī)最 大轉(zhuǎn)矩和傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩 ceT 。重合度較大，不僅提高了傳動平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約 30%。 表 46 固定速比與可變速比對照表 固定速比 可變速比 31 電動機(jī)額定值 較高 較低 控制器額定值 較高 較低 成本 較低 較高 體積 較小 較大 質(zhì)量 較低 較高 效率 較高 較低 可靠性 較高 較低 單級主減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計 主減速器齒輪的類型 雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪相比具有一下優(yōu)點： 當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪傳動有更大的傳動比。 電池參數(shù)選取 經(jīng)過計算選取動力電池參數(shù)如表 45 所示。 計算單體電池數(shù)量： ??? uuN (425) 取整得： 113?N 按照電動汽車滿載以 50km/h 勻速行駛 100km，計算電池組能量： ?/????????????eleeleeler VsPtPW (426) 式中 ?/7614036003 ???????? ??? AVCMgf vFVP De lee le (427) 計算得： kwPele ? hkwWr 水管是連接電動機(jī)和散熱器的重要部件，對其要求包括耐熱性好、耐壓性好和具有一定的柔韌性。 散熱器總散熱面積： 1NSSS ??? 帶管 (423) 式中 27 7 2 mHS ????管 222 mTtHbtS ???????帶 (424) 帶入得： ?S 滿足散熱面積 。芯子中冷管分為咬口管和高頻對焊管，如圖 43所示，本文選用高頻對焊管。 K） 計算得： ? ?KmWK K））； mt? 為冷卻介質(zhì)對數(shù)平均溫差（ K） ? ? ? ????????? ???????12211221ln*awawamttttttttt ? (418) 式中 ? 為修正系數(shù)，取 ； 21 ww tt 、 為冷卻液進(jìn)出口溫度； 21 aa tt 、 為空氣進(jìn)出口溫度 CtCt ww ???? 3545 21 CtCt aa ???? 3025 21 則： Ctm ??? 散熱器傳導(dǎo)系數(shù)： accw hhK 11 1 ????? (419) 式中 wh 為熱流體與壁面表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，管內(nèi)液體流速為 ，取 4070W/（ m2 圖 41 管片式散熱器結(jié)構(gòu) 管帶式散熱器由扁平水管和波浪形散熱翅組成，性能較管片式散熱器提升很多，所以目前在汽車上廣泛使用。 散熱器包括管片式和管帶式兩種。水泵的選擇對于整個冷卻系統(tǒng)性能起著至關(guān)總要的作用，其主要設(shè)計參數(shù)包括流量和揚(yáng)程。 表 42 電機(jī)參數(shù)表 電機(jī)形式 永磁同步電動機(jī) 額定電壓 288V 最大功率 30kw 額定功率 15kw 最大轉(zhuǎn)矩 160N*m 額定轉(zhuǎn)矩 80N*m 最大轉(zhuǎn)速 6500r/min 額定轉(zhuǎn)速 2400r/min 冷卻方式 水冷（流量 8L/min） 質(zhì)量 45kg 電機(jī)控制器： 電機(jī)控制器相關(guān)參數(shù)如表 43所示。如果電動機(jī)功率過大，后備功率就會很大，不僅使得電動機(jī)的質(zhì)量增大，而且會使電動機(jī)工作效率低下；反之，功率過小，不能滿足整車的性能要求，而且電動機(jī)經(jīng)常過載工作，導(dǎo)致電動機(jī)壽命大大縮短，甚至直接損壞 [12]。 圖 35 電池管理系統(tǒng) 本章小結(jié) 本章重點對電動汽車的關(guān)鍵技術(shù) —— 電動機(jī)技術(shù)和蓄電池技術(shù)做了詳細(xì)的 20 介紹，通過對比分析各種類型的電動機(jī)和蓄電池的性能參數(shù)，結(jié)合實際需求，最終確定電動機(jī)類型為永磁同步電動機(jī)，蓄電池類型為鋰離子蓄電池。為了保證整個電池組的整體性能，需要對各單體電池進(jìn)行監(jiān)控、管理，從而保證電池組中各單體電池性能的一致性。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。其高比功率特性完全可以滿足電動汽車啟動、加速和爬坡的要求，壽命也是鉛蓄電池的 2倍以上，而且安全，環(huán)保。應(yīng)用廣泛，成本低、控制簡單，技術(shù)成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高。這也是目前電動汽車蓄電池領(lǐng)域需要攻克的難關(guān)。 圖 34 永磁同步電動機(jī)及控制器 18 蓄電池技術(shù) 蓄電池是電動汽車唯一的能量提供源，電池蓄電能力對電動汽車?yán)m(xù)駛里程有很大影響，要想續(xù)駛里程遠(yuǎn)，就必須增大蓄電池容量，蓄電池容量越大，體積和質(zhì)量就越 大，導(dǎo)致整車質(zhì)量加重，自身消耗能量增加，使汽車?yán)m(xù)駛里程降低。 圖 33 開關(guān)磁阻電動機(jī)及控制器 永磁電動機(jī)分為兩種：永磁無刷直流電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)。 17 圖 32 交流感應(yīng)電動機(jī)及控制器 開關(guān)磁阻電動機(jī) :開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括功率變換器、開關(guān)磁阻電動機(jī)、控制器和傳感器四部分。但是感應(yīng)電動機(jī)也具有降低電網(wǎng)功率、調(diào)速范圍窄、不能平滑調(diào)速的缺點。直流電動機(jī)及控 制器如圖31 所示。 電動車正常行駛時所需功率： ? ?tmvBPP ?