【正文】 cle used can39。study thecontrol strategy of the electric motor, put forward total structure of the storagebattery management system and each parts of functions, and carried on a design and researchto each part。 1 國內(nèi)外電動汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展 13 電動汽車的電機驅(qū)動控制策略分析 17 第 3 章 蓄電池技術(shù)及其管理系統(tǒng)設(shè)計 18 蓄電池的分類及特點 26 電壓溫度檢測模塊設(shè)計 27 蓄電池組的均衡充放電設(shè)計 29 本章小結(jié) 33 再生制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 38 蓄電池組的布置及安裝設(shè)計 40 蓄電池組布置的要求 43 本章小結(jié) 45 參考文獻 48 附 錄 但同時也面臨著來自環(huán)境保護、能源短缺、道路交通事故等方面越來越嚴峻的挑戰(zhàn)，并帶來了一系列負面效應(yīng)。由此可見，汽車排入大氣的有害污染物除使城市空氣中的有害污染物增加、產(chǎn)生光化學煙霧和硫酸煙霧外，還導致大氣臭氧 層破壞、地球溫暖化和酸雨的形成等。另外隨著汽車保有量的增長，石油的供應(yīng)日趨緊張，汽車研發(fā)和制造行業(yè)必須加大對汽車新能源的研究和開發(fā)的力度。 我國面臨的形勢也十分嚴峻，國內(nèi)的石油儲藏量和開采量相當有限，隨著汽車保有量的增加，石油需求越來越多，目前已不能自給，不足部分主要通過進口來滿足。開發(fā)新的替代能源、提高熱能轉(zhuǎn)換的效率和節(jié)約能源被認為是解決或緩解環(huán)境污染和保障能源供給的有效方法。因此，開發(fā)不使用傳統(tǒng)燃料的代用燃料和電動汽車、降低單位里程的燃料消耗量對緩解環(huán)境污染和保障能源供給具有重要的戰(zhàn)略意義。電動汽車在解決道路交通事故方面和傳統(tǒng)汽車相比也具有一定優(yōu)勢。 （ 2） 可使用多種能源 由于電動汽車使用二次電力能源，它不受石油資源的限制，電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。即使考慮原油的發(fā)電效率，配送電效率，充放電效率等，其最終效率也比內(nèi)燃機高。 （ 5） 更有利于智能化 由于電動汽車已達到電氣化，所以電動汽車系統(tǒng)中更利于采用先進的電子信息技術(shù)，提高汽車智能化程度。 其次，在我國，城市交通擁堵和汽車尾氣排放問題日益嚴重，公共交通發(fā)展越來越受到人們的重視。對轎車而言，空間有限，對電動機等部件的要求高，成本投入巨大，而且短期內(nèi)不會有較大的改善。目前，我國許多科研機構(gòu)、高等院校都增設(shè)了與電動汽車研發(fā)有關(guān)的機構(gòu)和人員，并把電動汽車及相關(guān)零部件的研發(fā)列為重點課題，這為我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 當前，國際金融危機不斷蔓延，各國汽車企業(yè)的發(fā)展都受到很大影響，企業(yè)生存面臨著極大挑戰(zhàn)。通常人們所說的電動汽車主要是指混合動力汽車和純電動汽車。憑借雄厚的實力和巨額的資金投入，發(fā)達國家的汽車制造商已經(jīng)在全球汽車工業(yè)新一輪競爭中占據(jù)了有利地位。特別是近年爆發(fā)國際金融危機以來，面對嚴峻形勢，發(fā)達國家的政府紛紛出臺相關(guān)政策，加快了電動汽車的發(fā)展步伐。 通過分析各種蓄電池的性能優(yōu)缺點和本研究的使用條件，具體選擇某型蓄電池來組成蓄電池組作為本研究電動客車的動力源。 6 第 2 章 電動汽車電機技術(shù) 電動汽車電機的分類及特點 電動汽車電動機可分為交流電動機、直流電動機、交 /直流兩用電動機、控制電動機 （ 包括步進、測速、伺服、自整角等 ） 、開關(guān)磁阻電動機及信號電動機等多種。直流電動機按照勵磁方式的不同可以分為：他勵、并勵、串勵、短復勵等。 異步電動機 感應(yīng)電動機（ IM）有繞線式和鼠籠式兩種類型，其具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固、成本低、可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動小、噪聲小、轉(zhuǎn)速極限高、無需位置傳感器及免維護等優(yōu)點，因此得到廣泛應(yīng)用。二是轉(zhuǎn)速彈性大，運轉(zhuǎn)精度高，并且不受電壓與負載變動的影響。 永磁無刷直流電動機的主要不足是勵磁不能控制，因此永磁電動機不能得到類似于繞線直流電動機的工作特性。當前在電動汽車上的應(yīng)用極少 [3,21]。電動汽車電動機應(yīng)滿足的主要要求可歸納為如下 10 個方面 : 高電壓。 m 8 提高到 400ON178。電動汽車所采用的感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速可以達到 8 000 一 12 000 r/min，高轉(zhuǎn)速電動機的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低 整 車的 整 備質(zhì)量。而工業(yè)驅(qū)動電動機通常對比功率、效率及成本進行綜合考慮，在額定工作點附近對效率進行優(yōu)化。 電動汽車驅(qū)動電動機應(yīng)具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能，以滿足多部電動機協(xié)調(diào)運行，而工業(yè)驅(qū)動電動機只要求滿足某一種特定的性能。 能夠在惡劣條件下可靠工作。本研究基于降低研究和開發(fā)成本，縮短研究周期的角度，選擇包頭永磁電機研究所研制的額定功率為 60kw 的 ZYCD 永磁直流電機作為驅(qū)動電機。以市區(qū)使用的電動公交車為例，結(jié)合市區(qū)道路的特點可以提出電動公交車的動力性能指標如下：最高車速≥ 70km/h； 0～ 50km/h 加速時間≤ 25s；最大爬坡度≥ 15%[7]。它們都是采用通過橡膠輪胎來與地面相接觸，相互作用，從而產(chǎn)生驅(qū)動力驅(qū)動車輛前進，在力學原理上不存在本質(zhì)的區(qū)別。電動汽車在路面上行駛時受到滾動阻力 Ff（ Nm）和空氣阻力 Fw（ Nm），加速阻力 Fj（ Nm）和重力沿道路坡面方向的分力 —— 坡道阻力Fi（ Nm）。 電動汽車功率平衡方程 電動汽車行駛時，不僅驅(qū)動力和行駛阻力互相平衡，電動機的功率和電動汽車行駛的阻力功率也總是平衡的。 表 電動汽車傳動系相關(guān)參數(shù) 主減速比 i0 變速器變速比 一擋 CDA（ m2 ） 二擋 f 三擋 r 四擋 T? 五擋 1 ? 倒擋 12 最高車速要求校核 根據(jù)設(shè)計期望的最高車速（ 70km/h），可以進行電機的最大功率的計算，從而驗證所選電動機的功率是否達到要求。 相關(guān)參數(shù)由表 、表 和表 給出，其中 δ = ， m = 14500kg, f = t = ??? ?00 u tFdua = 17 經(jīng)計算，本研究電動汽車 0 至 50 km/h 加速時間為 17 s，從而加速能力滿足要求。 對于傳統(tǒng)的燃油汽車，內(nèi)燃機以其熱效率高 、重量小、體積緊湊的特點，在傳統(tǒng)車輛驅(qū)動中占據(jù)統(tǒng)治地位。 一般內(nèi)燃機汽車的變速器有 4— 6 檔，在不同變速檔位下，相應(yīng)的加速踏板踏位控制下的驅(qū)動特性。 對于電動車輛，一般繼承己被人們接受的傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛踏板式或手柄式的控制方式，對駕駛者的驅(qū)動意識，也應(yīng)具有與傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛一致或更優(yōu)良的驅(qū)動響應(yīng)。電子油門踏板的變化對應(yīng)于電動機的輸出力矩，在穩(wěn)定時則對應(yīng)于電動機的輸出轉(zhuǎn)速。 ⑵永磁直流電動機機械特性 當電動機電樞兩端加恒定電壓（ Ud0=常數(shù)）時，電動機轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系 n=f(Te)，稱為直流電動機的機械特性。 其表達式為： Te = Id CT （ ） 圖 永磁直流電動機轉(zhuǎn)矩特性圖 從圖 可以看出， 改變電樞電流的大小可以很好的實現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。 100% () n eT 0 U1 ＞ U2 ＞ U3 U1 U2 U3 16 其中， P1為電動機輸入功率， P2為電動機的輸出功率， ∑ P為各項損耗功率 [13]。對電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)進行串聯(lián)校正可以采用比例微分（ PD）、比例積分（ PI）和比例微積分（ PID）。電動機作為電機驅(qū)動系統(tǒng)的動力源，是電動汽車動力系統(tǒng)的核心，已成為電動汽車發(fā)展的瓶頸。 其特點 如下： （ 1）完全密封。 （ 3）泄氣系統(tǒng)。 （ 5）使用壽命長。電壓、容量和密封在線上進行 100%檢驗。 cm3）的石棉膜。主要缺點為：容器需要耐高壓，一般充電后氫壓達 3~5MPa, 19 這就需要用較重耐壓容器，降低了電池的體積比能量及質(zhì)量比能量；自放電較大；不能漏氣，否則電池容量減小，并且容易發(fā)生爆炸事故；成本高；能量密度低。 電動汽車用 Ni– Cd 電池應(yīng)采用密封和全密封結(jié)構(gòu)的電池。 Ni– Cd 電池的主要特點是容易充電、壽命長、維 護方便，可以制成無需維護的密封和全密封結(jié)構(gòu)的電池。 鋰離子電池的優(yōu)點主要有 6方面： （ 1）能量密度高。 （ 3）無污染，環(huán)保型。鋰離子電池可以大電流連續(xù)放電，適合于動力電源。 空氣電池 鋅 – 空氣電池的特點 （ 1）比能量大。 h178。 L1，也是鉛酸電池的 2 ~ 3 倍。鋅空氣電池具有良好的一致性，沒有其他類型電池充電和放電不均勻現(xiàn)象。 （ 4）安全性好。鋅的來源豐富，生產(chǎn)成本較低。 鋁 – 空氣電池的特點 （ 1）比能量大。 h178。電池質(zhì)量大幅度減小，可使電動汽車的整備質(zhì)量降低，電動汽車的續(xù)駛里程延長。鋁的原材料豐富，已具有大規(guī)模的鋁冶煉廠，生產(chǎn)成本較低。由于鋁不可能在水溶液中重新電沉積到電極上，因此，不能像一般的蓄電池那樣充電，只能采用更換電極的機械充電模式 [6]。這就使得電動汽車的使用效率較低，推廣使用難度大。 本研究用蓄電池 本研究用鉛酸蓄電池 圖 為本研究純電動中型城市客車所選用的 12V110Ah 鉛酸蓄電池，由廣州某公司生產(chǎn)，技術(shù)參數(shù)見下表 。 1000 （ ） 其中： U 為蓄電池組總電壓。 蓄電池管理系統(tǒng)總體設(shè)計 蓄電池管理系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu) 蓄電池管理系統(tǒng)的作用就是用來對蓄電池組的使用進行全面管理，它是電動汽車上一個重要而基本的組成部分。同時，主控機還要計算剩余容量值和給出續(xù)駛里程數(shù)，對蓄電池狀態(tài)進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有異常的單體電池及時報警和處理。 主控機的選擇及介紹 主控機采用研華公司的 UNO2052 嵌入式計算機，該產(chǎn)品實時操作系統(tǒng)技術(shù)，提供 Windows 既有解決方案，支持大部分網(wǎng)絡(luò)接口，具有開放結(jié)構(gòu)、豐富擴展功能、無風扇和無盤設(shè)計的特點，是工業(yè)級應(yīng)用的理想平臺。但是如果只對整組蓄電池進行檢測，很難發(fā)現(xiàn)其中單體電池的緩慢變化，包括單體電池本身的老化和因為單體蓄電池一致性問題 而帶來的積累效應(yīng)。集中檢測法是用一套檢測電路分時檢測各個單體電池。分布式檢測連線簡單、性能可靠，容易實現(xiàn)較高的測量精度。集中 /分布式檢測除了具有前集中檢測和分布檢測的優(yōu)點之外，還具有增加搭建 26 系統(tǒng)的靈活性和擴展性、提高系統(tǒng)的可靠性和性價比等優(yōu)點。本研究采用分壓原理，即串聯(lián)兩個電阻 R1 和 R2， R1=2 R2，將 Cf 與 R2 并聯(lián)，這樣就可以使 Cf 的電壓降到5V 以下。 CAN 總線驅(qū)動器采用 82C250，它是 CAN 控制器和物理總線的接口，提供對總線的發(fā)送和接收功能。 MCU 主流程圖如圖 所示 [8]。本研初始化 查詢 CAN 數(shù)據(jù) 合上 K1 延時 10ms 斷開 K1，合上 K2 讀取 A/D 數(shù)據(jù) 斷開 K2 數(shù)據(jù)預處理 數(shù)據(jù)封裝 CAN 發(fā)送數(shù)據(jù) 等待確認 28 究具體選用的是南京某公司生產(chǎn)的 TBC300E 型傳感器，結(jié)構(gòu)如圖 所示，其主要性能參數(shù)見表 。 15V % ≤ % ≤ 1μ s 圖 電流傳感器機構(gòu)圖 電流檢測原理，即電流傳感器將主電源回路電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號送給 A/D 轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為 8 位二進制數(shù)字信號送 MCU， MCU 進行數(shù)據(jù)預處理，再通過 CAN 發(fā)送