【正文】 瓶頸是蓄電池和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。例如美、日、德、法等國都相繼推出了混合動(dòng)力式電動(dòng)汽車、電動(dòng)轎車、電動(dòng)客車等。 在中國首輛電動(dòng)汽車于 1966 年在上海問市， 1977 年相應(yīng)試制出 SHD170，SHD610 型電動(dòng)汽車，但均因受蓄電池技術(shù)的限制，未能推廣投入實(shí)際使用。 電動(dòng)汽車這個(gè)概念內(nèi)涵很廣泛，它包括蓄電池電動(dòng)汽車或純電動(dòng)汽車 （ BEV） 、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 （ HEV） 和燃料蓄電池電動(dòng)汽車 （ FCEV） ，涉及到很多學(xué)科，內(nèi)容廣泛而且復(fù)雜，其核心技術(shù)包括底盤和車身技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)和能源技術(shù)。其中，電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)又由電控單元、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng) 機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)車輪組成；主能源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成；輔助控制子系統(tǒng)具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動(dòng)力供給等功能 [4]。現(xiàn)代電動(dòng)汽車很多采用三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器采用脈寬調(diào)制逆變器，機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用固定速比的減速器或變速器與差速器。變速傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，它指的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸和車輪之間的機(jī)械連接部分?，F(xiàn)代電動(dòng)車學(xué)時(shí)研究現(xiàn)代電動(dòng)車的新興交叉學(xué)科，其核心是如何最有效和環(huán)保的利用電能驅(qū)動(dòng)車輛，而總體指導(dǎo)思想是將汽車技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、電力電子技術(shù)、能源儲(chǔ)存技術(shù)和現(xiàn)代控制理論有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化。從外觀上看，您可能完全不知道汽車是電動(dòng)的。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3章 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀研究 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)組成原理研究 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要包括蓄電池、電機(jī)及控制器、變速箱、主減速器和驅(qū)動(dòng)車輪。在放電過程中，鋰離子在蓄電池正極和負(fù)極間往返移動(dòng)，在負(fù)極生成的鋰離子通過電解液嵌入正極晶狀結(jié)構(gòu)中，充電時(shí)反應(yīng)過程相反。要考慮電機(jī)在車上的安裝和與車上傳動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)結(jié) .電機(jī)體積要小，重量要輕，有較高的功率密度：同時(shí)要考慮電機(jī)抗振、防潮、防水、防塵、通風(fēng)散熱等。在 “ 十 純電動(dòng)中巴車用的鉛酸蓄電池 （ 開口式 ） 是 ”八 相信電動(dòng)自行車用的閥控鉛酸蓄電池成功經(jīng)驗(yàn)可推廣到四輪微型電動(dòng)車用的閥控鉛酸蓄電池，性能將會(huì)有迸一步的提高。對于用 金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解液由四氯化鋁鋰 （ 4LiAlCl ） 溶解在亞硫酸氯 （ 2SOCl ） 的 鋰離子蓄電池反應(yīng)方程式如下： 負(fù)極： ?? ? 8Li8eLi8 正極： SSOCleS O C l 2683 232 ???? ??? 鋰離子蓄電池及 聚合物鋰離子蓄電池在電動(dòng)車上推廣應(yīng)用遇到最大的問題是燃燒、爆炸的安全性問題。當(dāng)然，安全性還有待在實(shí)用中經(jīng)市場考核。 MH． Ni 蓄電池在我國的混合電動(dòng)車的成品車和樣車 (包括轎車和巴士 ) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 上已普遍采用，成為主流采用的蓄電池。因?yàn)樗恼龢O活性物質(zhì) （ 氧 ） 來源于蓄電池外部的空氣，不必包含在蓄電池內(nèi)部，不占蓄電池的重量，因此蓄電池的理論比能量比常用蓄電池的高得多，實(shí)際比能量也較高；另外還有原材料豐富，價(jià)格不高，無污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是電動(dòng)車用蓄電池的有競爭力的候選者。同年 11 月 2 日，這樣的車從倫敦開到巴黎，行程 439 km。受國外的第二次開發(fā)電動(dòng)車用鋅空蓄電池高潮的影響，近年來國內(nèi)研制工作又有興起。 多年工作實(shí)踐證實(shí)了鋅空蓄電池原來應(yīng)有的優(yōu)越性，同時(shí)也暴露了一些國內(nèi)外己報(bào)道過的問題，如鋅電極更換服務(wù)系統(tǒng)和再生成本、氧電極的壽命、蓄電池的電解液滲漏、爬漏或溢出等。 無刷直流電機(jī)系統(tǒng)控制圖如圖 所示。感應(yīng)電機(jī)本身比直流電機(jī)成本低，只是其逆變器比直流電機(jī)控制器成本高，但隨著功率電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，兩者的成本差距越來越接近。另外，對于功率較大的 PMSM 和 BDCM，要做到體積小、重量輕，尚存在一定的技術(shù)難度。但開關(guān)磁阻電機(jī)能量轉(zhuǎn)換密度低于電磁式電機(jī)。因此，工業(yè)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)必須加以改造， 方可適用于電動(dòng)汽車。除了指令的發(fā)送和接收外，汽車的一些基本狀態(tài)信息 （ 如電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池荷電狀態(tài)、車速等 ） 是大部分控制單元必須獲取的數(shù)據(jù)，控制單元采用廣播方式向總 線發(fā)送數(shù)據(jù) [14]。迎風(fēng)面積為 ㎡。 續(xù)駛里程是反映電動(dòng)車輛行駛性能的一個(gè)重要指標(biāo)，設(shè)電動(dòng)汽車以速度 v 行駛時(shí)間 t ，則一次充電的續(xù)駛里 程為： s =vt 。初步設(shè)計(jì)首先確定電機(jī)類型，然后根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)確定變速器的傳動(dòng)比范圍，進(jìn)而確定變速器的檔位數(shù)和傳動(dòng)比，最后得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器的基本參數(shù)。 電動(dòng)汽車電機(jī)及控制器的選型 交流感應(yīng)電機(jī)與直流電機(jī)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)實(shí)可靠、免維護(hù)、體積小、重量輕、易于冷 卻、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。大型鋰離子蓄電池和鋰聚 合物蓄電池在商業(yè)化電動(dòng)車輛（轎車、巴士和混合電動(dòng)車）上使用還要經(jīng)過許多艱苦的工作，安全性、價(jià)格、蓄電池?cái)?shù)量多，系統(tǒng)復(fù)雜等是主要制約因素。要解決鋅電極更換服務(wù)系統(tǒng)和再生成本、及存在的其他有關(guān)問題才能在電動(dòng)車上推廣應(yīng)用。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 表 幾種蓄電池的各項(xiàng)特性比較 項(xiàng)目 鉛酸 磷酸鐵鋰 三元混合材料 錳酸鋰 電壓 (V) 單 體 60AH 個(gè)數(shù) 90 60 50 50 重量密度 (Wh/Kg) 40 100 140 110 成本 (元 /AH) 6 循環(huán)壽命 (次 ) 300— 400 1500 800— 1000 500 安全性 好 好 稍差 好 污染性 嚴(yán)重 無 無 無 180V 60AH 成本 (元 ) 1500 4500 3500 3400 平均使用成本 (元 /循環(huán) ) 電動(dòng)汽車減速箱與 主 減速器的匹配與選型 電動(dòng)汽車減速箱的匹配 變速器傳動(dòng)比和檔位確定原則 :采用交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需 要考慮兩個(gè)主要的動(dòng)力、阻力平衡點(diǎn)：其一是常規(guī)車速行駛的轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)；其二是最高車速下的轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)。普通汽車傳動(dòng)系的最大傳動(dòng)比 maxti 是變速器一擋傳動(dòng)比 1gi 與主減速器傳動(dòng)比 0i 的乘積。而且這種新的設(shè)計(jì)方案采用電機(jī)、差速器的同軸傳動(dòng)，大大減小驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)件所承受的彎矩，優(yōu)化受力狀況，避免彎曲變形，進(jìn)而增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)橋的承載能力，提高使用性能，延長使用壽命。 主減速器選擇行星齒輪主減速器，其型號(hào)為 ZDY801I，公稱輸出扭矩 I,裝配形式是自然冷卻。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 5章 總結(jié) 本文主要內(nèi)容 本文主要研究了純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配的方法和過程。據(jù)相關(guān)資料顯示：我國雖然在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域落后于發(fā)達(dá)國家近二三十年，失去了追趕的機(jī)會(huì)，但在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，我國與國外的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度差距相對較小，基本處在同一起跑線上，并有機(jī)會(huì)在該領(lǐng)域獲得重要席位。電動(dòng)車被視為搶占 21 世紀(jì)汽車霸主地位的主要車型之一則是不爭的事實(shí)。其開發(fā)將關(guān)系到眾多工業(yè)的興衰，可能成為未來新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。作為一種小型、中速和短途的日常交通工具，電動(dòng)車是十分理想的，其在中國有著得天獨(dú)厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。 現(xiàn)在零排放電動(dòng)車的技術(shù)已 經(jīng)逐漸成熟并已開始商品化，一次充電行程也能滿足市區(qū) 交通的要求。目前，我國電動(dòng)汽車的研發(fā)已具備一定的基礎(chǔ)，一些企業(yè) 20 世紀(jì) 90年代中期就推出了電動(dòng)汽車樣車 [13]。電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的匹配有利于電動(dòng)汽車的效率優(yōu)化控制的提高，還與電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有關(guān)，使汽車在起步時(shí)有足夠大的轉(zhuǎn)矩。這是因?yàn)槿绻３种鲃?dòng)齒輪軸徑不變，則雙曲面從動(dòng)齒 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 輪直徑比螺旋錐齒輪小。 選取各擋變速器傳動(dòng) 比 1gi =， 2gi =?，F(xiàn)有電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋中，牽引電機(jī)安裝在半軸和半軸管的一側(cè)，電機(jī)通過減速箱將轉(zhuǎn)矩傳遞到差速器帶動(dòng)半軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)車輛的行走。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)從基頻向上調(diào)速的范圍足夠大，選擇一個(gè)檔位即可，這種情況對電機(jī)性能要求較高，很難保證變頻器始終在高效率區(qū)域工作。該蓄電池容量為 C =It = 2h= 。正在成熟的、價(jià)廉的混合電動(dòng)車用鉛酸蓄電池和性能更優(yōu)越、價(jià)格相近的混合電動(dòng)車用鋰離子蓄電池將是 MH— Ni 蓄電池的競爭對手。綜合各種電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)該電動(dòng)汽車選用交流異步電動(dòng)機(jī)。結(jié)果求得 Pe/ = Kw，為了保 證電機(jī)工作正常取 Pe = Pe/ = 15 Kw 。可以看出，車速一定時(shí)， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 在蓄電池總能量不變的情況下，有兩個(gè)途徑可以提高續(xù)駛里程 ,即降低功率消耗 p 和提高傳動(dòng)系統(tǒng)效率。 0km/h到 100 km/h的加速時(shí)間為 。 控制器的選擇主要依據(jù)電動(dòng)汽車所用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的情況而定，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)時(shí)可采用直流斬波器或 PWM 調(diào)速方式；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為交流電機(jī)時(shí)可采用三相交流 PWM 或變頻調(diào)速方式。異步電機(jī)的矢量控制是通過一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦，使非線性的異步電機(jī)具有類似于直流電機(jī)的理想控制特性。相術(shù)多，主接線數(shù)也較多，主電路復(fù)雜。開關(guān)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，為定、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子中沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，一般徑向相對的兩個(gè)繞組串聯(lián)成一相。 （ 3） 交流永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 交流永磁電機(jī)主要包含兩大類：永磁同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)。此外，電機(jī)本身的體積大、重量大，換向器和電刷制約了直流電 機(jī)的轉(zhuǎn)速，這些因素都限制了其在電動(dòng)車中的應(yīng)用。市場篩選的結(jié)果也證明用戶沒有接受。該公司制造的電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車用鋅空蓄電池裝在進(jìn)行了行駛里程測試，分別達(dá)到 150 和 250 千米，并做了大量的推廣應(yīng)用工作，在上海市建立了 50 個(gè)蓄電池更換點(diǎn)。應(yīng)該說，投入和取得的成績可不小。 早在 1960 年代美國就開始電動(dòng)車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究工作。我們 觀點(diǎn)是：正在成熟的、價(jià)廉的混合電動(dòng)車用鉛酸蓄電池 和性能更優(yōu)越、價(jià)格相近的混合電動(dòng)車用鋰離子蓄電池將是 MH— Ni 蓄電池在混合電動(dòng)車上的 競爭對手。大型鋰離子 蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池在純電動(dòng)轎車和電動(dòng)巴士上試用的、已開車的和展覽示范的有不少報(bào)道。五 ”期間有明顯提高，短路、過充、擠壓、針刺、加熱、跌落、震動(dòng)等安全性能指標(biāo)到 2021 年全部通過、達(dá)到安全要求。香港曾經(jīng)提出過用此方案解決城市中心區(qū)交通。近年來四輪微型電動(dòng)車 (包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車，短距離道路車等 )發(fā)展很快。蓄電池是電動(dòng)車的能源，是影響電動(dòng)車性能的關(guān)鍵部件，也是制約電動(dòng)車發(fā)展的關(guān)鍵。魯棒控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論、模糊控制理論以及最優(yōu)控制理論等，對主控制器的控制算法進(jìn)行研究和對比，以提高電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。如：正極為 42OLiMn 、負(fù)極為人造石墨、電解質(zhì)為 6LiPF /有機(jī)碳酸脂混合物的鋰離子聚合物蓄電池，蓄電池充電 （ 向右 ） 、放電 （ 向左 ） 的總化學(xué)反應(yīng)方程式為 642642 yCOMnLiy L iCOMnLi xyx ???? 電機(jī)是電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心，其性能、效率、重量等直接影響著電動(dòng)汽車的性能 [12]。為使電動(dòng)汽車有足夠的動(dòng)力，蓄電池要有足夠的容量儲(chǔ)備 [6]。駕駛電動(dòng)汽車時(shí)，通常唯一能夠讓您認(rèn)清這輛車的真實(shí)面目的方法是：電動(dòng)汽車開起來幾乎是無聲的 。例如，電動(dòng)機(jī)是直接由電機(jī)控制器控制的，與控制器之間有很強(qiáng)的相互作用，影響到電動(dòng)車的行駛特性、成本和安全性；電動(dòng)機(jī)和輔助電源則幾乎沒有直接的相互作用；而電機(jī)控制器與蓄電池充電器在電路上有一定的聯(lián)系，它們之間有弱的相互作用。既可用傳統(tǒng)的齒輪變速箱變速，也可以用先進(jìn)的自動(dòng)變速傳動(dòng)橋變速，還可以用電子驅(qū)動(dòng)橋控制電動(dòng)機(jī)直接變速。 與燃油汽車相比，電動(dòng)汽車的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活。根據(jù)從制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號(hào)，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和電源之間的功率流。 美、日及歐洲發(fā)達(dá)國家，近年來隨著整車產(chǎn)品的技術(shù)和性能水平提高，純電動(dòng)汽車在乘用車上已開始進(jìn)入實(shí)用化階段，即將 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段 [3]。如果一輛蓄電池能源電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)各參數(shù)選擇合理，就可以最低的能量消耗獲得良好的動(dòng)力性，并達(dá)到零排放，得到良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 2021 年 3 月， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 日木木田公司在 Civic 轎車上也采用了混合動(dòng)力裝置，其傳動(dòng)系統(tǒng)由 iDsi 汽油機(jī)、 10KW 永磁電動(dòng)機(jī)、 5 檔手動(dòng)變速器或無級(jí)自動(dòng)變速器構(gòu)成，這種車在美國的售價(jià)約為 ~ 萬美元， 2021 年在美國的銷售量約為 萬輛。其輸出特性決定了電動(dòng)汽車的動(dòng)力特性，同時(shí)，它的效率對電動(dòng)汽車效率的影響也非常大。但是，各部件效率 受技術(shù)水平、成本的限制，短期內(nèi)的提高幅度是有限的，并且不同部件的效率對整體效率產(chǎn)生的影響大小是不一樣的，若盲目追求部件的高效率，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)整體效率提高不大成本卻大大增加的現(xiàn)象。我國政府在 “ 十 Battery； Lithium iron phosphate 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................... 1 引言 ............................................................................................................