【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /10，耗油量和二氧化碳排放量相當(dāng)于普通汽車(chē)的 1/2，最高時(shí)速達(dá) 140 公里。我國(guó)的混合動(dòng)力汽車(chē)研究也進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性階段。 1999 年，清華與廈門(mén)金龍展出了聯(lián)合研制的混合力客車(chē)，今年 4 月，一汽展出了剛生產(chǎn)的混合動(dòng)力紅旗轎車(chē)。專(zhuān)家指哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 出，燃料電池汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向。日本媒體認(rèn)為燃料電池技術(shù)，將成為 21 世紀(jì)汽車(chē)工業(yè)的核心技術(shù)， 誰(shuí)掌握了這種技術(shù)開(kāi)發(fā)主導(dǎo)權(quán)，誰(shuí)將成為汽車(chē)業(yè)的領(lǐng)袖。燃料電池，這是一種能與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比的電池，可以使用包括再生燃料在內(nèi)的所有含氫元素的燃料。燃料電池車(chē)的工作原理是，作為燃料的氫在汽車(chē)搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。由于大量的純氫難以貯存在汽車(chē)上，而且加氫站也沒(méi)有那么多，因此，汽車(chē)制造商們正試圖使用汽油或甲醇，不過(guò)要在汽車(chē)上安裝燃料重整裝置，從這些物質(zhì)里提出氫。但是這將會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，總的來(lái)說(shuō)，這類(lèi)化學(xué)反應(yīng)除了電能，就只產(chǎn)生水，因此，燃料電池車(chē)被 稱(chēng)為“地道的環(huán)保車(chē)”。曾研發(fā)出“氫動(dòng)一號(hào)”（液氫燃料電池概念車(chē)）的美國(guó)通用汽車(chē)公司，最近推出了汽油燃料重整技術(shù)燃料電池，新研制的 CENIII 型車(chē)載燃料重整器比起前期產(chǎn)品體積、重量大大減少，預(yù)計(jì)其能量利用，污染物排放幾乎為率可達(dá) .40%，而且可以充分利用現(xiàn)有的加油站等設(shè)施，它為燃料電池車(chē)批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)第一輛具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電動(dòng)公共汽車(chē)也已在東風(fēng)汽車(chē)工程研究院?jiǎn)柺?，它的研制成功，縮短了中國(guó)汽車(chē)工業(yè)在這一領(lǐng)域與國(guó)外同行的差距。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家分析，我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)幾乎沒(méi)有結(jié)構(gòu)調(diào)整的沉重包袱，完全可以充分利 用后發(fā)優(yōu)勢(shì)，以電動(dòng)車(chē)為新契機(jī)，集中力量解決以電池為中心的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，在 21 世紀(jì)憑借國(guó)內(nèi)仍較低的勞動(dòng)力成本，在國(guó)際汽車(chē)市場(chǎng)上以電動(dòng)汽車(chē)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。 在上世紀(jì)我國(guó)已經(jīng)錯(cuò)失了汽車(chē)工業(yè)的黃金發(fā)展期。在即將到來(lái)的新能源汽車(chē)，不管是電動(dòng)還是其他能動(dòng)的汽車(chē)上這一塊，我們都應(yīng)該加倍努力的去把握住。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 電動(dòng)觀(guān)光車(chē)市場(chǎng)調(diào)查 張江高科技園區(qū)電動(dòng)觀(guān)光車(chē)參數(shù)表 圖 13 張江高科技園區(qū)電動(dòng)觀(guān)光車(chē)使用情況 圖 14 圖 15 張江高科技園區(qū)觀(guān)光車(chē) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 使用過(guò)程匯總的優(yōu)缺點(diǎn) 圖 16 根據(jù) 調(diào)查 ，張江高科技園區(qū)里使用的電動(dòng)車(chē)除了具有電動(dòng)車(chē)輛的共同有點(diǎn)，以及造型與普通的公交車(chē)不同外，其他方面不近如人意。據(jù)受訪(fǎng)司機(jī)說(shuō)該車(chē)由無(wú)錫奧威公司生產(chǎn)，動(dòng)力源是電容，駕駛 10km 左右，必須充電十分鐘左右。 西湖景區(qū)電動(dòng)警車(chē)性能參數(shù) 圖 17 西湖景區(qū)電動(dòng)警車(chē)使用情況 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 18 使用過(guò)程匯總的優(yōu)缺點(diǎn) 圖 19 圖 110 西湖景區(qū)警車(chē) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 據(jù)調(diào)查西湖景區(qū)的警車(chē)是由蘇州益高 EG6152 型（圖 111）電動(dòng)車(chē)改裝的，在 EG6152 基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了車(chē)門(mén)和車(chē)窗 圖 111 蘇州益高 EG6152 在今天我也將要畢業(yè)，希 望能用自己的微薄力量，幫住我國(guó)占領(lǐng)新能源汽車(chē)業(yè)的高地。 第二章 本次設(shè)計(jì)題目的要求及設(shè)計(jì)參數(shù)選擇與分析 設(shè)計(jì)目的和要求以及總體構(gòu)想 城市輕型電動(dòng)旅游觀(guān)光車(chē)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì) 。 老師所給出的要求和大致數(shù)據(jù)如下 :1. 電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式為電力驅(qū)動(dòng)，并且是以電池作為動(dòng)力源； 2. 所設(shè)計(jì)的電動(dòng)車(chē)的最高車(chē)速不得高于25km/h； 3. 所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)座位數(shù)為 8 座； 4. 續(xù)行駛里程 :90km； 5. 外廓尺寸 :(長(zhǎng) *寬 *高 ):3750*1448*1830 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 對(duì)于本次的總體構(gòu)想。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是 城市輕型電動(dòng)旅游觀(guān)光車(chē)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)。 此次要做的是一個(gè)總體布置設(shè)計(jì)，對(duì)象是一臺(tái)低速的八座純電動(dòng)汽車(chē)。而根據(jù)已知的條件和要求，我打算設(shè)計(jì)一輛類(lèi)似于旅游觀(guān)光的車(chē)，座位數(shù)為 8座，最高車(chē)速為 25km/h,以電池作為動(dòng)力源。電動(dòng)車(chē)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。這是因?yàn)樗旭偟穆肪€(xiàn)比較特殊，只是在某一區(qū)域行駛，路況比較好，行駛速度較低。 作為電動(dòng)車(chē)最關(guān)鍵的當(dāng)然是電動(dòng)機(jī)和電池的選擇。目前一般電動(dòng)車(chē)用的電池有三種， 鋰離子蓄電池 是 最常用 的一種， 但 成本 不是 最低，對(duì)于我所要設(shè)計(jì)的觀(guān)光車(chē)來(lái)說(shuō)，選 鋰離子蓄電池 最合理。具體到選擇哪一型號(hào)的蓄電池，就要經(jīng)過(guò)計(jì)算了，在后面會(huì)有計(jì)算來(lái)對(duì) 鋰離子蓄電池 型號(hào)的選擇。 另外就是電機(jī)的選擇了，大概估計(jì)了下所要設(shè)計(jì)的電動(dòng)車(chē)的總重量，（按 8 個(gè)人的體重加上車(chē)重）依據(jù)這個(gè)總重量和最高車(chē)速來(lái)初選電機(jī)的功率，然后在進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，最后再得出符合要求的電機(jī)。選擇好最重要的東西后，就要開(kāi)始進(jìn)行整車(chē)布置了。上面說(shuō)了，電動(dòng)車(chē)要的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以布置的時(shí)候也會(huì)以這個(gè)為原則。座位數(shù)是 8 座，分三排座位，一排坐兩個(gè)，后面做三人，其中中間的一排座位下面是用來(lái)安裝電池的，其下面的電池框架是經(jīng)過(guò)另外設(shè)計(jì)的 ，使其能更好的固定電池。，使整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了。 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇與分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 尺 寸 參 數(shù) 項(xiàng)目 基本類(lèi)型 產(chǎn)品規(guī)格 ZC 型八座 產(chǎn)品類(lèi)型 純電動(dòng)觀(guān)光車(chē) 總長(zhǎng) (單位： mm) 3750 總寬 (單位： mm) 1448 總高 (單位： mm) 1830 軸距 (單位： mm) 2750 前輪距 (單位： mm) 1070 后輪距 (單位： mm) 1053 質(zhì) 量 參 數(shù) 整車(chē)裝備質(zhì)量 (單位： kg) 780 滿(mǎn)載總質(zhì)量 (單位： kg) 1300 載客數(shù) (含駕駛員 )(單位：人 ) 8 性 能 參 數(shù) 最高車(chē)速 (滿(mǎn)載 )(單位： km/h) 25 最大爬坡度 (滿(mǎn)載 )(單位： %) 15 駐車(chē)能力 (滿(mǎn)載 )(單位： %) 20 最高車(chē)速制動(dòng)距離 (單位： m) 4 一次充電續(xù)駛里程 (單位： km) 90 第三章 電動(dòng)汽車(chē)各總成參數(shù)的確定 電動(dòng)車(chē)電機(jī)的選擇 高密度、高效率、寬調(diào)速的車(chē)輛牽引電機(jī)及其控制系統(tǒng)既是電動(dòng)汽車(chē)的心臟又是電動(dòng)汽車(chē)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，已被列為 863 電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)的共性關(guān)鍵技術(shù)課題。 20 世紀(jì) 80 年代前，幾乎所有的車(chē)輛牽引電機(jī)均為直流電機(jī) ，這是因?yàn)橹绷鳡恳姍C(jī)具有起步加速牽引力大，控制系哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 統(tǒng)較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。直流電機(jī)的缺點(diǎn)是有機(jī)械換向器，當(dāng)在高速大負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，換向器表面會(huì)產(chǎn)生火花，所以電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不能太高。由于直流電機(jī)的換向器需保養(yǎng)，又不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，除小型車(chē)外，目前一般已不采用。 近十年來(lái)，主要發(fā)展交流異步電機(jī)和無(wú)刷永磁電機(jī)系統(tǒng)。與原有的直流牽引電機(jī)系統(tǒng)相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)，其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小，質(zhì)量輕（其比質(zhì)量為 ）、效率高、基本免維護(hù)、調(diào)速范圍廣。其研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)如下。 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 異步電機(jī)其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可靠，低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低噪聲，不需要位置傳感器，轉(zhuǎn)速極限高。 異步電機(jī)矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，使得異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此被較早應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前仍然是電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流產(chǎn)品（尤其在美國(guó)），但已被其它新型無(wú)刷永磁牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐步取代。 最大缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，成本高；相對(duì)永磁電機(jī)而言，異步電機(jī)效率和功率密度偏低。 無(wú)刷 永磁同步電機(jī)可采用圓柱形徑向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或盤(pán)式軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，由于具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍，發(fā)展前景十分廣闊，在電動(dòng)車(chē)輛牽引電機(jī)中是強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者，已在國(guó)內(nèi)外多種電動(dòng)車(chē)輛中獲得應(yīng)用。 內(nèi)置式永磁同步電機(jī)也稱(chēng)為混合式永磁磁阻電機(jī)。該電機(jī)在永磁轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了磁阻轉(zhuǎn)矩，磁阻轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機(jī)的過(guò)載能力和功率密度，而且易于弱磁調(diào)速，擴(kuò)大恒功率范圍運(yùn)行。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論正在不斷完善和繼續(xù)深入，該機(jī)結(jié)構(gòu)靈活，設(shè)計(jì)自由度大，有望得到高性能，適合用作電動(dòng)汽車(chē)高效、高密 度、寬調(diào)速牽哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 引驅(qū)動(dòng)。這些引起了各大汽車(chē)公司同行們的關(guān)注，特別是獲得了日本汽車(chē)公司同行的青睞。當(dāng)前，美國(guó)汽車(chē)公司同行在新車(chē)型設(shè)計(jì)中主要采用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)。 表面凸出式永磁同步電機(jī)也稱(chēng)為永磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)，相對(duì)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)而言，其弱磁調(diào)速范圍小，功率密度低。該結(jié)構(gòu)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，并可望得到低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，適合用作汽車(chē)的電子伺服驅(qū)動(dòng)，如汽車(chē)電子動(dòng)力方向盤(pán)的伺服電機(jī)。 無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是當(dāng)前永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，將成為永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一，具有潛在的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低速時(shí)常采用矢量控制，高速時(shí)用弱磁控制。 要選擇合適的電機(jī)，首先要知道電動(dòng)車(chē)所需要的功率。電機(jī)的功率計(jì)算所需的公式如下，汽車(chē)的總重量是估算的，后面會(huì)進(jìn)行驗(yàn)證。 313 6 0 0 7 6 1 4 0aa De T C A uG fuP ? ????????.....................................................................（ 1） T? ：機(jī)械效率（一般取 ） G ：汽車(chē)總重（ N） f ：良好路面上的汽車(chē)的行駛阻力系數(shù)（取 ） au ：汽車(chē)車(chē)速（ Km/h） DC ：空氣阻力系數(shù)（這里取 ） A ：汽車(chē)迎風(fēng) 面積 對(duì)于我所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)總重量，我估算總質(zhì)量為 1300kg，即 12740N 最高車(chē)速為設(shè)計(jì)要求的 25km/h 迎風(fēng)面積 A=車(chē)寬 ?車(chē)高 其中車(chē)寬暫定為 1448mm 車(chē)高暫定為 1830mm 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 則 A=1448?1830=2283840 2mm = 2m 帶入上 述數(shù)據(jù)由（ 1）計(jì)算得： 313 6 0 0 7 6 1 4 0aa De T C A uG fuP ? ????????= 從這可以知道電機(jī)的功率至少為 ，但是所選擇的電機(jī)功率肯定要大一些。 我所選用的是 無(wú)刷永磁同步電機(jī) ，是美國(guó)進(jìn)口的的電機(jī)。 我所選擇的電機(jī)的一些參數(shù)如下： 型號(hào)： XQ310 額定功率 峰值功率 額定電壓 48V 額定電流 60A 最大轉(zhuǎn)矩 150Nm 額定轉(zhuǎn)速 1300r/min 最高轉(zhuǎn)速 2020r/min 絕緣等級(jí) F 防護(hù)等級(jí) IP54 冷卻方式 自然風(fēng)冷 重 量 50kg 外觀(guān) 尺寸 ? 216 ?340 電動(dòng)車(chē)電池的 確定 純電動(dòng)汽車(chē)的儲(chǔ)能動(dòng)力用的蓄電池（又稱(chēng)二次電池），主要是鉛 —酸電池，已有 150 年歷史?？伤闶侨祟?lèi)歷史上一個(gè)偉大的發(fā)明。電池的近代進(jìn)步相當(dāng)驚人，在電池的家族里，擁有鎘鎳電池、氫鎳電池、鈉硫電池、鋰電池、鋅空電池、硅鹽電池、飛輪電池等幾十種系列，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)改善了它的應(yīng)用廣度與性能。 盡管這么多的性能先進(jìn)電池出現(xiàn)，要使純電池的電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化，卻存 在著許多差距，它面臨著能量?jī)?chǔ)備，使用壽命，比功率和成本低廉等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)之后，到 1990 年，仍然不少應(yīng)用很原始的鉛酸電池 。 鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 電 解 質(zhì) 溶 液 的 電 池 。 最 早 出 現(xiàn) 的 鋰 電 池 使 用 以 下 反 應(yīng) ：Li+MnO2=LiMnO2，該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。 正極上發(fā)生的反應(yīng)為 LiCoO2=充電 =Li1xCoO2+Xli++Xe(電子 ) 負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為 6C+XLi++Xe=====LixC6 電池總反應(yīng)： LiCoO2+6C=Li1xCoO2+LixC6 我