【文章內(nèi)容簡介】 /10，耗油量和二氧化碳排放量相當(dāng)于普通汽車的 1/2，最高時(shí)速達(dá) 140 公里。我國的混合動(dòng)力汽車研究也進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性階段。 1999 年，清華與廈門金龍展出了聯(lián)合研制的混合力客車，今年 4 月，一汽展出了剛生產(chǎn)的混合動(dòng)力紅旗轎車。專家指哈爾濱工業(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，燃料電池汽車是未來汽車的發(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)汽車工業(yè)的核心技術(shù)， 誰掌握了這種技術(shù)開發(fā)主導(dǎo)權(quán)，誰將成為汽車業(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。燃料電池車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，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。由于大量的純氫難以貯存在汽車上，而且加氫站也沒有那么多，因此，汽車制造商們正試圖使用汽油或甲醇，不過要在汽車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，總的來說，這類化學(xué)反應(yīng)除了電能，就只產(chǎn)生水，因此，燃料電池車被 稱為“地道的環(huán)保車”。曾研發(fā)出“氫動(dòng)一號(hào)”（液氫燃料電池概念車）的美國通用汽車公司，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，它為燃料電池車批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。我國第一輛具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電動(dòng)公共汽車也已在東風(fēng)汽車工程研究院問世，它的研制成功，縮短了中國汽車工業(yè)在這一領(lǐng)域與國外同行的差距。據(jù)有關(guān)專家分析，我國的汽車工業(yè)幾乎沒有結(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，以電動(dòng)車為新契機(jī)，集中力量解決以電池為中心的關(guān)鍵技術(shù)問題，在 21 世紀(jì)憑借國內(nèi)仍較低的勞動(dòng)力成本，在國際汽車市場上以電動(dòng)汽車與工業(yè)發(fā)達(dá)國家展開競爭。 在上世紀(jì)我國已經(jīng)錯(cuò)失了汽車工業(yè)的黃金發(fā)展期。在即將到來的新能源汽車，不管是電動(dòng)還是其他能動(dòng)的汽車上這一塊，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)觀光車市場調(diào)查 張江高科技園區(qū)電動(dòng)觀光車參數(shù)表 圖 13 張江高科技園區(qū)電動(dòng)觀光車使用情況 圖 14 圖 15 張江高科技園區(qū)觀光車 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)車除了具有電動(dòng)車輛的共同有點(diǎn)，以及造型與普通的公交車不同外，其他方面不近如人意。據(jù)受訪司機(jī)說該車由無錫奧威公司生產(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)警車性能參數(shù) 圖 17 西湖景區(qū)電動(dòng)警車使用情況 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 使用過程匯總的優(yōu)缺點(diǎn) 圖 19 圖 110 西湖景區(qū)警車 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)的警車是由蘇州益高 EG6152 型（圖 111）電動(dòng)車改裝的，在 EG6152 基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了車門和車窗 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，幫住我國占領(lǐng)新能源汽車業(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)旅游觀光車設(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)車的最高車速不得高于25km/h； 3. 所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車座位數(shù)為 8 座； 4. 續(xù)行駛里程 :90km； 5. 外廓尺寸 :(長 *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)旅游觀光車設(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。而根據(jù)已知的條件和要求，我打算設(shè)計(jì)一輛類似于旅游觀光的車，座位數(shù)為 8座，最高車速為 25km/h,以電池作為動(dòng)力源。電動(dòng)車的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低。這是因?yàn)樗旭偟穆肪€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)的觀光車來說，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)過計(jì)算了，在后面會(huì)有計(jì)算來對(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)車的總重量，（按 8 個(gè)人的體重加上車重）依據(jù)這個(gè)總重量和最高車速來初選電機(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，就要開始進(jìn)行整車布置了。上面說了，電動(dòng)車要的是結(jié)構(gòu)簡單，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安裝電池的，其下面的電池框架是經(jīng)過另外設(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 基本類型 產(chǎn)品規(guī)格 ZC 型八座 產(chǎn)品類型 純電動(dòng)觀光車 總長 (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) 整車裝備質(zhì)量 (單位： kg) 780 滿載總質(zhì)量 (單位： kg) 1300 載客數(shù) (含駕駛員 )(單位：人 ) 8 性 能 參 數(shù) 最高車速 (滿載 )(單位： km/h) 25 最大爬坡度 (滿載 )(單位： %) 15 駐車能力 (滿載 )(單位： %) 20 最高車速制動(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)汽車各總成參數(shù)的確定 電動(dòng)車電機(jī)的選擇 高密度、高效率、寬調(diào)速的車輛牽引電機(jī)及其控制系統(tǒng)既是電動(dòng)汽車的心臟又是電動(dòng)汽車研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，已被列為 863 電動(dòng)汽車重大專項(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)，除小型車外，目前一般已不采用。 近十年來，主要發(fā)展交流異步電機(jī)和無刷永磁電機(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，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。其研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢如下。 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，因此被較早應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前仍然是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流產(chǎn)品（尤其在美國），但已被其它新型無刷永磁牽引電機(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。 無刷 永磁同步電機(jī)可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)或盤式軸向磁場結(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)車輛牽引電機(jī)中是強(qiáng)有力的競爭者，已在國內(nèi)外多種電動(dòng)車輛中獲得應(yīng)用。 內(nèi)置式永磁同步電機(jī)也稱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公司同行們的關(guān)注，特別是獲得了日本汽車公司同行的青睞。當(dāng)前，美國汽車公司同行在新車型設(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)，適合用作汽車的電子伺服驅(qū)動(dòng)，如汽車電子動(dòng)力方向盤的伺服電機(jī)。 無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)展趨勢之一，具有潛在的競爭優(yōu)勢。 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)車所需要的功率。電機(jī)的功率計(jì)算所需的公式如下，汽車的總重量是估算的，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 ：汽車總重（ N） f ：良好路面上的汽車的行駛阻力系數(shù)（取 ） au ：汽車車速（ Km/h） DC ：空氣阻力系數(shù)（這里取 ） A ：汽車迎風(fēng) 面積 對(duì)于我所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車總重量，我估算總質(zhì)量為 1300kg，即 12740N 最高車速為設(shè)計(jì)要求的 25km/h 迎風(fēng)面積 A=車寬 ?車高 其中車寬暫定為 1448mm 車高暫定為 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 無刷永磁同步電機(jī) ，是美國進(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 尺寸 ? 216 ?340 電動(dòng)車電池的 確定 純電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能動(dòng)力用的蓄電池（又稱二次電池），主要是鉛 —酸電池，已有 150 年歷史?？伤闶侨祟悮v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)汽車商業(yè)化，卻存 在著許多差距，它面臨著能量儲(chǔ)備，使用壽命，比功率和成本低廉等關(guān)鍵技術(shù)問題。經(jīng)過一個(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