【文章內(nèi)容簡介】 0900 次，按每年充放電 200 次計算，一個蓄電池的壽命最多為 4年，與燃油汽車 的壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能方面都有各自的優(yōu)勢和不足，例如，鉛酸電池成本低，原材料豐富且易于回收，但續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短。鎳鎘電池加速動力足、壽命較長。但其成本高、可回收性差。鈉硫電池的比能量較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程。但它要求的工作環(huán)境較苛刻。且其沽性物質(zhì)具有強腐化性并易爆炸 [11]。就整體來看，成熟電池的壽命都相對較短。 (3)蓄電池尺寸和質(zhì)量的制約 : 現(xiàn)有電動汽車所使用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質(zhì)量。如果電動汽車自身裝備質(zhì)量大，就會影響加速性能和最大 車速的提高。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達到 550 L．當把這么大體積的電池用于家庭轎車上時，就必然要擠占轎車的行李廂空間。 (4)電動汽車價格昂貴 主要是電池技術(shù)復雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術(shù)，致使電動汽車的造價居高不下。電動汽車蓄電池的價格約 100美元 /kW178。 h，甚至有的高達 350美元 /kW178。 h，成本太高，用戶難以承受。 (5) 間接污染嚴重 浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 7 電動汽車本身雖無排放污染，但其間接污染也是不容忽視的。如鉛酸電池中的鉛，從開采、冶煉到生產(chǎn)的排污，都會對環(huán)境造成污染。再如所用 電能，相當大一部分來自火力發(fā)電，煤炭燃料也會造成大氣污染。 電動車的未來發(fā)展方向 自上世紀爆發(fā)石油危機后，不少跨國汽車公司都開始研制電動汽車。其中不乏福特，豐田等知名大型汽車廠?？梢灶A見到電動汽車的發(fā)展將會是本實際汽車工業(yè)的重點和主流。電動汽車具有無排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運行成本低等優(yōu)點，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比擬的優(yōu)勢，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的最有效途徑。上文已經(jīng)提到電動車問世以來，主要有三種形式，即純電動車、混合動力 汽車和燃料電池電動車。下面就詳細的來說說這幾種形式的電動車。 純電池電動車是完全由二次電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力的汽車。純電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當成熟，國外汽車發(fā)達國家和我國都進行了小批量生產(chǎn)。近日，北京公交線上推出的兩輛以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為動力的電動車已投入商業(yè)運行，表現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟性和環(huán)保性。純電池電動車具有無污染，零排放等優(yōu)點，但其缺點也十分突出，能量低，質(zhì)量大，充電時間長，成本高，折舊快，還容易對環(huán)境造成二次污染，其應用范圍有限。 混合動力汽車采用內(nèi)燃機和 電動機兩種動力，克服了純電池電動車行駛里程短、充電時間長等致命弱點，雖然混合動力車不能實現(xiàn)零排放，但其兼俱環(huán)保與節(jié)能，同時又能實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，因此，具有非常好的發(fā)展前景。近年來，世界各大汽車公司紛紛推出這種車型日本已經(jīng)走在了世界前列 ， 如豐田汽車公司推出的PRIUS 汽車，本田推出的 INSIGHT 汽車均早已上市。 PRIUS 汽車尾氣排放水平僅相當于日本現(xiàn)行法規(guī)的 1/10，耗油量和二氧化碳排放量相當于普通汽車的 1/2，最高時速達 140 公里。我國的混合動力汽車研究也進入了實質(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)的混合動力紅旗轎車。專家指出，燃料電池汽車是未來汽車的發(fā)展方向。日本媒體認為燃料電池技術(shù)，將成為 21 世紀汽車工業(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)動機相比的浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 8 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)生化學反應，從而產(chǎn)生電能啟動電動機進而驅(qū)動汽車。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。但是這將會產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物，總的來說，這類化學反應除了電能，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“氫動一號”（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，預計其能量利用，污染物排放幾乎為率可達 40%，而且可以充分利用現(xiàn)有的加油站等設施，它為燃料電池車批量生產(chǎn)奠定了基礎。我國第一輛具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電動公共 汽車也已在東風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，以電動車為新契機 ， 集中力量解決以電池為中心的關(guān)鍵技術(shù)問題，在 21 世紀憑借國內(nèi)仍較低的勞動力成本，在國際汽車市場上以電動汽車與工業(yè)發(fā)達國家展開競爭 [ 16]。 在上世紀我國已經(jīng)錯失了汽車工業(yè)的黃金發(fā)展期。在即將到來的新能源汽車，不管是電動還是其他能動的汽車上這一塊，我們都應該加倍努力的去把握住。 我國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展在具備了以上 良好基礎的同時，還具有一些有利條件和比較優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 資源優(yōu)勢 。 我國在鋰離子電池、永磁電機等電動汽車關(guān)鍵零部件的核心材料方面具有資源優(yōu)勢。根據(jù)已探明儲量，我國鋰資源儲量 380 多萬噸，居世界第二位，主要分布在四川、江西、新疆、河南、青海、西藏等地區(qū)。我國擁有豐富的稀土資源，稀土儲量占世界總儲量的近 58％，居世界第一位。我國稀土產(chǎn)量自 1988 年以來均居世界首位，多年來產(chǎn)品產(chǎn)量和供應量達到世界總量的 80％以上，是世界稀土第一出口大國。 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢 。 近年來我國電動自行車、電動摩托車等輕型電動車及相 關(guān)零配件產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)已超過 3000 家，整車保有量已超過 5000 萬輛，生產(chǎn)能力接近千萬輛，成為世界最大的輕型電動車生產(chǎn)國和第一大市場。在電動自行車浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 9 快速普及的帶動下，動力電池和驅(qū)動電機等關(guān)鍵零部件生產(chǎn)體系迅速建立，在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、成本控制等方面形成一定優(yōu)勢，同時為建立電動汽車關(guān)鍵零部件體系奠定了堅實的產(chǎn)業(yè)基礎。 市場優(yōu)勢 。 我國正處于快速城市化、工業(yè)化初期，地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展不平衡的局面在未來較長一段時期內(nèi)很難改變。因此，不同地區(qū)、不同階層人們收入水平的差異，勢必造成消費者對汽車產(chǎn)品的價格、功能等要 求不同，我國具有巨大的多元化市場，使我國汽車消費呈現(xiàn)出明顯的差異化和多元化特點。這種形勢下，只要緊密圍繞市場需求，有針對性地進行產(chǎn)品開發(fā)和市場推廣，如優(yōu)先發(fā)展微混合、輕混合的混合動力汽車和低成本的小型純電動汽車，將有利于加快電動汽車在我國的先期市場導入。 基礎設施后發(fā)優(yōu)勢。發(fā)達國家城市建設基本已經(jīng)結(jié)束，在城市內(nèi)新建或改建電動汽車充電網(wǎng)絡的難度遠遠大于我們。我國大中城市建設還處于發(fā)展期，而在廣大農(nóng)村地區(qū)城鎮(zhèn)化、城市化剛剛起步，電動汽車充電站等基礎設施建設在我國具有較大的發(fā)展空間。如果能夠適時加強基礎設施建設規(guī) 劃，將極大地推動我國電動汽車配套基礎設施的建設 [6]。 總的來說，我國電動汽車發(fā)展具備了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎和有利條件。在大好形勢下，我們一定要把握機遇、再接再厲，開創(chuàng)電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新局面，在國際汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型過程中形成競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)我國汽車產(chǎn)業(yè)由大變強和自主發(fā)展。 論文主要研究內(nèi)容 電動汽車與內(nèi)燃機車在外表上沒有什么區(qū)別，車輪與地面之間相互接觸與相互作用以及它們之間的力學過程也不存在本質(zhì)的區(qū)別。兩種車的轉(zhuǎn)向裝置、懸掛裝置及制動系統(tǒng)也基本相同。它們之間的主要差別是采用了不同的動力源。內(nèi)燃機汽車是燃 油混合氣體在內(nèi)燃機中燃燒作功，從而推動汽車前進。電動汽車由蓄電池提供電能，經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)和電動機，驅(qū)動電動汽車行駛。電動汽車韻操縱穩(wěn)定性、平順性及通過性與內(nèi)燃機汽車完全相同。電動汽車除本身具有再生制動性能外，與內(nèi)燃機的制動性能也是相同的。電動汽車不存在燃油經(jīng)濟性，其能量的供給和消耗，與蓄電池的性能密切相關(guān)，直接影響電動汽車的動力性能和續(xù)駛里浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 10 程，影響轡動汽車褥駛韻成本效益。 電動汽車要求電驅(qū)動系統(tǒng)具有恒功率輸出和高功率密度，在起步和爬坡時具有低速高轉(zhuǎn)矩輸出特性及巡航時的高速低轉(zhuǎn)矩特性，具有快速的轉(zhuǎn)矩響應特性，在 轉(zhuǎn)矩 /轉(zhuǎn)速特性的較寬范圍內(nèi)具有高的效率，同時再生制動時的能量回收效率高。 電動汽車要求儲能動力源具有高的比能量和能量密度，高的比功率和功率密度，快充和深放電的能力，壽命長，自放電率小，充電效率高，安全性好且成本低廉，免維修，對環(huán)境無危害，可回收性好。 目前純電動旅游客車一次充電能量有限，需要反復充放電，那么如何充分利用車載蓄電池有限的能量提高續(xù)駛里程，如何縮短充電時間，如何進行驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)匹配從而獲得最佳的整車動力性能以及降低車輛的成本，很大程度上決定了純電動旅游客車開發(fā)能否獲得成功、能否實用化。 針對以上 提車的一些問題，本論文對一輛 10m 純電動旅游客車進行了總布置設計，主要包括對儲能源電池選型布置、動力系統(tǒng)選型匹配、客車主要技術(shù)參數(shù)和總布置的設計等工作。論文將主要從以下幾個方面開展工作： （ 1）闡述了電動汽車的開發(fā)背景及研究意義，綜述了國內(nèi)外電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀與水平，分析了我國社會經(jīng)濟發(fā)展對電動汽車的需求，并提出了應對之策； （ 2）研究了純電動旅游客車的行駛動力性能要求，根據(jù)純電動客車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)的選擇與匹配方法對本旅游客車進行動力選型匹配； （ 3）分析了化學電源及純電動旅游客車車載儲能動力源的特性與要 求，研究了目前較先進的磷酸鐵鋰電池及其充放電特性，并以此電池作為客車儲能源，根據(jù)旅游客車的要求對電池組進行計算校核； （ 4）對前面的選型設計結(jié)果進行整合，根據(jù)旅游客車的用車要求，給出最終旅游客車的主要技術(shù)參數(shù)，并給出合適的整車動力系統(tǒng)和電池組的總布置，繪制整車控制與管理系統(tǒng)圖。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 11 以下是本次設計題目的參數(shù)要求： 項目 目標及要求 車身長度 10m 座位數(shù) 32 續(xù)航里程 200km 爬坡度 25% 最高車速 100km/h 加速性能 滿足一般要求 (150km/h 小于 25s) 浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 12 第二章 純電動旅游客車的電機與減速器選型匹配 與傳統(tǒng)的燃油汽車一樣，電動汽車的動力及傳動系統(tǒng)是整個汽車的重要組成部分，其中的電動機算是電動汽車的動力核心，它不僅能將電池的電能轉(zhuǎn)化成使車輛行駛工作的動能，也能在車輛制動過程中將汽車的行駛動能轉(zhuǎn)化為能儲存的電能。因此，旅游客車的電機與變速器的選型匹配至關(guān)重要，將直接影響到車輛的行駛動力性能。 電動汽車電機技術(shù) 直流電機 直流電機 (DCM)是最早發(fā)明的電動機，到現(xiàn)在已經(jīng)有 100 多年的歷史。直流電機按照勵磁方式的不同可以分為：他勵、并 勵、串勵、短復勵等。直流電機的優(yōu)點是：具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，啟動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速啟動、停車；調(diào)速比較方便，調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)速；由于磁場和電樞可以分別控制，因此控制起來比較容易，而且控制性能好；直流電機制造技術(shù)很成熟，驅(qū)動系統(tǒng)價格較便宜。 直流電機的缺點是效率較低、質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)較復雜、體積大、價格高、可靠性差等。同時，直流電機上有電刷和換向器，它們?nèi)菀啄p，在高速運行時還會產(chǎn)生火花，嚴重時形成“環(huán)火 ” ，限制了直流電動機的轉(zhuǎn)速提 高 。作為驅(qū)動電機，直流電動機最終將被交流電動機所取代 [9]。 交流 感應電機 交流感應也機又稱異步電動機。最初由于電力電子技術(shù)以及調(diào)速方法的限制，它在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中的應用并不被看好。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率 電力 電子器件的出現(xiàn)，以及調(diào)速方法的改進，使得交流感應電機的調(diào)速性能逐漸趕上并超過了直流電動機。目前交流感應電動機己經(jīng)成為在工業(yè)應用中使浙江工業(yè)大學畢業(yè)論文 13 用最為廣泛的拖動電機?，F(xiàn)在，雖然交流感應電機調(diào)速系統(tǒng)比較復雜，成本較高，但是由于電機本身具有體積較小、成本較低、調(diào)速范圍寬、響應快等優(yōu)點，目前國內(nèi)大部分電動汽車還是采用了交流感應電機驅(qū)動系統(tǒng)。 相對于直流電動機 而言，交流感應電動機的調(diào)速系統(tǒng)比較復雜。它的變流器又稱逆變器。由于蓄電池以直流電的形式輸出能量，所以要用蓄電池輸出的能量來驅(qū)動交流感應電機，就先必須將蓄電池輸出的直流電進行變流處理，將其逆變?yōu)榻涣麟?。逆變器的工作原理是通過電力電子器件的開關(guān)及合理的變流電路來將直流電逆變成交流電?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，為交流感應電機調(diào)速性能的改善提供了硬件條件。 交流感應電機的調(diào)速方法主要包括改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速、變極對數(shù)調(diào)速等，其中以變頻調(diào)速應用最為廣泛?，F(xiàn)代研究較多的調(diào)速方法有PWM 調(diào)速、矢量控制 (VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)。后兩項技術(shù)自上世紀末問世以來，在短短的 20年時間里己經(jīng)得到了很大的發(fā)展和改進。 現(xiàn)代控制算法在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電機調(diào)速中也得到了應用?，F(xiàn)代電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電機調(diào)速的研究主要集中在結(jié)合現(xiàn)代控制算法和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的新型調(diào)速策略的應用上，如：模糊邏輯在變極對數(shù)調(diào)速中的應用， PWM 逆變器在變極對數(shù)調(diào)速中的應用、變結(jié)構(gòu)滑?？刂?，同時 DSP器件也逐漸在該系統(tǒng)中得到應用 。 開關(guān)磁阻電機 在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設計中，人