【導(dǎo)讀】本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）。電動汽車電機及控制器的總體匹配

　　

【正文】 因素，將是商業(yè)化電動車主要采用的蓄電池，隨著性能不斷地改進提高將保持它在電動車上應(yīng)用的顯著地位，很難被完全取代。 95％以上的電動自行車都用閥控鉛酸蓄電池，而且水平有很大提高； 90％的商品化的電動車上都采用鉛酸蓄電池；閥控鉛酸蓄電池在輕度和中度混合的電動汽車上也有前途，要重視對它的研究和改進提高。大型鋰離子蓄電池和鋰聚 合物蓄電池在商業(yè)化電動車輛（轎車、巴士和混合電動車）上使用還要經(jīng)過許多艱苦的工作，安全性、價格、蓄電池數(shù)量多，系統(tǒng)復(fù)雜等是主要制約因素。 MH— Ni 蓄電池在我國的純電動汽車真正使用的不多；但高價格和資源問題限制其推廣和發(fā)展。正在成熟的、價廉的混合電動車用鉛酸蓄電池和性能更優(yōu)越、價格相近的混合電動車用鋰離子蓄電池將是 MH— Ni 蓄電池的競爭對手。 Zn— Ni 蓄電池經(jīng)市場篩選幾乎沒被采用。鋰離子蓄電池的迅速發(fā)展和價格降低，使 Zn— Ni蓄電池在電動車上應(yīng)用更加困難。鋅空蓄電池近年來做了大量的推廣應(yīng)用工作，經(jīng)市場篩選沒有 被采用。國內(nèi)外在開發(fā)電動車用鋅空蓄電池方面已經(jīng)做了許多工作。再對電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)要認(rèn)真總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗和教訓(xùn)。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)問題才能在電動車上推廣應(yīng)用。 在最高車速 120Km/h 時，電動機轉(zhuǎn)速為 5265 r/min，功率為 ， 此時電流是 ；在常規(guī)車速 60Km/h 時，電動機轉(zhuǎn)速為 3159r/min，功率為 ，此時電流是 。該蓄電池容量為 C =It = 2h= 。 電動汽車蓄電池的選型 常見電動 汽車 蓄電池 有 鉛酸蓄電池 、 磷酸鐵鋰 、 三元混合材料 、 錳酸鋰 。這幾種蓄電池的各項特性比較如上表 所示。 磷酸鐵鋰 蓄電池價格低、蓄電池數(shù)量較少，安全性好、循環(huán)性能好、比容量高。綜上分析選擇磷酸鐵鋰蓄電 池。公稱電壓為 , 6 節(jié)鋰蓄電池串聯(lián)， 10 個鋰蓄電池組再串聯(lián)，其額定電壓為 180V，蓄電池容量為 60 Ah。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 表 幾種蓄電池的各項特性比較 項目 鉛酸 磷酸鐵鋰 三元混合材料 錳酸鋰 電壓 (V) 單 體 60AH 個數(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) ) 電動汽車減速箱與 主 減速器的匹配與選型 電動汽車減速箱的匹配 變速器傳動比和檔位確定原則 :采用交流驅(qū)動系統(tǒng)需 要考慮兩個主要的動力、阻力平衡點：其一是常規(guī)車速行駛的轉(zhuǎn)矩平衡點；其二是最高車速下的轉(zhuǎn)矩平衡點。 （ 1） 電機最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速比 Nmax/Nn ≥ 。此時，電動機從基頻向上調(diào)速的范圍足夠大，選擇一個檔位即可，這種情況對電機性能要求較高，很難保證變頻器始終在高效率區(qū)域工作。 （ 2） 電機最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速比 Nmax/Nn 。此時，電動機從基頻向上調(diào)速范圍不夠?qū)?，?yīng)考慮增加一個檔位，否則還要繼續(xù)增加檔位或重新選擇電動機。 汽車的總傳動比是傳動系中各部件傳動比的乘積，即 cgt iiii 0? 試中， gi 為變速器的傳動比； 0i 為主減速器的傳動比； ci 為分動器或副變速器的傳動比。普通的汽車沒有分動器或副變速器，本電動汽車最高擋為直接擋，傳動系的最小傳動比為主減速比 0i 。在確定最大傳動比時，要考慮最大爬坡度、附著率等因素。普通汽車傳動系的最大傳動比 maxti 是變速器一擋傳動比 1gi 與主減速器傳動比 0i 的乘積。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 電動汽車減速箱的選型 電動汽車中用于后輪驅(qū)動或前輪驅(qū)動、主要由牽引電機、差速器和半軸構(gòu)成的驅(qū)動橋是提供汽車前進動力、實現(xiàn)汽車順利直行或靈活轉(zhuǎn)彎的重要裝置。現(xiàn)有電動汽車驅(qū)動橋中，牽引電機安裝在半軸和半軸管的一側(cè)，電機通過減速箱將轉(zhuǎn)矩傳遞到差速器帶動半軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)車輛的行走。這種結(jié)構(gòu)存在以下問題 :由于減速箱的存在，帶來自重大、噪音大、功率損耗大，及潤滑油易污染環(huán)境的弊端 。牽引電機和減速箱相對于差速 器和半軸偏心設(shè)置，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，而且使驅(qū)動橋承受較大彎矩，易產(chǎn) 生彎曲變形，往往造成嚴(yán)重后果。 解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、能降低噪音、功耗和環(huán)境污染，特別是能優(yōu)化受力狀況、避免彎曲變形、提高使用性能的電動汽車驅(qū)動橋。本發(fā)明的技術(shù)方案是 :電動汽車驅(qū)動橋包括牽引電機、差速器以及與差速器中行星齒輪相連接的半軸和中心軸，半軸安裝在固定于車身上的半軸管內(nèi)，改進之處是 :所述牽引電機為中速中空電機，該電機的中空轉(zhuǎn)子軸與所述差速器的外殼同軸連接，所述中心軸穿過電機的 中空轉(zhuǎn)子軸內(nèi)腔。這種改進使該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，省去減速箱中齒輪機構(gòu)，能降低噪音、功耗，避免漏油造成環(huán)境污染。而且這種新的設(shè)計方案采用電機、差速器的同軸傳動，大大減小驅(qū)動橋構(gòu)件所承受的彎矩，優(yōu)化受力狀況，避免彎曲變形，進而增強驅(qū)動橋的承載能力，提高使用性能，延長使用壽命。 本減速箱采用兩檔變速，因為倒檔可用電機反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，故變速器無需再設(shè)置倒檔，驅(qū)動方式為前輪驅(qū)動。 選取各擋變速器傳動 比 1gi =， 2gi =。 電動汽車主減速器的選型 主減速器是 汽車傳動系 中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對發(fā)動機縱置的汽車來說，主減速器還利用錐齒輪傳動以改變動力方向。汽車正常行駛時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通常在 2021 至 3000r/min 左右，如果將這么高的轉(zhuǎn)速只靠 變速箱 來降低下來，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動比則需很大，而齒輪副的傳動比越大，兩齒輪的半徑比也越大，換句話說，也就是變速箱的尺寸會越大。另外，轉(zhuǎn)速下降，而扭矩必然增加，也就加大了變速箱與變速箱后一級傳動機構(gòu)的傳動負(fù)荷。所以，在動力向左右驅(qū)動輪分流的 差速器 之前設(shè)置一個主減速器，可使主減速器前面的傳動部件如變速箱、分動器 、 萬向傳動裝置 等傳遞的扭矩減小，也可以使變速箱的尺寸、質(zhì)量減小，操縱省力。 主減速器選擇行星齒輪主減速器，其型號為 ZDY801I，公稱輸出扭矩 I,裝配形式是自然冷卻。一般情況下，當(dāng)要求傳動比大于 ，采用雙曲面齒輪傳動更合理。這是因為如果保持主動齒輪軸徑不變，則雙曲面從動齒 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 輪直徑比螺旋錐齒輪小。當(dāng)傳動比小于 2時，雙曲面主動齒輪相對螺旋錐齒輪主動齒輪顯得過大，占據(jù)了過多空間，這時可選用螺旋錐齒輪傳動，因為后者具有較大的差速器可利 用空間。對于中等傳動比，兩種齒輪傳動均可采用。 在設(shè)計主減速器時要注意傳動比 0i 不可太大，否則主減速器被動齒輪直徑過大，既影響變速器尺寸，也使汽車離地間隙變小，傳動方案。主減速比 0i 一般在3~ 之間，本車選最高擋為直接擋則 i mint =0i =，這樣可兼顧加速性和蓄電池電量的消耗。 則最大傳動比為 maxti = 10gii =。 本科生畢業(yè)設(shè)計（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汽車動力系統(tǒng)匹配的方法和過程。 在我國發(fā)展電動汽車事在必行，有關(guān)電動汽車的開發(fā)研究也日益增多。電動汽車動力系統(tǒng)的匹配有利于電動汽車的效率優(yōu)化控制的提高，還與電動汽車的動力性、經(jīng)濟性有關(guān)，使汽車在起步時有足夠大的轉(zhuǎn)矩。電動汽車動力系統(tǒng)的合理匹配能夠使汽車驅(qū)動系統(tǒng)滿足高的可靠性、高性能、高效率、低成本、調(diào)速范圍寬等要求。達到了以下目標(biāo)： 1）完成電動汽車動力系統(tǒng)各部 分的具體匹配。 2）對電動汽車各主要組成部分具體選型，達到電動汽車的動力性、足夠續(xù)駛里程和行車經(jīng)濟性的要求。 3）對所設(shè)計的電動汽車動力系統(tǒng)各部分的匹配與選型應(yīng)用到生產(chǎn)實踐之中，達到此次設(shè)計的最終目的 。 展望 目前，各國在電動汽車上的研發(fā)基本處在同一起跑線上，彼此間的差距不是很大。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)達國家近二三十年，失去了追趕的機會，但在電動汽車領(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，并有機會在該領(lǐng)域獲得重要席位。這也為我國汽車工業(yè)技術(shù)實現(xiàn)跨越 發(fā)展提供了一次歷史性的機遇，更重要的是我國還有后 發(fā)優(yōu)勢。目前，我國電動汽車的研發(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汽車樣車 [13]。 我國在燃料蓄電池汽車、混合動力電動汽車、純電動汽車等多個領(lǐng)域的自主研發(fā)中不斷取得突破，已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，在車用蓄電池的攻關(guān)上已經(jīng)取得了群體性突破，使我國在電動汽車領(lǐng)域初步構(gòu)建起自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)體系，通過開發(fā)自己的電動汽車，申請專利，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保護自己的汽車工業(yè)，并有望為中國汽車工業(yè)開拓新的增長點，展示了電動汽車技術(shù)的未來發(fā)展前景。我國在電動 汽車的商業(yè)化運作上，無論從產(chǎn)品技術(shù)還是從市場開發(fā)方面，都還面臨著眾多亟待解決的問題，如電動汽車的成本要比同等級汽油版的車型要高出許多， 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 這是其一直遲遲不能批量生產(chǎn)的主要原因，這就需要政府的大力支持。比如，加快制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，出臺對節(jié)能、環(huán)保汽車的稅費減免和補貼措施，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上提供便利條件等。 世界電動汽車的發(fā)展經(jīng)過 20 多年的研究試驗，已進入一個新的階段，即小批量商業(yè)化生產(chǎn)并推向市場實際應(yīng)用。目前全球在用電動汽車大約 億輛。電動車被視為搶占 21 世紀(jì)汽車霸主地位的主要車型之一則是不爭的事實。因為電動車的高科技含量，將帶來汽車界的一場革命，并有望為汽車商家?guī)砭揞~的市場利潤。 現(xiàn)在零排放電動車的技術(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。大規(guī)模應(yīng)用的主要困難是蓄電池和相應(yīng)的電動車成本太高，混合動力電動車則是目前可以大批量生產(chǎn)、替代燃油汽車、減少廢氣排放的較現(xiàn)實的電動車。在未來 10 年，純電動車和混合式電動車在其特定市場范圍內(nèi)的商業(yè)化生產(chǎn)將增長，增長速度取決于價格因素。未來 20 年燃料蓄電池電動車的商業(yè)化業(yè)務(wù)也將增長。在未來 30 年，燃料蓄電池電動車和混合動力電動車將有長遠的市場前景。無論 從環(huán)保角度還是能源角度看，未來電動車都需要有一個大的發(fā)展。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)濟增長點。在我國，電動車更有著獨特的市場，大都市都普遍存在著十分嚴(yán)重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題。作為一種小型、中速和短途的日常交通工具，電動車是十分理想的，其在中國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 參考文獻 [1] 杜江 . 蓄電池管理系統(tǒng)的標(biāo)定及匹配技術(shù)研究 . 同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 , 2021. 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