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

　　

【正文】 因素，將是商業(yè)化電動(dòng)車主要采用的蓄電池，隨著性能不斷地改進(jìn)提高將保持它在電動(dòng)車上應(yīng)用的顯著地位，很難被完全取代。 95％以上的電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車上也有前途，要重視對(duì)它的研究和改進(jìn)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(dòng)車輛（轎車、巴士和混合電動(dòng)車）上使用還要經(jīng)過(guò)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。 MH— Ni 蓄電池在我國(guó)的純電動(dòng)汽車真正使用的不多；但高價(jià)格和資源問(wèn)題限制其推廣和發(fā)展。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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。 Zn— Ni 蓄電池經(jīng)市場(chǎng)篩選幾乎沒(méi)被采用。鋰離子蓄電池的迅速發(fā)展和價(jià)格降低，使 Zn— Ni蓄電池在電動(dòng)車上應(yīng)用更加困難。鋅空蓄電池近年來(lái)做了大量的推廣應(yīng)用工作，經(jīng)市場(chǎng)篩選沒(méi)有 被采用。國(guó)內(nèi)外在開(kāi)發(fā)電動(dòng)車用鋅空蓄電池方面已經(jīng)做了許多工作。再對(duì)電動(dòng)車用鋅空蓄電池的開(kāi)發(fā)要認(rèn)真總結(jié)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題才能在電動(dòng)車上推廣應(yīng)用。 在最高車速 120Km/h 時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 5265 r/min，功率為 ， 此時(shí)電流是 ；在常規(guī)車速 60Km/h 時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 3159r/min，功率為 ，此時(shí)電流是 。該蓄電池容量為 C =It = 2h= 。 電動(dòng)汽車蓄電池的選型 常見(jiàn)電動(dòng) 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(xiàng)特性比較如上表 所示。 磷酸鐵鋰 蓄電池價(jià)格低、蓄電池?cái)?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(gè)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(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(wú) 無(wú) 無(wú) 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)。 （ 1） 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速比 Nmax/Nn ≥ 。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(duì)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。 （ 2） 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速比 Nmax/Nn 。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)從基頻向上調(diào)速范圍不夠?qū)?，?yīng)考慮增加一個(gè)檔位，否則還要繼續(xù)增加檔位或重新選擇電動(dòng)機(jī)。 汽車的總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系中各部件傳動(dòng)比的乘積，即 cgt iiii 0? 試中， gi 為變速器的傳動(dòng)比； 0i 為主減速器的傳動(dòng)比； ci 為分動(dòng)器或副變速器的傳動(dòng)比。普通的汽車沒(méi)有分動(dòng)器或副變速器，本電動(dòng)汽車最高擋為直接擋，傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比為主減速比 0i 。在確定最大傳動(dòng)比時(shí)，要考慮最大爬坡度、附著率等因素。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。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 電動(dòng)汽車減速箱的選型 電動(dòng)汽車中用于后輪驅(qū)動(dòng)或前輪驅(qū)動(dòng)、主要由牽引電機(jī)、差速器和半軸構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)橋是提供汽車前進(jìn)動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)汽車順利直行或靈活轉(zhuǎn)彎的重要裝置。現(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(guò)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。這種結(jié)構(gòu)存在以下問(wèn)題 :由于減速箱的存在，帶來(lái)自重大、噪音大、功率損耗大，及潤(rùn)滑油易污染環(huán)境的弊端 。牽引電機(jī)和減速箱相對(duì)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(dòng)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(wèn)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(jiǎn)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(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋。本發(fā)明的技術(shù)方案是 :電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)橋包括牽引電機(jī)、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(jìn)之處是 :所述牽引電機(jī)為中速中空電機(jī)，該電機(jī)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(guò)電機(jī)的 中空轉(zhuǎn)子軸內(nèi)腔。這種改進(jìn)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(jī)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(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(zhǎng)使用壽命。 本減速箱采用兩檔變速，因?yàn)榈箼n可用電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，故變速器無(wú)需再設(shè)置倒檔，驅(qū)動(dòng)方式為前輪驅(qū)動(dòng)。 選取各擋變速器傳動(dòng) 比 1gi =， 2gi =。 電動(dòng)汽車主減速器的選型 主減速器是 汽車傳動(dòng)系 中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的汽車來(lái)說(shuō)，主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。汽車正常行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)降低下來(lái)，那么變速箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比則需很大，而齒輪副的傳動(dòng)比越大，兩齒輪的半徑比也越大，換句話說(shuō)，也就是變速箱的尺寸會(huì)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(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)負(fù)荷。所以，在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的 差速器 之前設(shè)置一個(gè)主減速器，可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速箱、分動(dòng)器 、 萬(wàn)向傳動(dòng)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(hào)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(dòng)比大于 ，采用雙曲面齒輪傳動(dòng)更合理。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。當(dāng)傳動(dòng)比小于 2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對(duì)螺旋錐齒輪主動(dòng)齒輪顯得過(guò)大，占據(jù)了過(guò)多空間，這時(shí)可選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利 用空間。對(duì)于中等傳動(dòng)比，兩種齒輪傳動(dòng)均可采用。 在設(shè)計(jì)主減速器時(shí)要注意傳動(dòng)比 0i 不可太大，否則主減速器被動(dòng)齒輪直徑過(guò)大，既影響變速器尺寸，也使汽車離地間隙變小，傳動(dòng)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(dòng)比為 maxti = 10gii =。 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(guò)程。 在我國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車事在必行，有關(guān)電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)研究也日益增多。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。電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的合理匹配能夠使汽車驅(qū)動(dòng)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(dá)到了以下目標(biāo)： 1）完成電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)各部 分的具體匹配。 2）對(duì)電動(dòng)汽車各主要組成部分具體選型，達(dá)到電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、足夠續(xù)駛里程和行車經(jīng)濟(jì)性的要求。 3）對(duì)所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)各部分的匹配與選型應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐之中，達(dá)到此次設(shè)計(jì)的最終目的 。 展望 目前，各國(guó)在電動(dòng)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(guó)雖然在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域落后于發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)與國(guó)外的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度差距相對(duì)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。這也為我國(guó)汽車工業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越 發(fā)展提供了一次歷史性的機(jī)遇，更重要的是我國(guó)還有后 發(fā)優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)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]。 我國(guó)在燃料蓄電池汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車等多個(gè)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(guó)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域初步構(gòu)建起自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)體系，通過(guò)開(kāi)發(fā)自己的電動(dòng)汽車，申請(qǐng)專利，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)自己的汽車工業(yè)，并有望為中國(guó)汽車工業(yè)開(kāi)拓新的增長(zhǎng)點(diǎn)，展示了電動(dòng)汽車技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景。我國(guó)在電動(dòng) 汽車的商業(yè)化運(yùn)作上，無(wú)論從產(chǎn)品技術(shù)還是從市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面，都還面臨著眾多亟待解決的問(wèn)題，如電動(dòng)汽車的成本要比同等級(jí)汽油版的車型要高出許多， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(tái)對(duì)節(jié)能、環(huán)保汽車的稅費(fèi)減免和補(bǔ)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(dòng)汽車的發(fā)展經(jīng)過(guò) 20 多年的研究試驗(yàn)，已進(jìn)入一個(gè)新的階段，即小批量商業(yè)化生產(chǎn)并推向市場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。目前全球在用電動(dòng)汽車大約 億輛。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(zhēng)的事實(shí)。因?yàn)殡妱?dòng)車的高科技含量，將帶來(lái)汽車界的一場(chǎng)革命，并有望為汽車商家?guī)?lái)巨額的市場(chǎng)利潤(rùn)。 現(xiàn)在零排放電動(dòng)車的技術(shù)已 經(jīng)逐漸成熟并已開(kāi)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(dòng)車成本太高，混合動(dòng)力電動(dòng)車則是目前可以大批量生產(chǎn)、替代燃油汽車、減少?gòu)U氣排放的較現(xiàn)實(shí)的電動(dòng)車。在未來(lái) 10 年，純電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車在其特定市場(chǎng)范圍內(nèi)的商業(yè)化生產(chǎn)將增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度取決于價(jià)格因素。未來(lái) 20 年燃料蓄電池電動(dòng)車的商業(yè)化業(yè)務(wù)也將增長(zhǎng)。在未來(lái) 30 年，燃料蓄電池電動(dòng)車和混合動(dòng)力電動(dòng)車將有長(zhǎng)遠(yuǎn)的市場(chǎng)前景。無(wú)論 從環(huán)保角度還是能源角度看，未來(lái)電動(dòng)車都需要有一個(gè)大的發(fā)展。其開(kāi)發(fā)將關(guān)系到眾多工業(yè)的興衰，可能成為未來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。在我國(guó)，電動(dòng)車更有著獨(dú)特的市場(chǎng)，大都市都普遍存在著十分嚴(yán)重的交通問(wèn)題和汽車尾氣排放污染問(wèn)題。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(guó)有著得天獨(dú)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(jì)（論文） 27 參考文獻(xiàn) [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(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 , 2021. 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