【正文】 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 29 本研究所用動力電池及電池組容量選擇 長期以來，鉛酸電池以其工藝成熟、性能穩(wěn)定以及售價低廉等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用；但由于其重量和體積大、充電時間較長以及壽命短，使得 PEV 一次性充電行駛里程和運(yùn)行效率都不能滿足實(shí)際運(yùn)營需要。 動力電池一般有能量型與功率型兩種，為滿足電動汽車的行駛要求，采用能量型電池，匹配時主要考查電池的能量，即電池應(yīng)具有較大的容量，以增加車輛的續(xù)駛里程。 表 31 幾種蓄電池的性能比較 電池 類型 能量 密度（ Wh/kg） 功率 密度（ W/kg） 循環(huán) 壽命 （次） 續(xù)航 里程（ mile） 充電 時間 （ h） 能量 效率 （ %） 可回收 利用率（ %） 一般的鉛 酸電池 33 130 400 60 817 65 97 Horizon鉛酸電池 42 340 800 100 ＜ 5 100 鎳鎘電池 57 200 2020 120 8 65 99 鎳氫電池 70 250 600 250 ＜ 6 90 90 鋰電池 100 300 1200 195 ＜ 3 50 動力電池的 匹配原則 動力電池類型的選擇要符合電動汽車的運(yùn)行要求。 ④ 鋰離子蓄電池 鋰離子蓄電池和鋰聚合物電池受到美、日、歐等電動汽車研究者的高度重視，其具有能量密度高、充電效率高、工作電壓高、估計(jì)剩余電量容易等優(yōu)點(diǎn)。鎳鎘電池過充電和過放電性能好，有高倍率的放電特性，瞬時脈沖放電率很大，深度放電性能也好。鎳氫電池的續(xù)駛里程和使用壽命是鉛酸電池的兩倍，其能量密度和峰值功率密度在實(shí)際使用中較高，在目前已經(jīng)上市的混合動力電動車輛中，大多數(shù)都采用鎳氫電池，大有后來者居上的趨勢。 ① 鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池技術(shù)較為可靠，生產(chǎn)工藝成熟，具有成本低，單體電池電壓高，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車發(fā)展早期應(yīng)用廣泛。由于蓄電池的能量密度和功率密度總體上比汽油的能量密度和功率密度要小，為保證電動汽車的動力性，需要大量的蓄電池，在這種情況下，電動汽車的重量就比內(nèi)燃機(jī)汽車的重量大，成本也較高。動力電池是整車的驅(qū)動能量源，為整車提供驅(qū)動電能。 本章小結(jié) 本章首先分析了車輛行駛過程中的驅(qū)動力與行駛阻力，接著對行駛過程中的力與功率的平衡進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出了車輛行駛過程中力與功率的平衡方程，得出了車輛行駛條件。 ? ?? 0m a x m a xm a xm a x )s inc o s( iT rfmgig ?? （ 217） 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 25 式中： max? 一汽車最大爬坡度（ 14176。 (1)變速器最小傳動比的選擇 電動汽車以最高車速行駛時，是用最小傳動比的檔位工作的。 與傳統(tǒng)汽車相同，增加電動汽車變速器的擋位數(shù)，有利于增大利用電動機(jī)最大功 率的機(jī)會，提高汽車的動力性能；同時也可以增大電動機(jī)在最佳效率區(qū)工作浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 24 的機(jī)會，改善整車的經(jīng)濟(jì)性，提高汽車的續(xù)駛里程。根據(jù)電機(jī)的高效區(qū)工作在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和額定功率附近的原理，電動汽車在工況行駛情況下，為了提高其續(xù)駛里程，應(yīng)盡量使電動機(jī)在等功率區(qū)段和額定轉(zhuǎn)速附近工作。在機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，傳動系速比的選擇是最關(guān)鍵的，因?yàn)樗俦鹊倪x擇要兼顧汽車經(jīng)濟(jì)性要求和汽車動力性要求，它往往關(guān)系到電機(jī)的工作狀態(tài)以及電機(jī)在不同工況下的工作點(diǎn)，從而直接影響了電機(jī)工作效率，進(jìn)而影響到整車的續(xù)駛里程。此外額定轉(zhuǎn)速對純電動汽車的加速性能和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性有決定性影響，由于本次設(shè)計(jì)的是旅游客車，一般最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速的比為 24，因此確定電機(jī)的最低轉(zhuǎn)速為 2020r/min，最高轉(zhuǎn)速為5000r/min。普通電機(jī)成本相對較低，對配套使用的軸承、齒輪等沒有特殊要求，但是受調(diào)速范圍的限制，一般適用于電動客車。這是因?yàn)樽罡哕囁僭礁撸蟮碾妱訖C(jī)功率越大，汽車后備功率就越大，加速與爬坡能力必然較好。），以 20km/h 的速度行駛）： ) inc os(3600 23m a x mgAvCfm gvP pDp ??? ??? （ 211） 代入具體參數(shù)可得 kwP 2213max ? （ 212） 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 21 電機(jī)的峰值功率要滿足如下條件： ],m ax [ 3m a x2m a x1m a xm a x pppP ? （ 213） 根據(jù)驅(qū)動電機(jī)的外特性 (見圖 22)，驅(qū)動電機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)可獲得恒定最大扭矩，同時在高轉(zhuǎn)速區(qū)獲得恒定的較高功率。利用車輛動力學(xué)理論，通過計(jì)算汽車按要求指標(biāo)運(yùn)行的驅(qū)動力和行駛阻力平衡方程，來得出在相應(yīng)指標(biāo)要求下的動力源所需最大功率 [11]。 表 22 整車基本參數(shù) 參數(shù) 名稱 數(shù)值 m 最大總質(zhì)量 14000kg A 迎風(fēng)面積 2m f 滾動阻力系數(shù) （） 0i 主減速器速比 DC 風(fēng)阻系數(shù) （一般為 ） ? 傳動效率 r 輪胎半徑 1m 整備質(zhì)量 11000kg 電機(jī)功率的選擇 電動機(jī)的功率選擇直接影響整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以及參考市面上現(xiàn)有同級別的旅游客車，確定客車的外形尺寸為：10000mm*2550mm*3150mm；據(jù)中型客車的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，整備質(zhì)量與外觀容積之比為浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 19 。 電動汽車運(yùn)動所消耗的功率有滾動阻力功率 fP (kw)、空氣阻力功率 wP (kw)、坡道阻力功率 iP (kw)以及加速阻力功率 jP (kw)。電動汽車在路面上行駛時受到滾動阻力fF (Nm)和空氣阻力 wF (Nm)，加速阻力 jF (Nm)和重力沿道路坡面方向的分力 ——坡道阻力 iF (Nm)。 0i 一主減速器傳動比 。 電動汽車的電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 M，經(jīng)過減速齒輪傳動，傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩 Mt，使驅(qū)動輪與地面之間產(chǎn)生相互作用，驅(qū)動汽車前進(jìn)。 電動汽車的動力性能基礎(chǔ) 除了特別全新設(shè)計(jì)的電動汽車以外，現(xiàn)有的電動汽車在外型上與普通的內(nèi)燃機(jī)汽車沒有什么區(qū)別。同時體積小、質(zhì)量輕，價格便宜，使用維修方便等。 ③電機(jī)需要較大的過載能力，以滿足短時間加速行駛與最大爬坡度的要求。對電汽車用電機(jī)的要求可歸納如下： ①高電壓，高轉(zhuǎn)速。 比較于其他驅(qū)動系統(tǒng)而言已處于劣勢，處于被淘汰地位。使用永磁體可節(jié)省空間、減少勵磁損失，因此永磁直流電機(jī)的功率密度和效率較高，永磁體的磁導(dǎo)率低，因而可以減少永磁直流電機(jī)的電樞反應(yīng)，使換向得以改善。 浙江工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 14 永磁電機(jī) 永磁電機(jī) (PMM)可以分為永磁直流電機(jī)、永磁無刷直流電機(jī)和永磁同 步電機(jī)。開關(guān)磁阻電動機(jī)與直流電動機(jī)和交流電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很大的不同，它與反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)相似，為雙凸極可變磁阻電動機(jī)?，F(xiàn)代電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)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(yīng)用上，如：模糊邏輯在變極對數(shù)調(diào)速中的應(yīng)用， PWM 逆變器在變極對數(shù)調(diào)速中的應(yīng)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(yīng)用 。 交流感應(yīng)電機(jī)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(yīng)用最為廣泛。它的變流器又稱逆變器。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(jìn)，使得交流感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速性能逐漸趕上并超過了直流電動機(jī)。同時，直流電機(jī)上有電刷和換向器，它們?nèi)菀啄p，在高速運(yùn)行時還會產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時形成“環(huán)火 ” ，限制了直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速提 高 。 電動汽車電機(jī)技術(shù) 直流電機(jī) 直流電機(jī) (DCM)是最早發(fā)明的電動機(jī)，到現(xiàn)在已經(jīng)有 100 多年的歷史。 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(jìn)行了總布置設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)等工作。電動汽車不存在燃油經(jīng)濟(jì)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(xué)畢業(yè)論文 10 程，影響轡動汽車褥駛韻成本效益。內(nèi)燃機(jī)汽車是燃 油混合氣體在內(nèi)燃機(jī)中燃燒作功，從而推動汽車前進(jìn)。在大好形勢下，我們一定要把握機(jī)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(shí)現(xiàn)我國汽車產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)和自主發(fā)展。發(fā)達(dá)國家城市建設(shè)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(luò)的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們。 我國正處于快速城市化、工業(yè)化初期，地區(qū)間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的局面在未來較長一段時期內(nèi)很難改變。 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢 。 我國在鋰離子電池、永磁電機(jī)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。 在上世紀(jì)我國已經(jīng)錯失了汽車工業(yè)的黃金發(fā)展期。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(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”。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。 PRIUS 汽車尾氣排放水平僅相當(dāng)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(dāng)于普通汽車的 1/2，最高時速達(dá) 140 公里。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(yùn)行，表現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。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。 電動車的未來發(fā)展方向 自上世紀(jì)爆發(fā)石油危機(jī)后，不少跨國汽車公司都開始研制電動汽車。 h，成本太高，用戶難以承受。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達(dá)到 550 L．當(dāng)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。且其沽性物質(zhì)具有強(qiáng)腐化性并易爆炸 [11]。鎳鎘電池加速動力足、壽命較長。300km 之間 ，并且這個數(shù)字通常 都是在理論計(jì)算的前提下， 還需要保持適當(dāng) 的行駛速度及具有良好的 行駛工況 才能得到保證，而 事實(shí)上 絕大多數(shù)電動汽車在一般行駛環(huán)境 下的續(xù)駛里程只有 50100 km。 2020 年 11 月 8 日，湖北省啟動武漢電動汽車試驗(yàn)示范運(yùn)行工作，先后投 入 6 輛由東 風(fēng)電動車輛股份有限公司研制的混合動力客車，已累計(jì)運(yùn)行 14 萬 km，載客 15 萬人次；混合動力轎車按 ECE 城市工況與基本車型進(jìn)行的對比試驗(yàn)顯示，其燃料經(jīng)濟(jì)性提高 40％左右，達(dá)到了節(jié)油的目的。在 10 月舉行的必比登世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在 7 個單項(xiàng)獎中獲得 5 個 A(在高速蛇行障礙賽、噪音、排放、能耗、溫室氣體減排 5 個單項(xiàng)指標(biāo)方面的最高等級 )的好成績，燃料電池城市客車也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績。 我國電動汽車重大科技專項(xiàng)實(shí)施 4 年來，經(jīng)過 200 多家企業(yè)、高校和科研院所的 2020 多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得重要進(jìn)展：燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車， 燃料 電池轎車?yán)塾?jì)運(yùn)行 4000km，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行 8 000km；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過 14 萬 km；純電動轎車和純電動客車均已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。在示范城市投入電動汽車近千輛，完成 100 多處電動汽車運(yùn)營的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了有效的探索。 國內(nèi)電動汽車發(fā)展?fàn)顩r 與國外相比，中國電動汽車的研發(fā)起步較晚，但在政府的支持下發(fā)展顯著。德國政府十分重視環(huán)境保護(hù) 和能 源 問題，投入了大量資金用于電動汽車的研發(fā)工作，早在 1992 年，德國政府便撥款 3200萬馬克，建立了歐洲電動汽車試驗(yàn)基地，對 84 輛電動汽車和電動汽車的 控制 系統(tǒng)工程進(jìn)行了長達(dá) 4年 的 大規(guī)模 汽車 試驗(yàn)， 至今 ，取得 了很多的 成果。 它還可以 通過啟動 的汽油機(jī)為電池組充電從而 延長汽車的行駛里程 。美國總統(tǒng)奧巴馬在 2020 年的國情咨文中重申了提出的美國電動汽車的近期發(fā)展目標(biāo)在 2020 年前讓 200 萬輛電動汽車上路。早在 1976 年，美國以立法、政府資助和財(cái)政補(bǔ)貼等相關(guān)手段來推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 國會就通過了《電動汽車和復(fù)合汽車的研究開發(fā)和樣車試用法令 》 。 2020 年 4月，本田公司在美國市場上投放了 首輛 混合動力汽車 Civic。在這種大環(huán)境下，日本 的 汽車企業(yè) 不斷 推出自己的電動汽車產(chǎn)品。 日本 在早期 對環(huán)境保護(hù) 和 能源危機(jī)的關(guān)注 以 及占領(lǐng)未來世界 電動 汽車市場的考慮， 非常 重視電動汽車的開發(fā) 與 研制， 他們的研究之 路也非常 成功。 為了 環(huán)境污染綜合治理 、 維護(hù)國家能源安全和獨(dú)立和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展 、使 我國 電動 汽車 行業(yè) 實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展并成為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)等方面 的 考慮，2020 年 11 月，國家正式啟動“十五”期間“ 863”計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng) 規(guī)劃 ，其重要位置僅次于 當(dāng)時的 “超大規(guī)模集成電路” ，排名 第二 ,電動汽車再次成為我國業(yè)內(nèi)外人士關(guān)注的焦點(diǎn)。對于電動汽車而言，我國經(jīng)過“八五 規(guī)劃 ”以來的 技術(shù)積累 ， 已取得 了很大的 進(jìn)步，在電動汽車用電