【正文】 這輛輪轂電機驅動的電動汽車并在比賽中取得了第一的成績。 因為中央電機驅動方式與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車類似，輪轂電機是一種較為先進合理的電動汽車驅動方式，下一節(jié)主要介紹輪轂電機技術。電動機和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面。它與 一般的家用轎車相似，采用前輪驅動，但其傳動部件制成一體式，將電動機、固定速比減速器和差速器是一個整體，各自獨立實現(xiàn)功能，通過兩根半軸將動力傳送到車輪，驅動車輛行駛。 圖 62 D差速器； FG固定速比減速器； M電動機 35 圖 62為電動機中央驅動形式的一種結構，由電動機輸出轉矩，沒有離合器，直接連接固定速比減速器，這里的固定速比減速器就是前面介紹的一種固定齒比變速器。 下圖為常見的電動汽車的電力驅動方式： 圖 61 D差速器； GB變速箱； M電動機； C離合器 圖 61為電動機中央驅動形式，這種傳動方式直接借用了內(nèi)燃機汽車的驅動方案，與之類似，主要由電動機，離合器，變速器，和差速器等組成。與微控制器相連，把各種數(shù)據(jù)進行儲存 ； ? 信息存儲模塊。用于電平轉換開關輸入量 ，它連接 開關量傳感器和微控制器 ，與微控制器相連接時，中間還需有 光電隔離器作為中間傳遞模塊 ； ? 儀表驅動模塊。 這樣使得控制器 具備完善的故障診斷和處理功能。對動力連的各個環(huán)節(jié)進行管理 、分析 和控制 ， 這樣既可以 確保安全可靠性，又可以對整車的能量轉化率進行有效的監(jiān)控，使之提高，達到節(jié)能的效果 。確切的說，一般情況前后輪的扭矩是不同的，控制器根據(jù)工況，自動分配前后輪扭矩，使兩臺電機按照需要進行工作，這樣做的目的是使汽車能夠輸出效率最高，能源使用效率最高。完成了控制器對整車的控制作用。這個 控制器接收來自汽車駕駛員發(fā)出的各種操作信號，車輛在運動過程中傳感器發(fā)出的信號也被控制器接收。 電動汽車控制器的功能 對于純電動汽車來說，汽車的大腦就是控制器 ，其作用相當于普通汽車的ECU， 它在汽車行駛過程中 ，控制器通過分析判斷，執(zhí)行多項任務， 包括以下功能 [9]： ? 駕駛員發(fā)出駕駛操作指令 ，控制器接收這些指令， 然后把這些指令發(fā)送到下一級 部件控制器，使車輛受控于駕駛員； ? 與 控制器相對應部件與之聯(lián)系需要一個通道，這個通道則需要由控制器提供來實現(xiàn)導通 ， 這些通道 包括 D/A轉換，還有數(shù)字量輸出等 ； ? 電動汽車的 驅動系統(tǒng)由電動機 、 電池 、 DC /DC轉換器這些部件組成 。 此 外，從 圖 48中還可以看出 ，當 閉合 主開關器件 S S2的時候 ，直流電源U 與 A相繞組 相同 ， 并且給 A繞組供電，即使 當 S S2關斷時， 通過 二極管 VDVD2，繞組電流還是可以導通 ，并回饋給電源 US。的位置轉動， 并且與 DD39。為了不使其過于復雜，我們只在 圖中畫出 A 相繞組 ，和對 A相繞組 供電 的 電路。定子極上繞有 少量的 集中繞組， 這些繞組在徑向上有相對的，兩端徑向相對連接 ，就叫做 “ 一相 ” ，開關磁阻電動機 可根據(jù)需要制造成不同的相數(shù) ， 還可以根據(jù)相應的要求使 定、轉子的極 數(shù)有不同的組合和搭配 。 開關磁阻電動機的原理： 開關磁阻電動機（ SRM） 是一個關鍵部件，它是這種電動機調(diào)速系統(tǒng)有別于其他電動機的最重要的一部分。 圖 47 開關磁阻電動機結構圖 開關磁阻電動 機的定子轉子結構如圖 47所示，它的 轉子上 并 沒有任何形式上 的繞組 ，只是一個簡單的轉子體 ； 關于其定子，它的 定子上只有 一些 簡單的集中繞組 ，定子的端部不是很長，根本沒有換向器等部件 。 其傳動系統(tǒng)綜合了感應電動機和直流電動機傳動系統(tǒng)的優(yōu)點，與這些傳動系統(tǒng)相比，具有很大的優(yōu)勢，是有力競爭者，主要優(yōu)點有； ? 開關磁 阻電動機 的 利用系數(shù) 較大，效率很高 ，可以 達到 感應電動機的 倍 ； ? 開關勵磁 電動機的結構簡單， 與其他電動機的轉子相比，它的 轉子上 并 沒有任何形式 上 的繞組 ，只是一個簡單的轉子體 ； 關于其定子，它的 定子上只有一些 簡單的集中繞組 ，定子的端部不是很長 。因此轉子的轉速是不能夠 和旋轉磁場的轉速相同大小的，故稱異步電動機。 此時，定子旋轉磁場進行旋轉，旋轉方向為逆時針，其速度是 n1，與此同時，轉子導體所會在此刻 產(chǎn)生感應電流 i 和電動勢 e2， i 與 e2方向相同。至此，完成了電動機旋轉的第一個條件，即有磁場存在。 ? 氣隙。轉子繞組的作用是切割電動勢和電流，這個電動勢和電流是由旋轉磁場產(chǎn)生的，轉子會產(chǎn)生轉矩，使電動機旋轉。 轉子鐵 心和轉子繞組，還有轉軸這三部分組成異步電動機的轉子。 機座。定子鐵心上纏繞定子繞組，是電動機磁路的一部分。圖 45 所示為三相異步 25 電動機的基本結構。與此同時，轉子位置傳感器隨著電動機轉子的旋轉，又會不斷分析輸出信號，來改變電樞繞組的通電和斷電，此時整個過程完成多半，通過之前的一系列的控制，在 N 或者 S極 下的導體，通過這個導體的電流方向就不會變化，保持一致，進而使其受力方向保持一個方向，這樣電動機就按照一個方向旋轉起來了。 但同時無刷直流電動機也有一些缺點，主要體 現(xiàn)在機體和控制系統(tǒng)比較復雜。由于永磁場的存在，當電動機轉變?yōu)榘l(fā)電機的過程中（下坡或制動），發(fā)電效率高，達到再生制動效果好的優(yōu)點。 ? 過載能力強，比 Y系列電動機可提高過載能力兩倍以上。 圖 43 無刷直流電機結構圖 1機殼 2鐵心 3主磁鋼 4傳感器磁鋼 5傳感器 6端蓋 7轉軸 8銘牌 無刷直流電動機的特點如下： ? 外特性好。位置傳感器，顧名思義是檢測位置的。 ? 電子換相器。定子和轉子是所有電動機都具有的部分，所以它們也是無刷直流電機的重要組成部分。 無刷直流電動機的結構及原理介紹 無刷直流電動機，顧名思義，這種電動機沒有電刷，與傳統(tǒng)直流電動機中的機械換向裝置不同，無刷直流電機中用的是一種電子換向裝置，通過這種電子裝 23 置的調(diào)節(jié)，同樣可以使電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，有刷直流電動機的缺點同時也被克服改進。在上圖 (a)情況下，位于 N 極下的導體 a b 受力方向為從左到右，而位于 S 極下的導體 cd受力方向為從左向右。用于電樞電流的換向，換向器由冷拉梯形銅排和絕緣材料等構成。在電樞鐵心的槽內(nèi)嵌入電樞繞組。 電刷裝置：電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、匯流排等組成，用于電樞電路的引入或引出。 主磁極：在電動機中需要有磁場，這個磁場就是由主磁極產(chǎn)生，主磁極只要由主機鐵芯和勵磁繞組構成，其中，由扁銅線繞制而成的勵磁繞組是產(chǎn)生勵磁磁動勢的關鍵部件。它的只要類型有以下幾種：他勵式直流電動機、串勵式直流電動機、并勵式直流電動機和復勵式直流電動機。 m 雪鐵龍 SAXO 90km/h 感應電動機 20 KW 表 國外一些公司試生產(chǎn)電動汽車驅動電動機 生產(chǎn)企業(yè) 車型 最高時速 電動機形式 功率 最大扭矩 東風 EQ7169 11Okm/h 感應電動機 18 KW 東風 EQ6110 72km/h 開關磁阻電動機 27 KW 40N在車輛減速制動過程中可實現(xiàn)能量轉化回收； ? 電氣系統(tǒng)的安全性和控制系統(tǒng)的安全性都必須符合國家有關標準； ? 高可靠性。 20 第 4章 電動機 電動汽車驅動系統(tǒng)的核心部件是電動機，其性能的好壞直接影響到電動汽車驅動系統(tǒng)的性能，尤其是影響電動汽車的最高車速、加速 性能及爬坡性能動力性。 飛輪的儲能過程 分為三個階段，即使 :飛輪充電階段，外部電源通過輸入電路給電機供電，實現(xiàn)電能轉化為機械能。 ? 輸入 /輸出電路 輸入 /輸出電路是一種控制元件，它可以控制裝置中的電機實現(xiàn)電動機和發(fā)電機之間的互換，完成機械能與電能的相互轉換?？偟膩碚f有兩種方式；即磁懸浮方式和機械支撐兩種方式。 h，它的結構是多層圓柱的。 18 目前，飛輪儲能系統(tǒng)主要由轉子系統(tǒng) 、電機 /發(fā)電機、輸入 /輸出電路和真空室四部分組成 [8]。根據(jù)所學的物理知識，飛輪旋轉時具一定的有角速度，在某一特定的角速度下旋轉，該時刻飛輪是具有相應的動能。 燃料電池的優(yōu)點： ? 節(jié)能，轉換效率高； ? 達到零污染排放； ? 車輛性能與內(nèi)燃機汽車相當； ? 結構簡單運行平穩(wěn)。 h 15 10 7 質(zhì)量功率密度 /（ w/kg） 2100 2340 2600 質(zhì)量能量密度 /（ W 鋰離子電池的工作原理 圖 36 鋰離子電池充放電原理圖 鋰離子電池的充放電過程實際就是鋰離子不斷往返正負極之間的一個過程。電解液一般混合不同性質(zhì)的幾種溶劑使用，因為使用單一溶劑很難滿足上述嚴酷條件。它功能是關閉或阻斷所謂的“通道”。錳酸鋰離子電池的正極物質(zhì)，是以錳酸鋰為主要原料；磷酸鐵鋰作為磷酸鐵鋰離子電池中正極原料，在鈷鎳鋰離子電池中正極以鈷鎳鋰為主要原料。 1990 年日本索尼公司成功推出了新一代電池，這種電池的性能高，儲能大，鋰離子電池 也是目前世界上使用最為廣泛的充電電池。 h 體積能量密度 52W h 95 28 額定電壓 /V 12 12 質(zhì)量 /kg 能量密度 /（ W 鎳氫電池具有諸多優(yōu)點，與鉛酸蓄電池相比，鎳氫電池除具有比質(zhì)量輕、體積小、能量高、循環(huán)壽命長的特點以外，還有以下優(yōu)點： ? 比功率高，可達到 1350W/kg； ? 循環(huán)使用次數(shù)多； 12 ? 無污染，為 21世紀“綠色環(huán)保電池”； ? 過充電過放電對電池影響相對較?。? ? 無記憶效應； ? 使用環(huán)境溫度溫度范圍 30o C55o C； ? 安全可靠。 鎳氫電池主要由正極、負極、極板、隔板、電 解液等組成 [6]，結構如圖 33所示。 電極式為： Pb2e+ SO42－ == PbSO4 正極： PbO2 中的＋ 4 價的鉛得到 2 個電子變成＋ 2 價的鉛后馬上與電極周圍的 SO42－ 結合成 PbSO4 附在電極上，釋放出的 O2－ 與溶液中的結合成 H2O。 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池使用過程中，有充電和放電兩種過程，兩種過程在一定條件下是可逆的。 電解液是一種傳遞的載體，通常電解液是一定比例的硫酸與水配制而成。 鉛酸蓄電池的主要組成部分是由正負極板、電解液、隔板、 溢氣閥、外殼等[5]。這樣可以使電池的輸出功率較高。 蓄電池的數(shù)學模型分析 通常，我們在建立蓄電池模型過程中，采用內(nèi)阻模型。 ? 優(yōu)點：安全性好，不會損壞車輛。 圖 23 雙離合變速器結構圖 此處不介紹傳統(tǒng)汽車機械式差速器，介紹一種電子差速器。 與手動變速器不同， DCT顧名思義有兩個離合器，就需要有兩根輸入軸，這兩個離合器分別與各自的輸入軸相連接，傳統(tǒng)汽車換擋過程中需要踩下離合器踏板，而在雙離合自動變 速下不需要有踩下離合器踏板的環(huán)節(jié)，整個過程都是通過積成電子模塊來控制的。與其 他零件類似，不同類型有各自類型的優(yōu)缺點。在傳動的手動擋汽車中，駕駛員換擋過程中，因為踩下離合踏板，會用動力中斷的一瞬間，才可以變換不同的齒輪嚙合，這樣就會導致輸出有多斷續(xù)，在追求動力輸出上是個很大的缺陷。下面部分詳細介紹有關雙離合自動變速器的結構和原理。 使用固定齒比變速器的汽車有； 榮威 E50、比亞迪 e特斯拉電動車、瑞麒電動車等。 相反電動機 轉速越高時， 電動機的輸出 扭力越低，所以，當輸入功率一定時，電機總是會自動的調(diào)整到到最高效方式來輸出動力 ，當車是停止狀態(tài)下時，踩下油門 踏板 ，因為有慣性的阻力，電機自動的調(diào)整到所給的 油門 踏板 所能達到的最高扭力，然后在加速過程中， 電動機根據(jù)情況自動判定，自動把扭矩減小，以來獲得這個時刻的最高速度。 圖 22 差速器結構圖 電動汽車動力傳動 系統(tǒng)由蓄電池、控制器、電動機、變速器、主減速器、等組成 [4]。 構成減速器的齒輪類型有多種 ，圓柱齒輪 構成的減速器叫做圓柱齒輪減速器，所以還有 圓錐齒輪 減速器 和準雙曲面齒輪 減速器 等型式。 主減速器的作用就是把輸入軸的速度降低，從而增大輸出的轉矩。 汽車變速器 通常是通過改變傳動比，改變發(fā)動機曲軸的輸出轉矩，適用于起動、加速，以及克服道路障礙不同的駕駛條件，使汽車在不同的條件下有不同的駕駛速度。如圖 21所示，其主要由離合器、變速器、傳動軸、主減速器以及差速器、半軸等部分組成 [3]。培里也合作研制出一輛電動三輪車，其車速雖然只有 9 mile/h，但三位先驅的努力使得電動汽車在燃料汽車尚未問世之前已經(jīng)誕生，之后，電動汽車在歐美國家迅速興起和發(fā) 展。其采用鉛酸充電電池和直流電動機，能實際使用，這輛車的誕生具有劃時代的意義。國際有個叫國際電力機車委員會的組織，根據(jù)這個組織的建議，混合動力電動汽車是指動力源由兩種或者多種裝置提供的車輛。純電動汽車主要由蓄電池、電池管理系統(tǒng)、驅動電機和驅動系統(tǒng)、車身底盤，以及安全保護系統(tǒng)組成。當普通汽車怠速時仍然消耗燃料，電動汽車停止時完全不消耗電能，制動過程中，還可以將實現(xiàn)能量轉化回收利用。 電動汽車具有下列優(yōu)點： 污染小，噪聲 低 電動汽車