【正文】 開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)包括功率變換器、開關(guān)磁阻電動機、控制器和傳感器四部分。此外，感應(yīng)電動機控制策略有轉(zhuǎn)速控制、矢量控制、變壓變頻控制、效率優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制和變級控制等。但是感應(yīng)電動機也具有降低電網(wǎng)功率、調(diào)速范圍窄、不能平滑調(diào)速的缺點。交流感應(yīng)電動機包括籠形和繞線轉(zhuǎn)子兩種，因為籠形交流感應(yīng)電動機具有效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、便于維修的特點，所以與直流電動機相比更具優(yōu)勢，但是繞線轉(zhuǎn)子交流感應(yīng)電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，而且故障率也較高。直流電動機及控 制器如圖31 所示。電動汽車使用電動機種類不一，傳統(tǒng)電動機主要有以下幾種： 直流電動機：直流電動機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電動。 電動車正常行駛時所需功率： ? ?tmvBPP ??? (221) 式中 BP 為電動車所需功率， vP 是電動車驅(qū)動功率， m? 是電機效率， t? 是傳動效率 電動車消耗能量： ? ? ? ?dtPUPUE BBt BBB ?? ?0 (222) 式中 BE 為消耗能量， ? ?BBPU 為驅(qū)動電壓， ? ?BBPU 為驅(qū)動電流 續(xù)駛里程： VPESBB ?? 1000 (223) 本章小結(jié) 本章介紹了電動汽車動力系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)形式，通過分析四種驅(qū)動模式特點，結(jié)合本文設(shè)計要求，選擇電動機驅(qū)動橋結(jié)合式的結(jié)構(gòu)形式作為本文設(shè)計車輛的驅(qū)動模式，通過對關(guān)鍵零部件的分析，為電動機和電池的選型奠定基礎(chǔ)，通過對電動汽車動力性和經(jīng)濟性進行分析，為動力系統(tǒng)參數(shù)匹配提供了依據(jù)。 續(xù)駛里程和能量消耗情況受實際行駛工況影響，不同工況下計算公式不同，難以用統(tǒng)一的公式計算，只能通過實驗獲取電動汽車特性曲線。 能量經(jīng)濟性是指電動汽車以各種預(yù)定要求所達到的續(xù)駛里程與動力電池再充電到原有狀態(tài)所需要的電能之比。 爬坡度可以根據(jù)牽引力確定： ? ?gwrt M FFFi ??? (29) writ FFFF ??? (210) 2221 1sin r rr f fdfd ? ????? (211) 式中 ? ? MgFFd wt /?? (212) 電動汽車加速度計算： ? ?rwft fdgMg FFFdtdVa ?????? ? (213) 加速時間： 14 ?????? V DrtPVa dVAVCMgfriT MdVdtt 0 200 ? ? (214) 轉(zhuǎn)動慣量系數(shù)： 22021 MrIiMrI PdW ???? (215) 電動汽車在良好路況下正常行駛時，最大車速阻力： ???????? ?? 2m ax761403600 VACMgfF fDrv (216) 電動汽車經(jīng)濟性 電動汽車經(jīng)濟性是指電動汽車電池充滿的情況下，正常行駛的最大距離，其評價指標為能量消耗率、能量經(jīng)濟性和比能量消耗率。 電動汽車動力性 電動汽車的動力性評 價指標和傳統(tǒng)汽車一樣包括最高車速、加速性能和爬坡性能三個指標 [9]。 表 22 各種蓄電池性能比較 電池類型 特點 鉛酸電池 技術(shù)成熟、成本低廉、比功率高、比能量低 鎳鎘電池 技術(shù)成熟、比功率高、成本高、比能量低 鎳鋅電池 比能量低、比功率高、成本低、循環(huán)壽命短 鋅空氣電池 非常高的比能量、成本低、比功率低 鈉硫電池 比能量高、比功率高、成本高、需要熱管理 鋰聚合物電池 非常高的比能量、比功率高、低溫性能差 鋰離子電池 非常高的比能量和比功率、成本高 電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)是電池電能高效利用的保障，它管理眾多單體電池組成的電池組，協(xié)調(diào)整車各部分的電能使用，科學的電池管理系統(tǒng)可以大大提高電池組的使用壽命，電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。 使用壽命是指在正常工作條件下，電池循環(huán)使用次數(shù)，一般要求為不低于1000 次。 充電時間是指電動車正常充滿電所需要的時間，充電時間越短，技術(shù)要求越高，成本也越高。 蓄電池 電動汽車的發(fā)展主要受到電池技術(shù)的制約，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，蓄電池技 11 術(shù)也有了很大進步，目前電動汽車主要使用的蓄電池為鋰電池，而燃料電池技術(shù)還不成熟，有待進一步研究。通過查閱文獻資料獲得了永磁同步電動機的特性曲線圖，如圖 27所示。 10 電動汽車使用的電動機種類較多，各電動機性能特點也不同，如表 21所示列出幾種常用的電動機性能特點比較。 （ 3）電動機安全可靠，便于維修。 （ 2）電動機相應(yīng)及時。 圖 26 驅(qū)動電機分類 電動汽車使用環(huán)境不同對電機的要求就不同，一般電動機轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)該滿足以下性能要求： （ 1）電機具有較大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍。電動機與驅(qū)動橋垂直布置，選用錐形齒輪主減速器。圖 25 所示為電動機與車橋平行的布置形式。如圖 24即電動機驅(qū)動橋整體式布置形式。同軸式是電動機放在車橋的空心軸中，動力通過主減速器、差速器、半軸傳到驅(qū)動輪上。布置形式如圖 8 23 所示。 圖 22 傳統(tǒng)驅(qū)動模式 輪轂電動機驅(qū)動式：輪轂電動機驅(qū)動式就是將電動機設(shè)計在驅(qū)動輪中，這種驅(qū)動模式既節(jié)省了空間又簡化了傳動路徑。如圖所示驅(qū)動模式，動力從電動機通過離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸到驅(qū)動輪。 傳統(tǒng)驅(qū)動模式：傳統(tǒng)驅(qū)動模式就是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機的基礎(chǔ)上，用電動機將發(fā)動機代替，其傳動系統(tǒng)不變。 電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 電動汽車驅(qū)動布置方案與傳統(tǒng)燃油汽車有很大不同，為了更充分發(fā)揮電動機的優(yōu)勢，需要根據(jù)電動汽車的工作環(huán)境及要求合理設(shè)計驅(qū)動結(jié)構(gòu)。充電器是蓄電池獲取外界能源的主要途徑，充電器需要將外界電能轉(zhuǎn)化滿足蓄電池充電要求的制式，而且市場需求的快速充電也是充電器技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。能量管理系統(tǒng)負責對蓄電 7 池中的能量管理分配，負責協(xié)調(diào)整車能量供給，使電池中能量的使用效率最大化。蓄電池是整車唯一的能源提供，其作用有三個，充電，放電和存儲電能。 圖 21 電動汽車系統(tǒng)組成 傳動系是動力傳遞的重要組成部分，負責將電動機輸出的動力傳遞給驅(qū)動輪，制動時動力反向傳遞，其結(jié)構(gòu)和傳動比的選擇對整車動力性和經(jīng)濟性有重大影響?？刂破魇钦麄€動力系統(tǒng)的控制中心，需要接收 加速（減速）踏板傳來的信號，然后進行處理，將執(zhí)行指令傳遞給驅(qū)動電機，電動機根據(jù)指令輸出相應(yīng)的功率、扭矩，動力通過主減速器、差速器、半軸傳遞到驅(qū)動輪，從而實現(xiàn)駕駛員的駕駛意圖。 6 2 電動汽車動力系統(tǒng)組成及性能 電動汽車基本結(jié)構(gòu) 電動汽車系統(tǒng)組成 電動汽車主要由動力系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成，如圖 21所示。 研究分析電動汽車發(fā)展中應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，掌握電動汽車設(shè)計中涉及的關(guān)鍵技術(shù)和運用方法。 研究內(nèi)容 本文研究對象為小型電動汽車動力系統(tǒng)，主要用于城鄉(xiāng)之間的輕型貨物運輸，主要研究內(nèi)容為： 通過查閱文獻和市場調(diào)查了解電動汽車的發(fā)展情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題，了解市場需求，并且設(shè)計符合市場需求的電動汽車。蓄電池技術(shù)是純電動汽車發(fā)展的核心技術(shù)，也是各國發(fā)展純電動車需要攻克的難關(guān)，提高電池比能量、比功率和增加電池循環(huán)使用壽命對提升電動汽 車整車性能有重大意義。電動汽車技術(shù)要求高，有關(guān)零部件沒有形成生產(chǎn)規(guī)模，甚至還需要應(yīng)用新材料，所以生產(chǎn)成本高。 電動汽車雖然有著大好的發(fā)展前景，但是也面臨著許多發(fā)展問題，主要包括續(xù)駛里程、生產(chǎn)成本、蓄電池技術(shù)和電動汽車配套設(shè)施建設(shè)四方面。同年，第二十五屆電動汽車大會在深圳開幕，此次是有史以來最大規(guī)模的電動車國際會議， 對我電動車發(fā)展起到了推動作用 [8]。 2021 年國家進一步加大對電動汽車的發(fā)展力度，出臺了《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃》、電動汽車“十城千輛”等項目。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國雖然帶動汽車發(fā)展時間比較短，技術(shù)還未成熟，但是目前也在大力發(fā)展電動汽車， 2021 年我國確立電動汽車三縱三橫研發(fā)布局，承擔研發(fā)項目的企 業(yè)有上海汽車、奇瑞公司和天津汽車集團等，參與的高校有北京理工大學和上海交通大學。到目前為止，日本是電動汽車產(chǎn)業(yè)化最先進的國家，部分車企實現(xiàn)電動車量產(chǎn)化，開始建立銷售平臺。 日本為發(fā)展電動汽車早在 1967 年就成立了日本電動汽車工業(yè)協(xié)會，后來制定了《電動汽車的開發(fā)計劃》和電動汽車生產(chǎn)和保有量目標 [6]。搭載永磁同步電動機的雪鐵龍 CZero 最高時速可達 130km/h，續(xù)駛里程160km,使用鋰電池技術(shù)，快速充電模式下半小時可以充電 80%。 歐洲關(guān)注全球氣候變暖，注重溫室氣體排放問題，對二氧化碳排放有嚴格要 4 求，對乘用車 CO2排放提出要求，到 2020 年每輛乘用車平均排放量為 95g/km，到 2025 年減少至 70g/km，這一發(fā)展目標的提出，大大推動了歐洲電動汽車的發(fā)展進程。美國對環(huán)保要求嚴格，所以電動汽車研究時間較早，此外美國對國家能源安全高度重視，電動汽車恰好解決了石油依賴的問題。近幾年，科學技術(shù)發(fā)展迅速，同時世界各國對環(huán)境污染問題高度重視，所以電動汽車發(fā)展也迎來新機遇 [2]。毫無疑問，純電動汽車將使人類文明發(fā)展進入更高階段，所以，純電動汽車的發(fā)展對我國應(yīng)對環(huán)境污染，能源短缺問題有著重大意義。純電動汽車是汽車行業(yè)以新能源技術(shù)為核心的一個重要發(fā)展方向，無污染、低能耗、低噪音是其技術(shù)重點，廣泛的電能來源，為其可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 3 1 緒 論 課題目的及意義 本文研究小型電動汽車動力系統(tǒng)的目的是設(shè)計出滿足市場需求的小型電動貨車，提高電動汽車動力系統(tǒng)的工作效率，降低生產(chǎn)成本，提高電動汽車在小型貨車市場上的占有率。 1 目 錄 1 緒 論 ............................................................. 3 課題目的及意義 .............................................. 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................. 3 國外研究現(xiàn)狀 .......................................... 3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .......................................... 4 研究內(nèi)容 .................................................... 5 2 電動汽車動力系統(tǒng)組成及性能 ....................