畢業(yè)設(shè)計(論文)-純電動汽車動力系統(tǒng)匹配研究管理資料

AbstrctElectricvehicleinenergysaving,optimizingtheenergystructure,toprotecttheenvironment,toreducecarbonemissions,tooptimizetheindustrialstructureadjustment,increasingemployment，optimizetheallocationofresourcesplaysarole.Atthesametime,thedevelopmentofelectricvehiclecandrivebatterytechnology,motorvehiclecontroltechnologyandthedevelopmentoftechnology.Sotheelectricvehicledevelopmentinnationaleconomicdevelopmentplaysanimportantposition.Electricpowersystemfortheefficiencyofelectricvehiclematchingofoptimizationcontrol,butalsoimprovethepower,economyandtravelmileage,sothepowersystemofelectricvehiclematchinghaveimportantsignificance.Subjectsinthestudyofelectricautomobilecomponentsandthebasicprincipleofwork,andonthebasisoftheelectricvehicleresearchanddevelopmentstatusofpowersystem,namelythebattery,themotorandtheresearchofthecurrentsituationofthecontrollertechnique.Powersystemarealsostudiedthebasicstructureandworkingprinciple,andakindofdynamicsystemmodeltomatch,mainlyincludingthebattery,motorandreducer,thecontroller,etc.Ofthedecelerationthanmatching.Basedondifferentkindsofcomparisonandanalysisofthestoragebatteryselection,fordifferenttypesofmotorandcomparativeanalysis,controllerandmotorspeedreducedboxselection,fordifferenttypesofcases,afteranalysisofspeedreductionspeedselectionbox.Keywords:Electricvehicle;Powermatching;Battery；Lithiumironphosphate目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 1引言 1課題研究的意義 1電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2第2章電動汽車的結(jié)構(gòu)和工作原理 5電動汽車的結(jié)構(gòu) 5電動汽車的工作原理 6第3章電動汽車動力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀研究 8電動汽車動力系統(tǒng)組成原理研究 8電動汽車蓄電池技術(shù)現(xiàn)狀 9電動汽車電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀 13電動汽車控制器技術(shù)現(xiàn)狀 16第4章電動汽車動力系統(tǒng)的匹配及選型研究 18電動汽車的整車參數(shù)及動力性指標(biāo) 18電動汽車的整車參數(shù) 18電動汽車的動力性指標(biāo) 18電動汽車的動力系統(tǒng)匹配任務(wù) 18電動汽車電機(jī)及控制器的匹配與選型 19電動汽車電機(jī)及控制器的總體匹配 19電動汽車電機(jī)及控制器的選型 20電動汽車蓄電池的匹配與選型 21電動汽車蓄電池的匹配 21電動汽車蓄電池的選型 21電動汽車減速箱與主減速器的匹配與選型 22電動汽車減速箱的匹配 22電動汽車減速箱的選型 23電動汽車主減速器的選型 23第5章總結(jié) 25本文主要內(nèi)容 25展望 25參考文獻(xiàn) 27致謝 28附錄 29緒論引言18世紀(jì)80年代以來隨著汽車的問世，汽車已成為人們生產(chǎn)和生活中不可缺少的生產(chǎn)和生活工具，成為現(xiàn)代社會文明的重要組成部分。根據(jù)2001年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，世界汽車產(chǎn)量約為5577萬輛，就我國而言，2002年的汽車產(chǎn)量也超過了300萬輛。作為汽車的能源目前仍主要依賴于石油產(chǎn)品（汽油、柴油和天然氣等）。根據(jù)專家預(yù)測，按照目前的石油開采量，世界石油已勘查的儲藏量只能使用79年。因此從發(fā)展看，給汽車尋找新的能源是必由之路。此外，因燃油汽車排放所帶來的環(huán)境污染更令人擔(dān)憂，據(jù)環(huán)保部門提供的資料，城市空氣中污染物的污染源60%以上來自交通運(yùn)輸車輛的排放。因此從保護(hù)環(huán)境降低汽車污染物的排放量，以綠色環(huán)保汽車代替燃油汽車也是社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，成為世界共同關(guān)注的問題。電動汽車由于其具有“零”排放特性，因此倍受世界關(guān)注，發(fā)展電動汽車已成為世界汽車業(yè)的共同呼聲。我國政府在“十·五”期間也將電動汽車的發(fā)展作為我國科技攻關(guān)的主要項目之一。電動汽車資源消耗低、環(huán)境污染少，世界各國紛紛投入巨資發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)。我國政府也非常重視發(fā)展電動汽車，通過“九五”、“十五”的發(fā)展，現(xiàn)已具備了電動汽車產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)基礎(chǔ)，進(jìn)入了市場化前期，但還缺乏電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)研究。論文運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)等有關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展理論與方法，重點研究中國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，為國家與武漢市制定電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃提供理論支持，并將研究成果運(yùn)用于武漢電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為中國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供實踐經(jīng)驗。課題研究的意義蓄電池能源電動汽車動力匹配的研究是一個新的課題，它是為了解決能源動力系統(tǒng)最佳工作條件與車輛行駛條件相適應(yīng)的問題。蓄電池能源電動汽車動力系統(tǒng)的合理匹配，就是根據(jù)汽車的行駛條件和使用要求，合理選擇動力系統(tǒng)各參數(shù)（諸如蓄電池類型、容量，電動機(jī)類型、額定功率、電壓、轉(zhuǎn)速，變速器速比、速比間隔、檔位數(shù)，驅(qū)動橋型式及速比等）和動力系統(tǒng)的控制策略，以達(dá)到整車動力性和經(jīng)濟(jì)性的最佳。要獲得較好的使用性能和較高的運(yùn)行效率，一方面可以通過提高各個動力部件(蓄電池、電動機(jī)等)各自的效率來實現(xiàn)[1]。但是，各部件效率受技術(shù)水平、成本的限制，短期內(nèi)的提高幅度是有限的，并且不同部件的效率對整體效率產(chǎn)生的影響大小是不一樣的，若盲目追求部件的高效率，有時會出現(xiàn)整體效率提高不大成本卻大大增加的現(xiàn)象。因此，如何根據(jù)電動汽車使用條件合理匹配動力系統(tǒng)各部件功率（容量）是值得深入探討的問題，它不僅可以提高動力系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率，還為各動力部件針對行駛工況的優(yōu)化設(shè)計提供方向。電動汽車作為機(jī)械、電子、能源、計算機(jī)、汽車、信息技術(shù)等多種高新技術(shù)的集成，是典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，其最終目標(biāo)是實現(xiàn)智能化、數(shù)字化和輕量化。目前研制和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有蓄電池、電動機(jī)、電動機(jī)控制、整車設(shè)計，以及能量管理技術(shù)等。近年來，電動汽車的研究和開發(fā)取得了一定的進(jìn)展，但還存在如下的一些技術(shù)難題函待解決：一次充電續(xù)駛里程太短。這主要是由于蓄電池的比能量低；蓄電池的循環(huán)壽命短、更換率高；蓄電池充電時間長，通常需要6~10小時才能完成；電動汽車的動力性還不夠理想，電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)和蓄電池能量管理系統(tǒng)技術(shù)還不成熟。由此可見，制約電動汽車發(fā)展的瓶頸是蓄電池和電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)。電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是提高汽車動力性、續(xù)駛里程和可靠性的保證[2]。其輸出特性決定了電動汽車的動力特性，同時，它的效率對電動汽車效率的影響也非常大。目前，在蓄電池技術(shù)未取得突破的背景下，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的研究成為電動汽車技術(shù)研究的主要熱點，也是提高續(xù)駛里程并使之實用化的關(guān)鍵，目的是提高電動汽車的驅(qū)動性能、續(xù)駛里程以及行駛方便性、可靠性等。電機(jī)驅(qū)動子系統(tǒng)的研究以驅(qū)動電機(jī)的研究為中心，輔以各種新型控制技術(shù)而展開。電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀電動汽車的研究始于19世紀(jì)初，在100多年前歐美等國家就出現(xiàn)過電動汽車，但山于受到蓄電池技術(shù)的限制，其比能量低，續(xù)駛里程短和使用費(fèi)用高等使電動汽車的發(fā)展處于停頓狀態(tài)。隨著石油資源的日漸枯竭和燃油汽車排放造成的環(huán)境污染日益加劇，人們才又開始把注意力集中到電動汽車的研發(fā)上。從20世紀(jì)70年代起，世界發(fā)達(dá)國家均投入巨資進(jìn)行電動汽車商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。例如美、日、德、法等國都相繼推出了混合動力式電動汽車、電動轎車、電動客車等。例如日木豐田公司在2001年6月推出了THS-C混合動力系統(tǒng)，并成功地將其裝用在Puevia轎車上，同時還開發(fā)了四輪馭動的EstimaHV型多用途車，、CVT無級變速器及四輪馭動系統(tǒng)組成，其排放水平比日木規(guī)劃2010年排放法規(guī)的要求還低75%。2002年3月，日木木田公司在Civic轎車上也采用了混合動力裝置，i-Dsi汽油機(jī)、10KW永磁電動機(jī)、5檔手動變速器或無級自動變速器構(gòu)成，~，。在美國，美國政府為了發(fā)展和推廣環(huán)保型汽車（包括電動汽車）的使用，美國政府有關(guān)部門不僅制定了按比例銷售環(huán)保汽車的有關(guān)法規(guī)，而且在政策上還給子購買環(huán)保類汽車的消費(fèi)者提供4000~8000美元的補(bǔ)貼，因而大大地促進(jìn)了美國電動汽車的發(fā)展。美國AV8公司于20世紀(jì)90年代就推出了電動大巴，這種電動大巴己在歐美許多大中城市中投入實際使用，并有逐步取代傳統(tǒng)燃油公交車的趨勢。近年來由于燃料蓄電池發(fā)展迅速，其技術(shù)有所突破，許多采用氫燃料蓄電池的概念車也相繼問世。美國加利福尼亞州計劃于2003年前投入70輛燃料蓄電池轎車和客車，并進(jìn)行試運(yùn)行試驗。據(jù)Ballaud公司介紹，他們正和主要制造商和供應(yīng)商的技術(shù)人員一道共同解決一些技術(shù)難題，如快速起動，降低成木等問題，在近期即可推出商品化的使用氫燃料蓄電池的電動汽車[3]。在中國首輛電動汽車于1966年在上海問市，1977年相應(yīng)試制出SHD170，SHD610型電動汽車，但均因受蓄電池技術(shù)的限制，未能推廣投入實際使用。我國從20世紀(jì)90年代后將電動汽車的研發(fā)又重新提到議事日程上，目前在北京、上海、天津、西安、合肥等地，各高等院校、汽車研究所和汽車廠家合作，紛紛研制出微型電動車、微型電動廂式車、電動大客車等，清華大學(xué)在燃料蓄電池方而也取得了較大的進(jìn)展，小型氫燃料蓄電池汽車也己試制成功。如果一輛蓄電池能源電動汽車動力系統(tǒng)各參數(shù)選擇合理，就可以最低的能量消耗獲得良好的動力性，并達(dá)到零排放，得到良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益?？傊@項研究對國民經(jīng)濟(jì)和在學(xué)術(shù)上都有一定的意義和價值。隨著電動汽車技術(shù)的不斷發(fā)展和逐步推向市場，電動汽車動力匹配這項研究顯示出越來越重要的地位，受重視的程度也將不斷加強(qiáng)，研究得將更加深入，理論也將不斷完善。與此同時，電動汽車動力系統(tǒng)匹配的研究作為電動汽車關(guān)鍵技術(shù)之一，也會推動電動汽車的發(fā)展和推廣。但由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，電動汽車的續(xù)駛里程及汽車的一些動力性不能達(dá)到我國大部分地區(qū)的要求。因此汽車的動力性能的研究也日益重要。電動汽車這個概念內(nèi)涵很廣泛，它包括蓄電池電動汽車或純電動汽車（BEV）、混合動力電動汽車（HEV）和燃料蓄電池電動汽車（FCEV），涉及到很多學(xué)科，內(nèi)容廣泛而且復(fù)雜，其核心技術(shù)包括底盤和車身技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)和能源技術(shù)。西方發(fā)達(dá)國家政府從20世紀(jì)70年代起開始注重環(huán)境保護(hù)，世界發(fā)達(dá)國家均投入巨資進(jìn)行電動汽車的商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。美、日及歐洲發(fā)達(dá)國家，近年來隨著整車產(chǎn)品的技術(shù)和性能水平提高，純電動汽車在乘用車上已開始進(jìn)入實用化階段，即將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段[3]。純電動乘用車產(chǎn)業(yè)化將是產(chǎn)品技術(shù)和性能水平大幅提高的重要標(biāo)志。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(jì)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。電動汽車的結(jié)構(gòu)和工作原理電動汽車的結(jié)構(gòu)電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)，即電力驅(qū)動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。其中，電力驅(qū)動子系統(tǒng)又由電控單元、功率轉(zhuǎn)換器、電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成；主能源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成；輔助控制子系統(tǒng)具有動力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動力供給等功能[4]。雙線表示機(jī)械連接，粗實線表示電氣連接，細(xì)線表示控制信號連接，線上的箭頭表示電功率和控制信號的流動的方向。根據(jù)從制動踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電動機(jī)和電源之間的功率流。。電動汽車的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)電動汽車制動時，再生制動的動能被電源就吸收，此時功率流的方向要相反。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電器一同控制充電并監(jiān)測電源的使用情況。輔助動力供給系統(tǒng)供給電動汽車輔助系統(tǒng)不同等級的電壓并提供必要的動力，它主要給動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其它輔助裝置提供動力。除了從制動踏板和加速踏板給電動汽車輸入信號外，轉(zhuǎn)向盤輸入也是一個很重要的輸入信號，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的角位置來決定汽車靈活的轉(zhuǎn)向?，F(xiàn)代電動汽車很多采用三相交流感應(yīng)電動機(jī)，相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器采用脈寬調(diào)制逆變器，機(jī)械變速傳動系統(tǒng)一般采用固定速比的減速器或變速器與差速器。空調(diào)裝置主要根據(jù)一個國家不同地區(qū)的氣候來選用冷氣或者加溫裝置。與燃油汽車相比，電動汽車的特點是結(jié)構(gòu)靈活。燃油汽車的能量是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，而電動汽車的能量則基本上是通過柔性的電線傳輸，因此電動汽車各部件的放置具有很大的靈活性。與傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機(jī)不同，電動車的電動機(jī)具有很大的靈活性。不同類型的電動機(jī)，像直流電動機(jī)、交流電動機(jī)、輪式電動機(jī)等等都可以作為電動汽車的驅(qū)動電機(jī)，并直接導(dǎo)致電動車不同的行駛性能。不同類型的儲能裝置，例如不同的蓄電池、燃料蓄電池、超大電容器和高速飛輪等也都會影響電動汽車的重量、體積、尺寸，進(jìn)而影響電動汽車的性能。這些不同的選擇，賦予了電動汽車的設(shè)計者很大的靈活性，同時也產(chǎn)生了最佳選擇準(zhǔn)則的問題。變速傳動系統(tǒng)是電動汽車驅(qū)動子系統(tǒng)的一個重要部件，它指的是驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)軸和車輪之間的機(jī)械連接部分。電動汽車的驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速完全可以用電子控制器進(jìn)行全范圍的控制，因此變速系統(tǒng)的設(shè)計就可以有多種不同的選擇。既可用傳統(tǒng)的齒輪變速箱變速，也可以用先進(jìn)的自動變速傳動橋變速，還可以用電子驅(qū)動橋控制電動機(jī)直接變速。電動汽車的工作原理電動汽車裝備有蓄電池、電動機(jī)、電動機(jī)控制裝置和能源管理系統(tǒng)等。蓄電池電動汽車的電路可分為三部分。第一部分為由主電源到電動機(jī)的電路；第二部分為主電源→DC/DC轉(zhuǎn)換器→汽車電器設(shè)備備用電源→電器設(shè)備(如前燈、后燈、雨刮器等)；第三部分為制動能量回收發(fā)電機(jī)到主電電源部分的電路[5]?，F(xiàn)代電動車是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的理論基礎(chǔ)是現(xiàn)代電動車學(xué)?！，F(xiàn)代電動車學(xué)時研究現(xiàn)代電動車的新興交叉學(xué)科，其核心是如何最有效和環(huán)保的利用電能驅(qū)動車輛，而總體指導(dǎo)思想是將汽車技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、電力電子技術(shù)、能源儲存技術(shù)和現(xiàn)代控制理論有機(jī)的結(jié)合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化。電動汽車不同的子系統(tǒng)之間的相互工作是不同的。例如，電動機(jī)是直接由電機(jī)控制器控制的，與控制器之間有很強(qiáng)的相互作用，影響到電動車的行駛特性、成本和安全性；電動機(jī)和輔助電源則幾乎沒有直接的相互作用；而電機(jī)控制器與蓄電池充電器在電路上有一定的聯(lián)系，它們之間有弱的相互作用。為了實現(xiàn)電動車的系統(tǒng)優(yōu)化，就需要系統(tǒng)地分析和考慮電動車的各個主要部件、子系統(tǒng)之間的相互作用和影響，在系統(tǒng)的水平上實現(xiàn)系統(tǒng)的集成和優(yōu)化。從國內(nèi)外電動車的成功的開發(fā)經(jīng)驗來看，現(xiàn)代電動車的總體設(shè)計思想應(yīng)是根據(jù)電動汽車本身的固有特點，優(yōu)化設(shè)計包括車體在內(nèi)的各個部分，使主要部件或子系統(tǒng)之間達(dá)到最佳的匹配，從而最有效的利用電動汽車有限的車載能量，增加其行駛里程。通過系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，即使在蓄電池性能未能顯著改善的條件下，也能使電動汽車達(dá)到令人滿意的行駛性能。電動汽車是一種由電動馬達(dá)而不是汽油發(fā)動機(jī)提供動力的汽車。消聲器、催化轉(zhuǎn)化器、排氣管和油箱一起拆下。從外觀上看，您可能完全不知道汽車是電動的。大多數(shù)情況下，電動汽車都是由汽油動力車改裝過來的，因此在這種情況下很難分辨出來。駕駛電動汽車時，通常唯一能夠讓您認(rèn)清這輛車的真實面目的方法是：電動汽車開起來幾乎是無聲的。在發(fā)動機(jī)罩的下面，汽油車和電動汽車之間存在許多差異：汽油發(fā)動機(jī)已被電動馬達(dá)替換。電動馬達(dá)從控制器獲取動力。控制器從一組可充電的蓄電池獲取動力。汽油發(fā)動機(jī)及其油管、排氣管、冷卻管和進(jìn)氣歧管看起來就像一個管道工程。而電動汽車完全是一個布線工程。電動汽車動力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀研究電動汽車動力系統(tǒng)組成原理研究電動汽車動力系統(tǒng)主要包括蓄電池、電機(jī)及控制器、變速箱、主減速器和驅(qū)動車輪。蓄電池為能量源，電機(jī)通過蓄電池提供的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將動力傳送到變速箱。為使電動汽車有足夠的動力，蓄電池要有足夠的容量儲備[6]。蓄電池的基本組成為蓄電池單體，多個蓄電池單體串聯(lián)組成蓄電池。其基本工作原理基于化學(xué)反應(yīng)放電，蓄電池正極和負(fù)極都浸在電解液中，放電時，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)向外帶南路釋放電子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，從外電路得到電子。充電時，過程正好相反，負(fù)極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。這里著重介紹常溫鋰蓄電池，通常使用金屬鋰作蓄電池負(fù)極和固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)作為蓄電池正電極，電解液為固態(tài)聚合物。還有一種逐漸被采用的方法為采用鋰碳材料代替金屬鋰。在放電過程中，鋰離子在蓄電池正極和負(fù)極間往返移動，在負(fù)極生成的鋰離子通過電解液嵌入正極晶狀結(jié)構(gòu)中，充電時反應(yīng)過程相反。通常使用高分子導(dǎo)電材料、聚乙烯、聚苯胺或聚對苯酚作負(fù)極和采用、和作正電極，在鋰聚合物蓄電池中，蓄電池是最具吸引力的一種。如：正極為、負(fù)極為人造石墨、電解質(zhì)為/有機(jī)碳酸脂混合物的鋰離子聚合物蓄電池，蓄電池充電（向右）、放電（向左）的總化學(xué)反應(yīng)方程式為電機(jī)是電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)的核心，其性能、效率、重量等直接影響著電動汽車的性能[12]。為達(dá)到對電動汽車?yán)m(xù)航能力及在復(fù)雜工況下安全運(yùn)行的要求，電動汽車驅(qū)動電機(jī)的設(shè)計專用化已成為趨勢，電動汽車的電機(jī)及其控制與傳統(tǒng)的電機(jī)及其控制相比，有其特殊性：電動機(jī)處于頻繁起動、加減速、變速范圍寬和制動回饋的工況下，要求有良好的控制性能。低速（恒轉(zhuǎn)矩區(qū)）運(yùn)行能夠提供大轉(zhuǎn)矩，以滿足起步和爬坡的要求；能夠提供高轉(zhuǎn)速，以滿足汽車高速行駛及超車的要求。在整個運(yùn)行范圍內(nèi)要求高效率，包括電動機(jī)、控制器和傳動裝置的綜合效率，以增加汽車的一次充電行駛里程和再生制動能量的回收，而且在寬功率變化范圍內(nèi)有較高效率。有較強(qiáng)的過載能力、快速的動態(tài)響應(yīng)及良好的加速性能，以滿足道路行駛工況的變化。電機(jī)和控制系統(tǒng)能承受大電流沖擊以提高起步和加速轉(zhuǎn)矩，并且有較長時間的過載能力。，重量要輕，有較高的功率密度：同時要考慮電機(jī)抗振、防潮、防水、防塵、通風(fēng)散熱等。對于電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)主控制器，僅采用增量式PI算法對控制器的控制算法進(jìn)行了研究，因此，建議后續(xù)的研究工作可以采用H。魯棒控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論、模糊控制理論以及最優(yōu)控制理論等，對主控制器的控制算法進(jìn)行研究和對比，以提高電動汽車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的性能。通過電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制給變速箱不同的轉(zhuǎn)速，在變速箱不同擋位的調(diào)節(jié)控制下，通過傳動件的動力傳動給驅(qū)動輪以動力，實現(xiàn)電動汽車不同車速的行駛控制。電動汽車蓄電池技術(shù)現(xiàn)狀國際油價飛漲，全球氣候異常，各國對能源安全和環(huán)境保護(hù)在戰(zhàn)略上更加重視。在此形勢下，我國對電動車事業(yè)發(fā)展也非常重視，在“十·五”計劃和“十一·五”規(guī)劃中都將其列為科技重大項目。在“十·五”電動車事業(yè)有長足的發(fā)展。蓄電池是電動車的能源，是影響電動車性能的關(guān)鍵部件，也是制約電動車發(fā)展的關(guān)鍵。為適應(yīng)電動車的需要，電動車用蓄電池發(fā)展也很快。這里簡述近幾年各種電動車蓄電池發(fā)展概況[1]。（1）鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池因其價格便宜、材料來源豐富、比功率較高、技術(shù)和制造工藝較成熟、資源回收率高等綜合因素被各國各種電動車普遍采用和廣泛研究。90％的商品化的電動車上都采用鉛酸蓄電池。純電動車是以蓄電池為唯一動力源的四輪以上電動車。純電動中巴車用的鉛酸蓄電池（開口式）是”八·五”的研究成果，已取得在車上可用19個月(12萬千米)的成功經(jīng)驗，關(guān)鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時補(bǔ)水等一套系統(tǒng)匹配的工作經(jīng)驗和精心維護(hù)的經(jīng)驗。近年來四輪微型電動車(包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車，短距離道路車等)發(fā)展很快。四輪微型電動車采用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池，品種有普通富液式開口蓄電池(其中包括管狀極板和涂膏式極板蓄電池)和閥控鉛酸蓄電池。電壓一般為48~72V，個別有120V的。容量主要是180和210Ah，個別用120Ah蓄電池并聯(lián)使用。用戶反映目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的此類鉛酸蓄電池產(chǎn)品還趕不上進(jìn)口的國外先進(jìn)的產(chǎn)品。制造相應(yīng)型號的蓄電池制造廠家正在不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平。相信電動自行車用的閥控鉛酸蓄電池成功經(jīng)驗可推廣到四輪微型電動車用的閥控鉛酸蓄電池，性能將會有迸一步的提高。有專家認(rèn)為：5~10分鐘的快速充電技術(shù)與鉛酸蓄電池結(jié)合有可能滿足大多數(shù)城市中心區(qū)短途交通用的純電動車的要求。香港曾經(jīng)提出過用此方案解決城市中心區(qū)交通。鉛酸蓄電池的反應(yīng)方程式如下：正極：負(fù)極：總反應(yīng)：：圖鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)原理圖鉛酸蓄電池是已有100多年歷史的老產(chǎn)品，而且比能量較低，因此很多人認(rèn)為鉛酸蓄電池是落后、過時的產(chǎn)品，在電動車上應(yīng)用的前途不大，進(jìn)一步開發(fā)的必要性不大。筆者認(rèn)為這種觀點不一定正確。實際上，鉛酸蓄電池在100多年的歷史中一贏不斷地在改進(jìn)提高，有的是革命性的飛躍式提高，現(xiàn)在已開發(fā)出比能量提高到近40KW/Kg的蓄電池；已有可像汽車加油一樣的在幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)充電的快速充電技術(shù)；超高速率閥控鉛酸蓄電池比功率已達(dá)到2~4KW/Kg；等等。因此，我們認(rèn)為：因價格便宜、材料來源豐富、制造和回收技術(shù)及工藝都較成熟、資源回收率高等綜合因素，鉛酸蓄電池將是商業(yè)化電動車主要采用的蓄電池；隨著性能不斷地改進(jìn)提高，鉛酸蓄電池將保持在電動車上應(yīng)用的顯著地位，很難被完全取代，因此要重視對它的研究和改進(jìn)提高；在實際使用中，根據(jù)使用對象、維護(hù)條件和專業(yè)化程度，選擇使用壽命長、成本低的品種，不必盲目追求最新的品種和單項指標(biāo)（如比能量）；加強(qiáng)新型鉛酸蓄電池和新技術(shù)研究，以適應(yīng)純電動車的新要求。（2）鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池的比能量更高（120~150KW/Kg），有較高的比功率（250~350KW/Kg），壽命長（500~1000次循環(huán)），無污染等優(yōu)點，被認(rèn)為是有希望是電動車用蓄電池。對于用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解液由四氯化鋁鋰（）溶解在亞硫酸氯（）的鋰離子蓄電池反應(yīng)方程式如下：負(fù)極：正極：鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池在電動車上推廣應(yīng)用遇到最大的問題是燃燒、爆炸的安全性問題。在安全性好、循環(huán)性能好、比容量高的新型價廉正極材料發(fā)展的推動下，我國的動力型鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池的安全性能在”十·五”期間有明顯提高，短路、過充、擠壓、針刺、加熱、跌落、震動等安全性能指標(biāo)到2005年全部通過、達(dá)到安全要求?，F(xiàn)在認(rèn)為電動自行車用48Ah以下的蓄電池組安全性是有保障的。電動自行車用的鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池已接近實用。有幾家公司已可提供較成熟的、裝有蓄電池管理系統(tǒng)的電動自行車用鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池包。裝有鋰離子蓄電池或聚合物鋰離子蓄電池的電動自行車產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)。也有專門生產(chǎn)用鋰離子蓄電池電動自行車廠家。當(dāng)然，安全性還有待在實用中經(jīng)市場考核。我們的觀點：電動自行車用的鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池將是首先商業(yè)化、大批量在電動車上使用的動力型鋰離子蓄電池；在電動自行車上它將是繼鉛酸蓄電池之后所占比例較大的實用化蓄電池：將成為用于高端、便攜式電動自行車產(chǎn)品的蓄電池。大型鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池在純電動轎車和電動巴士上試用的、已開車的和展覽示范的有不少報道?；旌想妱榆嚿嫌玫母吖β输囯x子蓄電池也有顯著的進(jìn)展，15Ah的錳系鋰離子蓄電池的比功率已達(dá)到1220KW/Kg，安全性達(dá)到測試標(biāo)準(zhǔn)，并在燃料蓄電池轎車上試用。根據(jù)現(xiàn)在的鋰離子蓄電池發(fā)展水平和經(jīng)驗，認(rèn)為電動自行車用48Ah以下的蓄電池組安全性是有保障的，但大型鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池要在商業(yè)化電動車輛上使用還要經(jīng)過許多艱苦的工作，其原因主要是：安全性難度更大；純電動轎車和電動巴士，以及混合電動車上使用的蓄電池數(shù)量多、系統(tǒng)復(fù)雜，對可靠性和一致性的要求更高：價格高等。曾經(jīng)報道過深圳比亞迪要在2005年提供200輛以鋰離子蓄電池為動力源的電動轎車組成出租車隊之事，現(xiàn)在已推遲到2007年了，我們拭目以待。最近報道了上海市在825路公交車上進(jìn)行鋰離子蓄電池和超級電容器聯(lián)用的示范運(yùn)行，我們將注視試驗的進(jìn)展和結(jié)果。（3）金屬氫化物一鎳蓄電池（MH—Ni）MH—Ni蓄電池由于價格高在我國的純電動汽車和電動自行車上真正使用的不多。MH．Ni蓄電池在我國的混合電動車的成品車和樣車(包括轎車和巴士)上已普遍采用，成為主流采用的蓄電池。但是價格高和資源有限是限制MH—Ni蓄電池在混合電動車上推廣和發(fā)展的因素，甚至影響到混合電動車廣泛推廣應(yīng)用的前途。我們觀點是：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蓄電池在混合電動車上的競爭對手。（4）鋅鎳蓄電池（Zn—Ni）Zn—Ni蓄電池曾被認(rèn)為是應(yīng)提倡的電動車用蓄電池。經(jīng)4~5年的市場篩選來看，在商業(yè)化的電動車上幾乎沒有使用。這主要是由于Zn—Ni蓄電池的價格貴（，）；循環(huán)過程中，初期容量衰減率大，限制了蓄電池組實際可使用的壽命。另外，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。（5）鋅空氣蓄電池鋅空蓄電池是金屬—空氣（氧）蓄電池的一種，屬于半燃料蓄電池范疇。因為它的正極活性物質(zhì)（氧）來源于蓄電池外部的空氣，不必包含在蓄電池內(nèi)部，不占蓄電池的重量，因此蓄電池的理論比能量比常用蓄電池的高得多，實際比能量也較高；另外還有原材料豐富，價格不高，無污染等優(yōu)點，被認(rèn)為是電動車用蓄電池的有競爭力的候選者。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。早在1960年代美國就開始電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究工作。1970年代初西方發(fā)生了石油危機(jī)，促使西方各國重視對電動車的開發(fā)研究，鋅空蓄電池以其很高的比能量被作為電動車用蓄電池的候選者。20世紀(jì)六七十年代期間，日本、法國等一些國家投入了很大力量進(jìn)行電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究，蓄電池類型包括機(jī)械可充型和循環(huán)型。1990年代，以色列的EFL公司又可是研制電動車用鋅空蓄電池系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括：車上用的機(jī)械可充式的鋅空蓄電池組；更換鋅空蓄電池的加燃料站；用電能將氧化鋅轉(zhuǎn)換成鋅的燃料再生中心。從此，世界上再次掀起開發(fā)電動車用鋅空蓄電池的高潮，美國、德國、新加坡等國投入了電動車用鋅空蓄電池的開發(fā)研究。近十年間，EFL公司在自行車、摩托車、高爾夫球車、吉普車、面包車、巴士等車型上進(jìn)行了試驗，最后與歐洲有最大郵政車隊的德國郵政署合作，在64輛車上進(jìn)行了試驗，其中有一輛車于1996年10月從法國的ChaIIlbe巧越過阿爾卑斯山最后到意大利的Turin，行程244km，用去蓄電池容量的65％；1997年4月又有車載重650kg，從德國的Bremen到Bonn行駛了424Km；從德國的Bremen到荷蘭的阿姆斯特丹行駛了375km。同年11月2日，這樣的車從倫敦開到巴黎，行程439km。建立了三個示范的更換鋅空蓄電池和用電能將氧化鋅轉(zhuǎn)換成鋅的燃料再生中心。應(yīng)該說，投入和取得的成績可不小。但是，據(jù)1998年6月的IEESpectrumv報道，德國郵政署用EFL公司的鋅空蓄電池進(jìn)行了二年試驗后，決定停止資助此項目繼續(xù)試驗，原因是更換成本太高。國內(nèi)開發(fā)電動車用鋅空蓄電池的步伐基本跟著國外的潮流。1970年代初（文化大革命期間），清華大學(xué)教授錢偉長先生帶領(lǐng)的電動車用鋅空蓄電池研制組帶動下，國內(nèi)出現(xiàn)了鋅空蓄電池的研制高潮，開展鋅空蓄電池研制的單位有十幾家。到1980年代初，國內(nèi)鋅空蓄電池的研制高潮逐漸衰退，只有752廠和梅林化工廠把部分研制成果轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品。應(yīng)用于便攜式電器、手表、計算器、航標(biāo)燈、應(yīng)急電源、通訊電源等場合。受國外的第二次開發(fā)電動車用鋅空蓄電池高潮的影響，近年來國內(nèi)研制工作又有興起。美籍華人在上海成立的生產(chǎn)機(jī)械可充鋅空蓄電池的博信（PowerZinc）公司，并已建成示范車間。該公司制造的電動自行車和電動摩托車用鋅空蓄電池裝在進(jìn)行了行駛里程測試，分別達(dá)到150和250千米，并做了大量的推廣應(yīng)用工作，在上海市建立了50個蓄電池更換點。不到一年，此推廣試用工作就停止了，市場篩選的結(jié)果是沒有被用戶接受。此后在有些領(lǐng)導(dǎo)支持下，做了一輛用該公司制造的鋅空蓄電池為動力源的電動巴士，但受鋅空蓄電池高功率性能差的限制，車的啟動和加速性能明顯較差。2005年11月，全國清潔汽車行動領(lǐng)導(dǎo)小組和上海市科委聯(lián)合主持召開了博信鋅空蓄電池用于城市客車專家研討會，一致認(rèn)同：“鋅空動力蓄電池可適用于城市客車……?！痹?007年6月，中國國際蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈論壇上，我國蓄電池界老前輩吳壽松先生針對上述結(jié)論，以“鋅空動力蓄電池失敗的原因”為題，介紹了筆者幾十年中三次介入鋅空動力蓄電池的開發(fā)，均以失敗告終的經(jīng)驗教訓(xùn)，并且列舉了當(dāng)年遇到的困難和問題，如：實現(xiàn)機(jī)械充電困難；空氣電極壽命限制；蓄電池功率性能差，不符合汽車加速性能的要求；電解液的碳酸鹽化和水管理?？磥眍愃茣h有不同意見人士參加是必要的[9]。多年工作實踐證實了鋅空蓄電池原來應(yīng)有的優(yōu)越性，同時也暴露了一些國內(nèi)外己報道過的問題，如鋅電極更換服務(wù)系統(tǒng)和再生成本、氧電極的壽命、蓄電池的電解液滲漏、爬漏或溢出等。這些問題影響鋅空蓄電池在電動車上推廣應(yīng)用。市場篩選的結(jié)果也證明用戶沒有接受。因此，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)，多聽取不同的意見是必要的。電動汽車電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀在電動汽車上，驅(qū)動電機(jī)及其控制器是電動汽車中把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動力部件，目前常用的驅(qū)動系統(tǒng)有四種：直流電機(jī)（DCMotor）驅(qū)動系統(tǒng)，電機(jī)控制器一般采用脈寬調(diào)制(PWM)控制方式；交流感應(yīng)電機(jī)（ACIM）驅(qū)動系統(tǒng)，電機(jī)控制器采用矢量控制或直流轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速方式；交流永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，主要包含兩類電機(jī)：永磁同步電機(jī)（PMSM）和無刷直流電機(jī)（BDCM）驅(qū)動系統(tǒng)；開關(guān)磁阻（SR）電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)[7]。（1）直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)早期的電動汽車中通常采用直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),在我國城市中廣泛使用的無軌電車和電動叉車等電動車輛中也在使用直流驅(qū)動系統(tǒng)。直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有空隙，即氣隙。其中定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向器、端蓋、電刷等裝置，轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等部件[11]。。無刷直流電機(jī)系統(tǒng)控制圖直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點，但由于直流電機(jī)在運(yùn)行過程中需要電刷和換向器換向，因而電機(jī)本身的效率低于交流感應(yīng)電機(jī)，同時，電刷需要定期維護(hù)，造成了使用的不便。此外，電機(jī)本身的體積大、重量大，換向器和電刷制約了直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這些因素都限制了其在電動車中的應(yīng)用。（2）交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)交流感應(yīng)電機(jī)又稱異步電機(jī)，與直流電機(jī)相比其結(jié)構(gòu)簡單，從技術(shù)水平來看，感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的理想選擇，尤其是驅(qū)動系統(tǒng)功率需求較大的大型電動客車。目前，國內(nèi)外高性能的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)也主要是采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制這兩種控制方法。交流感應(yīng)電機(jī)定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，它由定子鐵芯、定子繞組、鐵芯外側(cè)的外殼、支承轉(zhuǎn)子軸的軸承等組成；交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有兩種類型：籠型和繞線型，其中籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)比較簡單，僅由導(dǎo)條和端環(huán)構(gòu)成。感應(yīng)電機(jī)按照轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)也分為兩類：籠式感應(yīng)電機(jī)和繞線式感應(yīng)電機(jī)。交流感應(yīng)電機(jī)與直流電機(jī)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、堅實可靠、免維護(hù)、體積小、重量輕、易于冷卻、壽命長等優(yōu)點。感應(yīng)電機(jī)本身比直流電機(jī)成本低，只是其逆變器比直流電機(jī)控制器成本高，但隨著功率電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，兩者的成本差距越來越接近。從目前看來，感應(yīng)電機(jī)交流系統(tǒng)總成本要比直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)高，但由于其重量輕、效率高及能有效的實現(xiàn)再生，因而在電動汽車上使用的運(yùn)營成本要比使用直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)時低，尤其在大功率電動汽車中更有廣泛的應(yīng)用。（3）交流永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)交流永磁電機(jī)主要包含兩大類：永磁同步電機(jī)和無刷直流電機(jī)。兩者的主要區(qū)別在于永磁勵磁磁場在定子相繞組中感應(yīng)出的電動勢波形：前者每相感應(yīng)出的電動勢波形為正弦波，而后者為梯形波。無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)相比，前者的優(yōu)點是：控制器簡單，輸出轉(zhuǎn)矩大；缺點是轉(zhuǎn)矩脈動大一些。后者的優(yōu)點是：轉(zhuǎn)矩脈動?。坏强刂破鬏^復(fù)雜，對于同功率的電機(jī)，,而無刷直流電機(jī)弱磁調(diào)速方面還沒有成熟的技術(shù)。交流永磁電機(jī)采用稀土永磁鐵勵磁，具有效率高、功率密度大等特點，在中、小功率的系統(tǒng)中有優(yōu)勢?？偟膩碚f，相對于勵磁電機(jī)來講，交流永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)效率高、體積小、重量輕，在電動汽車中也得到了一定的應(yīng)用，但該類驅(qū)動系統(tǒng)目前還存在成本高的缺點，在可靠性和使用壽命指標(biāo)上也明顯比感應(yīng)電機(jī)差。另外，對于功率較大的PMSM和BDCM，要做到體積小、重量輕，尚存在一定的技術(shù)難度。（4）開關(guān)磁阻電機(jī)隨著現(xiàn)代大功率半導(dǎo)體開關(guān)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，才使開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動技術(shù)以高效率、高可靠性和一種新型的電機(jī)一體化、具有軟啟動特性的調(diào)速傳動技術(shù)面貌出現(xiàn)，目前在電動汽車驅(qū)動領(lǐng)域也有較多的應(yīng)用。開關(guān)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，為定、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子中沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，一般徑向相對的兩個繞組串聯(lián)成一相。開關(guān)永磁電機(jī)可以設(shè)計成多種不同相數(shù)結(jié),且定轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種搭配,如三相6/4結(jié)構(gòu)、四相8/6結(jié)構(gòu)等。開關(guān)磁阻電機(jī)氣隙磁場有三類形式：徑向磁場、軸向磁場和混合磁場。開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組，成本低，無明顯的熱量產(chǎn)生，延長了軸承使用壽命，凸極轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量低，易于調(diào)速控制。定子整體線圈嵌裝容易、牢固，熱耗大部分集中于定子，易于冷卻，轉(zhuǎn)子無永磁體，可有較高的最大允許溫升。啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點在低速運(yùn)行段同樣明顯，十分適合需要頻繁啟動和較長時間低速重栽運(yùn)行的機(jī)械。但開關(guān)磁阻電機(jī)能量轉(zhuǎn)換密度低于電磁式電機(jī)。轉(zhuǎn)矩脈動大，由轉(zhuǎn)矩脈動所導(dǎo)致的噪聲及特定頻率下的諧振問題也較為突出。相術(shù)多，主接線數(shù)也較多，主電路復(fù)雜。電動汽車控制器技術(shù)現(xiàn)狀電動汽車的控制器的目的，就是使得電動機(jī)能夠靈活自如的按照駕駛員的意圖，提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)加速、減速或停車。為了得到理想的電動汽車驅(qū)動性能，不僅要研究和設(shè)計先進(jìn)的電動機(jī)，還要研究先進(jìn)的控制方法，優(yōu)良的控制方法可以大大改善電機(jī)驅(qū)動的性能，彌補(bǔ)電機(jī)設(shè)計的不足[8]。。在工業(yè)驅(qū)動領(lǐng)域中常用的控制方法，如傳統(tǒng)的PID控制，矢量控制（FOC），自適應(yīng)控制（MRAC）和變結(jié)構(gòu)控制（VSC）等，目前群已被廣泛的移植到電動汽車的驅(qū)動控制之中來，并取得了理想的效果。由于電動汽車的驅(qū)動控制有自身的特點，如：要求電機(jī)既能工作在恒轉(zhuǎn)矩，又能工作在恒功率區(qū)，并且同時保持高效率運(yùn)行；調(diào)速范圍比較大，達(dá)到0r/min~10000r/min以上；魯棒性能高；動態(tài)響應(yīng)要快等等。因此，工業(yè)驅(qū)動控制系統(tǒng)必須加以改造，方可適用于電動汽車。由于異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的復(fù)雜性，使得它的磁通矢量與轉(zhuǎn)矩具有強(qiáng)烈的耦合性，一般情況下，難以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的直接控制。異步電機(jī)的矢量控制是通過一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)異步電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦，使非線性的異步電機(jī)具有類似于直流電機(jī)的理想控制特性。但這種方法的缺點是對電機(jī)的參數(shù)變化過于敏感。而某些參數(shù)特別是對控制特性有著重要影響的轉(zhuǎn)子時間常數(shù)，隨溫度和磁飽和的改變而變化很大。如果控制器所用的參數(shù)與電機(jī)的實際參數(shù)不等，就達(dá)不到理想的解耦，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的控制性能變差。電動汽車上CAN總線系統(tǒng)主要由驅(qū)動控制模塊、再生制動控制模塊、電機(jī)控制模塊、能量管理模塊、電池控制模塊、儀表顯示模塊及故障診斷模塊等組成，。通過CAN實現(xiàn)各個控制模塊間的信息通信。除了指令的發(fā)送和接收外，汽車的一些基本狀態(tài)信息（如電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池荷電狀態(tài)、車速等）是大部分控制單元必須獲取的數(shù)據(jù)，控制單元采用廣播方式向總線發(fā)送數(shù)據(jù)[14]。為了解決這類問題，人們研究了一些新興的魯棒性強(qiáng)、對參數(shù)不敏感的現(xiàn)代控制方法，如自適應(yīng)法、變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)控制等，并在電動車驅(qū)動中得到應(yīng)用，顯示出了良好的前景?？刂破鞯倪x擇主要依據(jù)電動汽車所用驅(qū)動電機(jī)的情況而定，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)為直流電機(jī)時可采用直流斬波器或PWM調(diào)速方式；當(dāng)驅(qū)動電機(jī)為交流電機(jī)時可采用三相交流PWM或變頻調(diào)速方式。以直流電機(jī)驅(qū)動為例，電機(jī)控制器的選擇如下：首先選擇電壓等級，當(dāng)蓄電池電壓確定后即可確定電機(jī)控制器的電壓等級。關(guān)鍵是確定電機(jī)控制器的容量，也就是說電流大小的確定，電機(jī)控制器電流大小的確定，主要依據(jù)電機(jī)的容量來確定。如果蓄電池的電壓等級為312V，電機(jī)的電壓等級為230V，電機(jī)為YQ57型的變頻牽引異步電動機(jī)，則電機(jī)控制器電流的選擇可依公式計算可得：電機(jī)的額定電流192A，低速起動時的起動轉(zhuǎn)矩為2TNm，對應(yīng)的起動電流約為20A，再考慮安全余量，電機(jī)控制器的電流大小選擇為600A。電動汽車動力系統(tǒng)的匹配及選型研究電動汽車的整車參數(shù)及動力性指標(biāo)電動汽車的整車參數(shù)該電動汽車的總重（含蓄電池）約為1000kg，采取蓄電池前置前輪驅(qū)動，:，輪胎規(guī)格為195/65HR1588，m。按乘員數(shù)4人予以設(shè)計；小車身設(shè)計以及輕質(zhì)材料結(jié)構(gòu)、降低的動力性和續(xù)駛里程可使車輛自重大大降低，從而緩解車輛動力匹配和車重的矛盾。㎡。電動汽車的動力性指標(biāo)最高車速為100km/h，車速維持60km/h勻速行駛，此時續(xù)駛里程可達(dá)到120km，最大爬坡度為15°，0km/h到100km/電動汽車的動力系統(tǒng)匹配任務(wù)電機(jī)功率為15Kw，峰值轉(zhuǎn)矩不大于100Nm；蓄電池容量在50~60之間，電壓為180~220；選擇適當(dāng)?shù)闹鳒p速器傳動比。電動汽車直線行駛時，行駛動力學(xué)方程為=+++式中，為電動汽車驅(qū)動力，N；，為行駛時空氣阻力，=，N；為滾動阻力，=，N；為坡度阻力，=α，N；為加速阻力，N。式中，α為路面坡度，C為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，ρ為空氣密度，f滾動阻力系數(shù)，m為整車總質(zhì)量，Vr為車輛相對速度，v為車輛行駛速度，i為主減速器速比，ig為變速器傳動比，g為重力加速度。通過電動汽車性能計算模型以及變分原理，可以得出以下結(jié)論：(1)各種不同的勻速行駛策略中，以速度接近為0行駛時，車體所消耗的能量最小，對于擁有固定能量系統(tǒng)來講，其續(xù)駛里程也最長；(2)在各種速度行駛中，在規(guī)定時間f內(nèi)行駛規(guī)定距離5，消耗能量最少的是以勻速v行駛完成的。該速度=。續(xù)駛里程是反映電動車輛行駛性能的一個重要指標(biāo)，設(shè)電動汽車以速度行駛時間，則一次充電的續(xù)駛里程為：=。式中，為電動汽車?yán)m(xù)駛里程，km；W為蓄電池總能量，kwh；p為電動汽車消耗功率，kW?？梢钥闯?，車速一定時，在蓄電池總能量不變的情況下，有兩個途徑可以提高續(xù)駛里程,即降低功率消耗p和提高傳動系統(tǒng)效率。，其中最高車速100Km/h，常規(guī)車速60Km/h，10Km/h爬坡（15°）。行駛工況計算公式各種參數(shù)行駛阻力計算結(jié)果最高車速=+=1000Kgf=C=A=㎡α=15°445N常規(guī)車速=+254N最大爬坡=α++α2681N電動汽車電機(jī)及控制器的匹配與選型電動汽車電機(jī)及控制器的總體匹配在進(jìn)行代電動汽車的整車參數(shù)匹配是，首先要以運(yùn)行工況為基礎(chǔ)，根據(jù)動力性能指標(biāo)和部件自身的技術(shù)發(fā)展水平初步確定電驅(qū)動系統(tǒng)的部件性能要求，再根據(jù)部件的性能對汽車的動力性能進(jìn)行校核，從理論上初步評價該方案是否符合設(shè)計要求和目標(biāo)，然后對前面的部件性能進(jìn)行修改，重復(fù)以上過程，直至達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。在上述工作的基礎(chǔ)上再開展動力源匹配優(yōu)化設(shè)計。初步設(shè)計首先確定電機(jī)類型，然后根據(jù)電動機(jī)的特點確定變速器的傳動比范圍，進(jìn)而確定變速器的檔位數(shù)和傳動比，最后得到驅(qū)動電機(jī)和變速器的基本參數(shù)。電機(jī)傳動效率為η=，根據(jù)汽車?yán)碚撝械闹R可求得電機(jī)功率為=（+）其中取滾動阻力系數(shù)f=，空氣阻力系數(shù)C=。結(jié)果求得Pe=Kw，為了保證電機(jī)工作正常取Pe=Pe=15Kw。選取各擋變速器傳動比i=，i=，主減速器傳動比為i=（各擋傳動比、）結(jié)合表一計算結(jié)果，取ig2=，i0=，最高車速100Km/h，常規(guī)車速60Km/h可計算出各種工況對電機(jī)的要求，。電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(Kw)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(Nm)計算公式===9550最高車速5265常規(guī)車速3159以速度為10Km/h爬坡（15°）時采用i=，i=。。項目電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(Kw)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(Nm)數(shù)值表明可以達(dá)到汽車最高車速和最大爬坡度及電機(jī)功率和峰值轉(zhuǎn)矩要求。電動汽車電機(jī)及控制器的選型交流感應(yīng)電機(jī)與直流電機(jī)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、堅實可靠、免維護(hù)、體積小、重量輕、易于冷卻、壽命長等優(yōu)點。感應(yīng)電機(jī)本身比直流電機(jī)成本低，只是其逆變器比直流電機(jī)控制器成本高，但隨著功率電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，兩者的成本差距越來越接近。綜合各種電機(jī)的優(yōu)缺點該電動汽車選用交流異步電動機(jī)。根據(jù)上節(jié)中的計算結(jié)果和對電機(jī)的基本要求，。電機(jī)及控制器的基本參數(shù)參數(shù)額定功率蓄電池電壓額定轉(zhuǎn)速峰值轉(zhuǎn)矩工作轉(zhuǎn)速數(shù)值15Kw180V3200r/min100Nm0—5500r/min電動汽車蓄電池的匹配與選型電動汽車蓄電池的匹配我國在電動車用蓄電池的研究開發(fā)范圍很廣，基本上涉及世界上正在研究開發(fā)的主要幾種。電動車用蓄電池。綜上所述，對電動車蓄電池市場發(fā)展的前景，可知：鉛酸蓄電池因其價格便宜、材料來源豐富技術(shù)和制造工藝較成熟等綜合因素，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(jìn)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(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(jī)轉(zhuǎn)速為5265r/min，，；在常規(guī)車速60Km/h時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為3159r/min，，。該蓄電池容量為==×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。。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。,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60Ah。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)90605050重量密度(Wh/Kg)40100140110成本(元/AH)6循環(huán)壽命(次)300—4001500800—1000500安全性好好稍差好污染性嚴(yán)重?zé)o無無180V60AH成本(元)1500450035003400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(jī)最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速比Nmax/Nn≥。此時，電動機(jī)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(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，電動機(jī)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(jī)。汽車的總傳動比是傳動系中各部件傳動比的乘積，即試中，為變速器的傳動比；為主減速器的傳動比；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。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是變速器一擋傳動比與主減速器傳動比的乘積。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(jī)、差速器和半軸構(gòu)成的驅(qū)動橋是提供汽車前進(jìn)動力、實現(xiàn)汽車順利直行或靈活轉(zhuǎn)彎的重要裝置?，F(xiàn)有電動汽車驅(qū)動橋中，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:1、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;2、牽引電機(jī)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(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)計方案采用電機(jī)、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(jìn)而增強(qiáng)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(jī)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=，=。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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速通常在2000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(jī)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ZDY80-1-I，公稱輸出扭矩I,裝配形式是自然冷卻。一般情況下，，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。主減速比一般在3~，本車選最高擋為直接擋則==，這樣可兼顧加速性和蓄電池電量的消耗。則最大傳動比為==。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(jì)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(dá)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(dá)到電動汽車的動力性、足夠續(xù)駛里程和行車經(jīng)濟(jì)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(dá)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(dá)國家近二三十年，失去了追趕的機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)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(yùn)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，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(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。世界電動汽車的發(fā)展經(jīng)過20多年的研究試驗，已進(jìn)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。。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(yuǎn)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(jì)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。

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