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毕业设计论文新能源汽车电动汽车动力及控制技术设计摘要随着世界环境的污染、全球石油危机日益严重而带动的石油价格不断上涨给汽车工业带来了不可忽视的冲击，也增强了人们开发新能源的意识，而新能源汽车更是人们关注的一大焦点。目前电瓶式纯电动汽车以噪音小、耗能低、无污染、成本低、结构简单而成为新能源汽车发展的主流，世界很多国家都投入了大量的人力、财力去开发电动汽车。本文主要围绕电动汽车的电动机以及目前普遍使用的电动车控制系统主要参数作出分析，例如转速与转矩的关系、转速与功率的关系、功率与转矩的关系以及传动比、蓄电池的比能量等，设计出合理的电动车动力系统和控制系统。本文主要采用的技术有：1、电动机的转矩、转速、功率。2、电动机的主要调速方式。关键词：电动机、发动机、转矩、变频调速、交流电动机、EV目录第一章前言.................................................1第二章电动汽车构造与原理...................................2第一节电动车的种类...........................................2第二节蓄电池电动车...........................................4第三节燃料电池电动车.........................................10第三章电动车动力及控制设计.................................12第一节电动车驱动电机种类.....................................12第二节直流驱动电动机........................................14第三节交流驱动电动机........................................18第四节直流电动机的控制.......................................21第五节三项交流电动机的控制...................................24第四章我国电动汽车的缺陷...................................27第五章电动汽车的发展趋势...................................29致谢........................................................31附录一......................................................32附录二......................................................33参考文献....................................................39济南职业学院机械系毕业设计（论文）1第一章前言汽车工业的告诉发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源供给，各国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年成递增趋势。由于电动汽车具有突出的环保方面的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。电动汽车使用的能源是可以用与发电的一切能源。因此使用电动汽车可以摆脱汽车对化石燃料的依赖，改善能源结构，使能源供给多样化，使能源的供给有保障。电动汽车在解决道路交通事故方面和传统汽车相比也具有一定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。电动汽车具有良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点，即可以保护环境，又可以缓解能源短缺和调整能源结构，保障能源安全。目前发展电动汽车已成为各国政府和汽车行业的共识，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、研究和开发的观点，还是从实用的角度来看，了解和掌握电动汽车技术的社会需求会越来越大。济南职业学院机械系毕业设计（论文）2第二章电动汽车构造与原理第一节电动车的种类电动汽车的分类，如图2-1图2-1纯电动汽车车是以车载电源为能源的汽车，又称为EV。目前纯电动汽车主要有蓄电池电动车和燃料电池电动车。蓄电池电动车是由充电式蓄电池为能源的电动车。目前这种电车普遍使用的电池一般都是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池又有很多种类，常见的有个干呵电式蓄电池、湿荷电式蓄电池、阀控式蓄电池、免维护蓄电池、胶体蓄电池、水平板式蓄电池等。动力部分广泛使用的是直流串励电动机和直流他励电动机，这种电机启动转矩大，具有软的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，控制电流大，维护保养工作量大，电动汽车类型纯电动汽车车混合动力汽车燃料电池汽车车车车铅酸蓄电池钠硫电池镍锌电池空气电池锂离子电池内燃机+电池燃料电池蓄电池燃料电池电容+太阳能蓄电池+电容（飞轮）蓄电池燃料电池储能器电容飞轮H2燃料电池甲醇燃料电池重燃料电池济南职业学院机械系毕业设计（论文）3随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。燃料电池电动车目前使用的较少，因为燃料电池由于技术还不成熟其结构复杂，价格昂贵等缺点而限制了其适用范围，不过燃料电池转换效率高、无污染、运行噪声低、续驶里程长、无需充电时间（加氢式）等优点被电动车未来的发展所看好。其动力和控制部分除了电池组部分有所不同外其他都大同小异。济南职业学院机械系毕业设计（论文）4第二节蓄电池电动车2.2.1结构如图2-2图2-2蓄电池电动车是由动力蓄电池向电动机供电从而驱动汽车行驶，是目前运用最广泛的电动车，其结构主要由动力蓄电池（车载电源）、控制器、接触器、控制电路、附加电路、DC/DC、DC/AC、电动机、变速器、附加电器、车身等组成。蓄电池电动车是由多个动力蓄电池串联组成的电池组为电动车供电，电池组一般是36V~400V的直流电源，为了便于向一些低压用电设备供电，动力电池组还有DC/DC转换器。动力电池组采用并联或者串联的方式进行组合，在EV（电动汽车）上占据很大一部分有效的装载空间，在布置上有相当的难度，通常有“集中”布置和“分散”布置两种形式。控制器是电动车大脑，它控制着电池电量的输出、电动机的转速、转向、过载保护、能量反馈等等，目前使用的控制器分为两大类：直流控制器和交流控制器。直流控制器使用比较广泛的是串励电机控制器和他励电机控制器，在是使用方面也都有各自的优势。交流控制器现在在技术上也有了很大的提高，不如变频调速，不过由于成本高所以在使用范围上收到了很大限制。电动机是整个电动车的动力输出部分，就像汽车的发动机。现在电动车加速器控制器电池接触器电动机变速器/差速器车轮济南职业学院机械系毕业设计（论文）5上使用的电动机以直流电动机为主流，交流电动机目前在电动车上还没有得到广泛应用。直流电机在电动车上应用最广泛的主要有串励电机和他励电机。交流电动机的使用还是以三相交流异步电动机为主。2.2.2电动车原理1、蓄电池有关电池的常见术语放电：电池向外电路输送电流的过程。放电容量：电池在规定条件下的放电电量或有效工作时间。储存寿命：电池在规定条件下储存结束时，电池仍能保持规定的性能和储存期限。电池极端：电池连接外电路的部件。电动势：组成电池的两个电极的平衡电位差。放电率：放电率指放电是的速率，通常用“时率”和“倍率”表示。充电：将外电路输入蓄电池的电能转换为化学能储存起来的操作过程。充电率：蓄电池在规定的时间内充到额定容量所需的电流值。恒压充电：充电时保持充电器端电压不变的一种充电方法。恒流充电：充电时保持充电电流不变的一种冲电方法。极化：极化是电池由静止状态即电流为零转入工作状态产生的电池电压、电极电为的变化现象。上一节我们说过，目前电动车上普遍使用的电池一般还都是铅酸蓄电池，但是这种电池有普通电池还有很大区别。动力铅酸蓄电池既要求有瞬时大电流放电特点，又要求铅酸蓄电池有持续大电流放电的能力。动力铅酸蓄电池有以下几个特点：济南职业学院机械系毕业设计（论文）6（1）单格电压高，汽车用铅酸蓄电池单格额定电压可达2.0V，开路电压2.1V，工作电压1.8V-2.0V。（2）比功率和功率密度大，内阻小，长时间可输出大电流。（3）性能可靠，冲放电可逆性好。（4）循环次数多，寿命长。（5）结构简单，价格低廉。目前，电动汽车上应用最广泛的电源依然是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。2、电池组的管理系统动力电池组的管理系统包括对动力电池组的充电和放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、电池的温度等进行控制。因为个别蓄电池性能变化后，影响到整个动力电池组的性能，用蓄电池管理系统来对整个动力电池组和对动力电池组中的每个单体电池进行监控，保持各个电池间的一致性，还要建立动力电池组维护系统，来保证电动车的正常运行。电池组管理系统组成电动车上动力电池组是它的主要电源，电动车全靠动力电池组提供电源。根据电动汽车所采用的电池的类型和动力电池组的组合方法，电池组管理系统主要包括：热管理系统；电池管理系统；电线线路管理系统。动力电池组管理系统的功能和作用动力电池组管理系统要承担动力电池组的全面管理，一方面保证动力电池组的正常运作，显示动力电池组的动态响应并及时报警，使驾驶员随时都济南职业学院机械系毕业设计（论文）7能掌握动力电池组的情况。另一方面要对人身和车辆进行安全保护，避免因电池引起的各种事故。电动汽车目前之所以没有得到有效的推广主要就是速度、充电时间和续驶里程收到了很大的限制，若想在这方面得到提高电池技术是一个重点。2.2.3驱动电机和驱动系统驱动电机是EV的动力装置，这也是EV与内燃机汽车的根本区别之处。现代EV所采用驱动电机主要是交流电动机、永磁电动机、和开关阻尼电动机等。电动车驱动系统由驱动电动机和驱动操纵系统共同组成，随着电动车结构形式不同，采用了不同驱动系统。电动车的驱动系统由集中驱动系统和轮毂驱动系统两驱动系统。电动车的驱动系统总布置形式有以下几种，其特征如表2-1所示：（1）传统驱动模式（2）电动机—驱动桥组合式驱动系统（3）电动机—驱动桥整体式驱动系统（4）轮毂电动机分散驱动系统济南职业学院机械系毕业设计（论文）8表2-1EV的驱动系统总体布置形式、结构模型、特征项目结构模型特征传统的驱动模式1.电动机代替发动机；2.仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成；3.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）等各种驱动模式；4.结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能电动机—驱动桥组合式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，形成电动机—驱动桥组合式驱动系统；2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；3.传动机构紧凑，传动效率高，安装方便电动机—驱动桥整体式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，电动机有一个空心轴，有一个驱动桥的半轴从电动机空心轴中通过；2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；3.传动机构紧凑，传动效率高，可以作为驱动桥布置在车架下面济南职业学院机械系毕业设计（论文）9轮毂电动机分散驱动系统1.电动机装在车轮轮毂中，可以有4×2和4×4两种布置方式，各个车轮之间的同步转动或差速转动由中央控制器的计算机系统控制；2.4×2布置方式有双前轮驱动模式和双后轮驱动模