城市纯电动中型客车的总体设计[含高清CAD图纸和文档源文件]
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SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名于洪琳系部汽车工程系专业、班级车辆工程07-4班指导教师姓名王国田职称实验师从事专业汽车服务是否外聘是否题目名称城市纯电动中型客车的总体设计一、设计（论文）目的、意义随着能源问题和环境问题的日益突出，现有车辆使用的动力方式已经不能很好的适应未来社会发展的需要。为此，电动汽车的发展得到了广泛的关注，各种类型的电动汽车也在研究和开发之中。本研究主要对电动汽车进行了总体设计研究，其中包括：分析部分电动机的优缺点，选择电动机作，对电动汽车的动力性进行分析，通过最高车速、最大爬坡度和加速时间校核电动机性能的研究，积累电动客车相关方面的技术，同时，通过电动汽车电动机及传动系统的结构和布置方案，设计蓄电池组的布置位置和安放结构，熟练应用CAD等绘图软件，并具有一定的实验技能和生产实践知识。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）主要内容：1 研究电动汽车电动机的特点，并分析电动客车的动力性2 研究电动客车的控制策略3 分析电动汽车蓄电池性能特点及存在问题，设计蓄电池管理系统4 研究纯电动汽车能量回收原理，设计再生制动系统的结构5 设计电动客车总体布置图技术要求：1 研究电动汽车电动机的特点，并分析电动客车的动力性2 研究电动客车的控制策略，并设计蓄电池管理系统3 研究纯电动汽车能量回收原理，设计再生制动系统的结构4 设计电动客车电机与传动系统机构布置、蓄电池组的布置、安装设计及电动汽车总体布置图三、设计（论文）完成后应提交的成果论文一份（2万字以上），论文内容符合要求。1 设计再生制动系统结构原理图2 设计电动客车总体布置图四、设计（论文）进度安排资料收集，整理，完成开题报告 第12周 论文的撰写，完成中期检查 第39周 毕业论文提交 第913周毕业论文修改完善 第1316周毕业论文答辩 第17周五、主要参考资料1 万沛霖主编电动汽车的关键技术M北京：北京理工大学出版社2 陈全世，朱家琏，田光宇先进电动汽车技术M北京：化学工业出版社3 李春卉电动汽车的发展现状及趋势研究J汽车工业研究，2005六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日本科学生毕业论文城市纯电动中型客车的总体设计系部名称： 汽车工程系 专业班级： 车辆工程 07-4班 学生姓名： 于洪琳 指导教师： 王国田 职 称： 实验师 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreePure electric medium-sized city busDesign and technology researchCandidate：Yu HonglinSpecialty：Vehicle EngineeringClass：07-4Supervisor：Experimentalist. Wang GuotianHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:城市纯电动中型客车的总体设计院 系 名 称: 汽车工程系 专 业 班 级: 车辆工程07-4班 学 生 姓 名: 于洪琳 导 师 姓 名: 王国田 开 题 时 间: 2011.2.28 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 毕业设计（论文）开题报告学生姓名于洪琳系部汽车工程系专业、班级车辆工程07-4班指导教师姓名王国田职称实验师从事专业汽车服务是否外聘是否题目名称城市纯电动中型客车的总体设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状在“节能低碳”呼声愈高的今天，发展新能源车逐渐成为当前汽车工业的潮流所趋，各类新能源技术的研发如雨后春笋般涌现。而我国不久前出台的个人购买新能源汽车补贴政策和节能与新能源汽车产业发展规划则是直接传递出更为明确的信号在节能与新能源汽车的技术路线方面，我国政府将选择以纯电动汽车为主的战略趋向，实现汽车工业跨越式发展。这样，纯电动汽车再次被推上了新能源汽车产业化进程的风口浪尖。纯电动汽车是完全由可充电电池提供动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。从全球汽车业的情况看，随着动力电池技术的不断进步，纯电动汽车也实现了快速发展，并逐渐朝着产业化方向迈进。我国推动纯电动汽车产业化有良好的发展基础。目前我国电动自行车、电动摩托车等轻型电动车保有量已经超过5000万辆，且轻型电动车产销量已经超过全球的90%。轻型电动车的发展在潜移默化地影响消费者的同时，也带动了国内动力电池、电机等产业的发展。近几年，我国纯电动客车市场发展迅速，研发投入持续提高。我国研发的纯电动客车主要有公交客车和旅游客车。其中纯电动公交客车占85%；豪华旅游客车占12%，其它用途市场份额很少占3%。新能源汽车未来逐渐替代传统汽油车已成为各国发展汽车产业的共识，作为核心部件的动力电池则更被企业和投资者看好。当前许多知名的汽车制造商都致力于开发动力电池的电动汽车。 日本东京电力公司宣布，将带头参与有关的基础建设，明年在首都率先建200多个充电站，三年后将增加到1000个以上，为电动汽车解决好“肚子问题”，为新车型的上市做好基础准备。而且，日产汽车相关负责人称，预计旗下Leaf等电动车的电池成本，四年内可望大幅下降。日产将于今年底在日本、美国和欧洲推出Leaf电动车。 美国底特律三巨头在削减皮卡、大型SUV车型的同时，也将大笔研发费用砸在新能源车型的开发上，而通用汽车在2010年推出的新能源汽车雪佛兰Volt被寄予更高的希望。按照底特律方面的分析，以通用这款车为代表的新能源汽车应该成为新的美国汽车精神的标志。 欧洲车企似乎对电动车没什么兴趣，而是在氢动能或是燃料电池车方面建树颇多，这也代表了欧洲车企对未来车市的一个把握方向。不过，尽管欧洲车企不像日本、美国那样对电动车充满憧憬，但还是有一些车企开发出了一些电动车型。例如，大众近日推出了可再生能源驱动的电动车辆高尔夫“TwinDrive”。这辆高尔夫“TwinDrive”同样是采用目前最为流行的“插电式（Plug-In）”混合动力技术，在电力驱动模式下可行驶50公里。 在纯电动车的基础设施建设方面，国外已经进行了不错的尝试。日本东京目前有87个充电站，楼宇、路旁的充电桩随处可见。在美国加州斯坦福大学里，有专供电动汽车充电的停车位，每两个车位之间就有一个充电桩。而且美国的家庭普遍拥有车库，充电问题更易得到解决。 政治家指出：一个国家的领导人，无不关心本国的能源安全。石油是国防力量的血液，是头号战略物资。要对其厉行节约。发展电动车是时代赋予我们的使命，国务院领导同志极为重视。不论是从应对能源和环境的挑战出发，还是从现实中国汽车产业的跨越式发展出发，我们都必须这样做。 科学家指出：石油是高品位的化石燃料，由千万年生成，是不可再生能源。社会发展快速消耗使其日趋稀缺，面临枯竭。电动车的前途在于可使用二次能源电力，而电力除火电外，还有水能、风能、太阳能、核能等多种清洁的、可再生能源的发电所支持。发展电动车可实现能源资源和电力资源的合理利用。电动车是新世纪交通车辆的理想选择和发展方向。 经济学家指出：理解我们的汽车企业家，心中那份对传统汽车工业难以割舍的感情。但是，在商言商，我们必须为眼前处境三思而行。且不说我们在传统汽车上比人家有20年的技术差距，再花上1600个亿也难以与之并肩，已经失去了赶超机遇，何况人家早已设置了利益壁垒，在等着我们左突右冲，叫你无功而返呢。 光说石油资源日趋稀缺，就足以将我们的汽车工业引向不归之路。我国学者曾对美国的汽车战略做过认真研究，美国之所以将汽车战略的重点放在传统汽车上，是因为他们在汽车及其相关产业上投入大积累厚，优势高。尽管他们也认识到电动汽车将取代燃油车，为眼前利益他们也只能硬着心肠往前走了。而我国则不同，没有他们那种传统汽车包袱。从各方面来说，发展节能环保型电动汽车，都是中国汽车工业的最佳选择。在电动车领域，我们几乎与发达国家同步。差距还不算太大，绝对是我们极好的赶超机会。 社会学家指出：城市化使人口集中，交通拥挤，燃油汽车在密集的人群中排放有害气体，其危害程度是可怕的。这只是多数人有所不知而已。陈清泉院士说过，在美国因空气污染引发疾病所需花费的关怀费用约等于每烧1加伦汽油1美元。按这标准计算，我国一台公交汽车每天耗油60升所引起的疾病关怀花费为每天130元。这130元的环境成本原来是受害者承担了!可见燃油汽车比电动汽车的所谓“经济性好”，原来是以公害为代价！目前世界上有10个污染最严重的城市，就有七个在中国。老外来中国工作竞享受本国的有害补助！严重地降低了我国城市的综合竞争力。环境制约着我国的可持续发展。发展电动车将改善这一切。2、目的和意义随着能源问题和环境问题的日益突出，现有车辆使用的动力方式已经不能很好的适应未来社会发展的需要。为此，电动汽车的发展得到了广泛的关注，各种类型的电动汽车也在研究和开发之中。纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，即以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。目前，电动汽车的电池种类主要包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等。 早在近年北京车展之时，一些中外主流汽车企业都亮出了自己的电动汽车。与传统燃油能源汽车相比，电动汽车在经济性能和环保性能方面都具有比较独特的优势。 首先，电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”。而且，电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。 其次，电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。当采用交甲型H1N1流感应电动机时，电机无须保养维护，更重要的是容易操纵。 再次，电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排放。 最后，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。 发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。到目前为止，电动汽车用电池经过了3代的发展，已取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池(VRLA)，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有镍镉(NJ-Cd)、镍氢(Ni-MH)、钠硫(Na/S)、锂离子(Li-ion)和锌空气(Zn/Air)等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池。燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破问。电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件，要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性。目前，电动汽车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)4类。近几年来，由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合电动汽车的控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。永磁无刷电动机可以分为由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM)和由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电动机基本相同，因此在电动汽车上得到了广泛的应用。PMSM类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电动机。开关磁阻电动机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快和成本较低等优点。实际应用发现SRM存在转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，应用受到了限制。随着电动机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家控制、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。电动汽车是高科技综合性产品，除电池、电动机外，车体本身也包含很多高新技术，有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现。采用轻质材料如镁、铝、优质钢材及复合材料，优化结构，可使汽车自身质量减轻30%-50%；实现制动、下坡和怠速时的能量回收；采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎，可使汽车的滚动阻力减少50%；汽车车身特别是汽车底部更加流线型化，可使汽车的空气阻力减少50%。电动汽车要获得非常好的动力特性，必须具有比能量高、使用寿命长、比功率大的蓄电池作为动力源。而要使电动汽车具有良好的工作性能，就必须对蓄电池进行系统管理。能量管理系统是电动汽车的智能核心。一辆设计优良的电动汽车，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的能量源(即电池)外，还应该有一套协调各个功能部分工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的荷电状态，并根据各种传感信息，包括力、加减速命令、行驶路况、蓄电池工况、环境温度等，合理地调配和使用有限的车载能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以尽可能延长电池的寿命。世界各大汽车制造商的研究机构都在进行电动汽车车载电池能量管理系统的研究与开发。电动汽车电池当前存有多少电能，还能行驶多少公里，是电动汽车行驶中必须知道的重要参数，也是电动汽车能量管理系统应该完成的重要功能。应用电动汽车车载能量管理系统，可以更加准确地设计电动汽车的电能储存系统，确定一个最佳的能量存储及管理结构，并且可以提高电动汽车本身的性能。在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。综上所述，结合我国的各方面情况，发展纯电动汽车是刻不容缓的大事件。在我所在的这样一个老工业城市，用纯电动中型客车作为城市公交车更是一件值得付出努力是事情。所以我毅然决定研究此课题。希望能给我国的纯电动汽车行业尽一点绵薄之力！二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容（1）研究电动汽车电动机的特点，并分析电动客车的动力性（2）研究电动客车的控制策略（3）分析电动汽车蓄电池性能特点及存在问题，设计蓄电池管理系统（4）研究纯电动汽车能量回收原理，设计再生制动系统的结构（5）设计电动客车总体结构图2、拟解决的主要问题（1）分析部分电动机的优缺点，选择合适的电动机作为动力源；对电动汽车的动力性进行分析（2）介绍部分蓄电池的性能特点，选择合适的蓄电池作为能量源；分析蓄电池管理系统的总体结构以及各部分功能（3）研究电动机的控制策略，简单了解电动机的控制系统和软件工作流程（4）设计研究整车的再生制动结构和控制系统（5）研究电动汽车电动机及传动系统的结构和布置方案，设计蓄电池组的布置位置和安放结构以及电动汽车的总体结构三、技术路线（研究方法）材料收集，并且根据题目中的要求，对所要设计的车辆的部分参数进行初步设定及计算研究电动汽车电机的特点，初步选择合适电机，并分析电动客车的动力性研究电动客车的控制策略，合理选择蓄电池，并设计蓄电池管理系统研究纯电动汽车能量回收原理，设计再生制动系统的结构设计电动客车电机与传动系统机构布置蓄电池组的布置和安装设计电动汽车的总体结构四、进度安排资料收集，整理，完成开题报告 第12周 论文的撰写，完成中期检查 第39周 毕业论文提交 第913周毕业论文修改完善 第1316周毕业论文答辩 第17周五、参考文献01 万沛霖主编.电动汽车的关键技术M.北京：北京理工大学出版社，1988.1202 章桐，贾永轩编著；索荣电动汽车网组编.电动汽车技术革命M.北京：机械工业出版社，2010.403 胡骅，宋慧主编.电动汽车M.北京：人民交通出版社，2006.804 李涵武，赵雨旸主编.汽车电器与电子技术M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.705 C.C.Chan and Y.S.Wong.Electric Vehicles:Charge Forward,IEEE Power and Energy Magazine,Nov./Dec.200406 李兴虎.电动汽车概论M.北京：北京理工大学出版社，2005.807 陈全世，朱家琏，田光宇.先进电动汽车技术M.北京：化学工业出版社，200708 陈清泉著.陈清泉院士论文选集：现代电动车、电机驱动及电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2005.709 C.C.Chan,The State of the Art of Electric and Hybrid Vehicles,Proceedings of the IEEE,Vol.90,NO.2,Feb 200210 陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术M.北京：北京理工大学出版社，200211 余志生主编.汽车理论第三版M.北京：机械工业出版社，200312 温照方主编.电机与控制M. 北京：北京理工大学出版社，200413 王益全编著.电动机原理与实用技术M.北京：科学出版社，2005.714 于长官.现代控制理论及应用M.哈尔滨：哈尔滨工业出版社，200515 罗飞.运动控制系统M.北京：化学工业出版社，200516 李春卉.电动汽车的发展现状及趋势研究J.汽车工业研究，2005.517 徐哲.我国电动汽车发展与对策研究J.上海汽车，2006.518 张立国，宁国宝.国内电动汽车发展综述J.汽车工业研究，2006.1219 万钢.中国“十五”电动汽车重大科技专项进展综述J.中国科技产业，200620 张羽中，毛永志.纯电动公交车是城市公交的发展方向J.新材料产业，2007.NO.821 王书贤，邓楚南.电动汽车用电机技术研究J.微电机，200622 肖攀，陈广伟，邓楚南.电动汽车的电池技术研究J.北京汽车，2005.NO.623 张付义.城市公交电动客车设计与开发J.城市车辆，2005.224 谭元文，刘溧.电动汽车再生制动系统的结构与控制策略研究J.北京汽车，2007.NO.2六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日SY-025-BY-10优秀毕业设计（论文）推荐表题 目城市纯电动中型客车的总体设计类别毕业设计学生姓名于洪琳系、专业、班级汽车工程系车辆工程07-4班指导教师王国田职 称实验师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 系部公章： 年 月 日备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文或毕业设计毕业设计（论文）过程管理材料题 目城市纯电动中型客车的总体设计学生姓名于洪琳院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程07-4班指导教师王国田职 称实验师教研室车辆工程教研室起止时间2011.2.28-2011.6.24教 务 处 制毕业设计指导教师评分表学生姓名于洪琳院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-4班指导教师姓名王国田职称实验师从事专业汽车服务是否外聘是否题目名称城市纯电动中型客车的总体设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度： 好 较好 一般 较差 很差研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱工作量： 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好 较好 一般 较差 很差其他： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计评阅人评分表学生姓名于洪琳专业班级车辆工程07-4指导教师姓名王国田职称实验师题目城市纯电动中型客车的总体设计评阅组或预答辩组成员姓名李涵武、齐晓杰、林明、王国田、王永梅、田芳出席人数5序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱工作量： 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好 较好 一般 较差 很差其他： 评阅人或预答辩组长签字： 年 月 日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计答辩评分表学生姓名于洪琳专业班级 车辆工程07-4指导教师王国田职 称实验师题目城市纯电动中型客车的总体设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名李涵武、齐晓杰、林明、王国田、王永梅、田芳出席人数5序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好 较好 一般 较差 很差回答问题： 正确 基本正确 基本不正确 不能回答所提问题研究能力或设计能力：强 较强 一般 较弱 很弱工作量： 大 较大 适中 较少 很少说明书规范性： 好 较好 一般 较差 很差图纸规范性： 好 较好 一般 较差 很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好 较好 一般 较差 很差其他： 答辩组长签字： 年 月 日黑龙江工程学院本科生毕业设计I摘 要随着能源问题和环境问题的日益突出，现有车辆使用的动力方式已经不能很好的适应未来社会发展的需要。为此，电动汽车的发展得到了广泛的关注，各种类型的电动汽车也在研究和开发之中。本研究的目的就是为了积累电动客车相关方面的技术，主要对电动汽车进行了总体设计研究，其中包括：分析了部分电动机的优缺点，选择永磁直流电动机作为动力源；对电动汽车的动力性进行了分析，通过最高车速、最大爬坡度和加速时间校核了电动机的性能；介绍了部分蓄电池的性能特点，选择铅酸蓄电池作为能量源；对电动机的控制策略进行了研究，提出蓄电池管理系统总体结构和各部分功能，并对蓄电池组电压、电流、温度和均衡充放电模块进行了总体设计研究；对整车再生制动的结构和控制进行了设计研究；讨论了电动汽车电动机及传动系统的结构和布置方案，设计了蓄电池组的布置位置和安放结构，同时对制动系统进行了初步改装设计。关键词：纯电动汽车改装设计；电动机控制系统；蓄电池管理系统；再生制动黑龙江工程学院本科生毕业设计IIABSTRACTBeing more and more serious along with the energy problems and the environmentproblems, the motive method of the existing vehicle used cant satisfy the demand of thesocial development in the future .For this, the development of EV gotten an extensive concern,various types of EV is also being in the research and the development.The purpose of this research is to accumulated electric bus techniques.This researchmainly carried on a total design to the electric passenger car, the works are as follow:Ianalyzed the merit and shortcoming of some electric motors, and choosed the permanencemagnet DC motor to be the motive source;analyzed the motive of the electric passenger car,examine the performance of the electric motor;introduced the function characteristics of somestorage batteries, and choosed the Lead-acid storage battery to be the energy source;study thecontrol strategy of the electric motor, put forward total structure of the storagebattery management system and each parts of functions, and carried on a design and researchto each part; designed the structureand the control of the regenerative braking system; discussed electric motor and transmissionto equip of constitute and the decoration project, designed the decoration position of thestorage battery set and install structure, in the meantime first step to design a refit project ofthe the brake system, to carryon.Keyword: EV refit；motor drive system；battery management system；regenerativebraking黑龙江工程学院本科生毕业设计i目 录摘 要IABSTRACTII第 1 章 绪 论11.1 选题的背景、目的及意义11.2 国内外电动汽车的现状及发展31.3 本设计的研究内容及预期结果5第 2 章 电动汽车电机技术62.1 电动汽车电机的分类及特点62.2 电动汽车对电机性能的要求72.3 本研究用电动机82.4 电动机性能计算92.4.1 电动车的使用情况及性能选择 92.4.2 电动汽车的动力性 102.4.3 电动机校核 112.5 电动机驱动控制策略132.5.1 电动汽车的电机驱动控制策略分析 132.5.2 永磁直流无刷电动机的控制策略 142.5.3 电机电流控制研究 14 2.6 本章小结17第 3 章 蓄电池技术及其管理系统设计183.1 蓄电池的分类及特点183.2 蓄电池存在的问题213.3 本研究用蓄电池213.4 蓄电池管理系统总体设计233.5 各检测模块基本设计263.5.1 电压温度检测模块设计 26黑龙江工程学院本科生毕业设计ii3.5.2 电流检测模块设计 273.6 蓄电池组的均衡充放电设计293.7 本章小结30第 4 章 电动汽车能量回收及再生制动系统314.1 制动模式与能量的分析314.2 再生制动能量回收的重要性334.3 制动能量回收的约束条件334.4 再生制动系统结构设计344.5 再生制动控制策略374.6 再生制动控制逻辑及操纵方式36 4.7 本章小结37 第 5 章 电动客车的总体设计385.1 改装布置设计注意事项385.2 电机与传动系统结构布置设计385.3 蓄电池组的布置及安装设计405.3.1 蓄电池组布置的要求 405.3.2 蓄电池组布置设计 415.3.3 蓄电池框架和轨道的设计 425.4 制动系统改装设计435.5 本章小结44结 论45参考文献46致 谢48附 录49 黑龙江工程学院本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 选题的背景、目的及意义1、普通汽车带来的问题汽车自诞生起已有 100 多年历史，其发展速度不断加快，与人们生活的联系越来越紧密。汽车也不再是一个简单的代步和运输工具，它已成为许多人的生活必需品和文化生活的一部分。但同时也面临着来自环境保护、能源短缺、道路交通事故等方面越来越严峻的挑战，并带来了一系列负面效应。汽车的环境公害包括汽车在生产过程中、使用中和报废后的环境大气污染、水质污染、废弃物、环境噪声、电波对人体的危害及对用电器的干扰等。汽车的环境大气污染包括两层含义：其一是汽车排放的CO2、硫化物 SOx、氮氧化物 NOx、氟氯烃等使温室效应加剧、臭氧层破坏和形成酸雨等大气环境问题；其二是汽车排出的 CO、NOx、SOx、未燃碳氢化合物 HC、颗粒物 PM和臭味气体等造成的局部空气污染，进而对人类和动植物产生的危害，与此有关的汽车造成的空气污染大多数人们可以直接感受到，如在机动车道和人行道没有分开的道路上，汽车行驶扬起数米高的尘土、排气的刺鼻臭味、柴油车排出的黑烟等严重地威胁着人们的身体健康。特别是在大城市中，汽车行驶时排出的气体污染物、微粒污染物、蒸发排放物等已成为城市空气污染的主要来源。由此可见，汽车排入大气的有害污染物除使城市空气中的有害污染物增加、产生光化学烟雾和硫酸烟雾外，还导致大气臭氧层破坏、地球温暖化和酸雨的形成等。因此，就目前的情况来看，环境公害是汽车行业面临的最大挑战。汽车面临的挑战之二是能源供应问题。从人类对可持续发展的观点出发，人类应设法减少对有限的石油资源的消耗，并且应积极研究石油资源枯竭后汽车的能源来源。另外随着汽车保有量的增长，石油的供应日趋紧张，汽车研发和制造行业必须加大对汽车新能源的研究和开发的力度。目前世界范围内使用的主要能源有石油、煤、天然气、核能、水能、风能以及可再生能源等。虽然每年都有新的油田、气田的发现，但这些资源都是有限的，总有一天会消耗殆尽。随着世界人口的增加和生活水平的提高，人类对能源需求的增加速度很快，石油资源的枯竭速度正在加剧。我国面临的形势也十分严峻，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。由于进口石油又与石油安全问题密切相关，所以又带来了石油安全问题。据估计，即黑龙江工程学院本科生毕业设计2使在采用先进技术、继续节能、加速可再生能源开发利用以及依靠市场力量优化资源配置的条件下，2010 年世界能源仍短缺 8%，到 2040 年将短缺 24%左右，其中石油短缺额可能多达数亿吨5。随着世界经济的持续增长和世界人口的增加、人民生活水平的提高，人均能源消耗将会高速增加，环境污染会变得更为严重。开发新的替代能源、提高热能转换的效率和节约能源被认为是解决或缓解环境污染和保障能源供给的有效方法。对我国及一些发展中国家而言，汽车保有量远低于发达国家目前的水平。因而汽车保有量将会在较长一段时间内持续高速增长。可以预见，我国在未来对传统的车用燃料的需求将持续大幅度增长。因此，开发不使用传统燃料的代用燃料和电动汽车、降低单位里程的燃料消耗量对缓解环境污染和保障能源供给具有重要的战略意义。由于电动汽车具有突出的优势，特别是在环保方面的优势，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于发电的一切能源。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，使能源的供给得到有效保障。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一2。2、电动汽车的优点近几年来，随着能源危机和环境污染的全球性两大突出问题日益严重，特别是随着电动汽车自身难点的不断解决，使电动汽车具有更多突出的特点1。（1）污染低电动汽车由电力驱动，在行驶中不排放有害气体，即使电动汽车所消耗的电力由使用石油燃料的火力发电厂提供，火力发电厂的大气污染物主要是 NOx，根据电动汽车所消耗电力折算出以火力发电来估计 NOx的排放量，也不到同类型汽油车的 10%。（2）可使用多种能源由于电动汽车使用二次电力能源，它不受石油资源的限制，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化，从而可节省日渐枯竭的石油资源。而且电动车利用夜间大量富裕电力充电，有利于电网均衡负荷，减少了能源浪费，提高了电力系统整体效益。（3）效率高电动汽车的研究表明，此能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车没有怠速损失，在制动时能回收能量，80%以上的电池能量可由电动机转为汽车的动力，电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，黑龙江工程学院本科生毕业设计3电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。即使考虑原油的发电效率，配送电效率，充放电效率等，其最终效率也比内燃机高。（4）噪声低噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。发动机性能是影响汽车噪声、振动的重要因素。传统汽车和电动汽车相比，由动力部分引起的噪声和振动，特别是在加速时，电动机的噪声和振动要比发动机低得多。（5）更有利于智能化由于电动汽车已达到电气化，所以电动汽车系统中更利于采用先进的电子信息技术，提高汽车智能化程度。电动汽车的电动机控制系统，可与各个电子控制系统包括无级变速、防抱死制动系统（ABS） 、制动能量回收系统、安全气囊系统、自动空调系统等相协调，在电动汽车上实现计算机智能控制。3、我国发展城市电动客车的优势目前国外对电动汽车的研究还主要集中在轿车方面，虽然我们也要发展电动轿车，但是根据我国的国情和工业经济基础，优先发展电动城市客车并使之商业化、实用化则更为重要和可行。首先，城市客车相比于轿车来使用路线固定，停靠站点固定，而且有集中的停放场所，便于充电设施的布置，可有效解决充电设施分布广，先期资金投入大的难题20。其次，在我国，城市交通拥堵和汽车尾气排放问题日益严重，公共交通发展越来越受到人们的重视。城市客车的需求量将出现较快增长，优先发展电动城市客车将使我国公交车发展处于世界领先位置，增强国际竞争力，同时也能大大缓解城市交通问题，提高城市环境的和谐性和人们出行的方便性。再次，我国的客车发展已经达到国际先进水平，在此基础上发展电动城市客车要相对来说容易一些。同时，客车车体宽大，布置电动机、蓄电池、燃料电池和相关的设备也比较容易，成本不会太高。对轿车而言，空间有限，对电动机等部件的要求高，成本投入巨大，而且短期内不会有较大的改善。最后，虽然电动城市客车单车的运行成本要比电动轿车的高，但是总的来看运行成本和社会效益比还是优于电动轿车，而且政府和企业也还是可以承受1,2。1.2 国内外电动汽车的现状及发展1、我国电动汽车发展现状我国电动汽车发展始于上世纪九十年代。中科院电工所、上海 811 所、清华大学、上海同济大学、北京理工大学等单位，在“863”计划和“十五”国家科技专项等国黑龙江工程学院本科生毕业设计4家项目的支持下，取得了阶段性的研究成果，培养了一支能力较强的研发队伍，人才储备体系正在日趋完善。目前，我国许多科研机构、高等院校都增设了与电动汽车研发有关的机构和人员，并把电动汽车及相关零部件的研发列为重点课题，这为我国电动汽车产业的发展打下了良好的基础。 近年来，随着全球汽车工业重心开始向中国市场转移，电动汽车的产业化进程明显加快。据不完全统计，目前，我国包括比亚迪、上汽、一汽、东风、北汽、奇瑞、吉利、力帆等在内的整车企业超过 150 家，包括一汽、上汽、宇通等在内的从事混合动力客车研制和生产的厂家就有 30 多家。特别是随着我国电动汽车的制造体系逐步建立，自主创新能力得到较大提升，国内许多企业已开始涉足与电动汽车相关的电池、发动机等关键零部件的研制和生产，技术水平与国际先进水平的差距正在缩小。当前，国际金融危机不断蔓延，各国汽车企业的发展都受到很大影响，企业生存面临着极大挑战。针对这一形势，按照国务院指示，国家发展改革委组织制定了汽车工业调整和振兴规划 ，对我国汽车工业发展进行了全面规划部署，财政部、科技部等部门也制定了节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法 ，推出了“十城千辆”计划等一系列国家行动方案，加大了对电动汽车的政策支持力度。在此激励政策的鼓舞下，国内汽车企业纷纷增加对电动汽车及相关零部件的研发投入，我国电动汽车产业正在进入高速发展的新阶段1。2、国外电动汽车发展状况和趋势新能源汽车主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车、代用燃料汽车等。通常人们所说的电动汽车主要是指混合动力汽车和纯电动汽车。目前，在众多的新能源汽车当中，电动汽车以其优越的使用性能和相对低廉的销售价格，得到了市场的广泛认可和普遍欢迎，日益成为全球汽车工业关注的焦点，展现出良好的发展前景。美国、日本、德国等发达国家电动汽车技术高度重视，从汽车技术变革和产业升级的战略出发，颁布制定了优惠的政策措施，积极促进本国电动汽车产业发展，以期提升本国汽车工业国际竞争力。据不完全统计，到目前为止，发达国家累计用于电动汽车的科研开发和产业化发展的资金已达数十亿美元。凭借雄厚的实力和巨额的资金投入，发达国家的汽车制造商已经在全球汽车工业新一轮竞争中占据了有利地位。特别是以丰田为代表的日本汽车企业，已经在混合动力技术方面掌握了绝对优势，并在北美等国际市场上形成了相当的规模16,17。从全球主要汽车生产厂家的发展计划看，电动汽车的产业化时代正在到来。目前，“低排放”汽车(主要指混合动力汽车)已进入大规模产业化阶段，在全球的累计销量黑龙江工程学院本科生毕业设计5已超过 100 万辆， “零排放”汽车(主要指纯电动汽车)的批量生产时间已提前到 2015年，比原来预计的时间提前了 10 年至 15 年。特别是近年爆发国际金融危机以来，面对严峻形势，发达国家的政府纷纷出台相关政策，加快了电动汽车的发展步伐。据权威部门预测，未来 10 年，将是电动汽车产业格局形成的关键时期，电动汽车将成为拉动经济发展新的增长点2。1.3 本设计的研究内容及预期结果1、针对本研究电动客车的使用条件，选择电动机，通过计算 0-50km/h 加速时间、最大爬坡度、最高车速来验证电动机性能是否满足要求。选择控制策略并对其进行研究。2、通过分析各种蓄电池的性能优缺点和本研究的使用条件，具体选择某型蓄电池来组成蓄电池组作为本研究电动客车的动力源。同时对蓄电池管理系统进行总体设计和研究。3、对整车再生制动的结构、控制策略和控制逻辑进行研究。4、在原车的基础上进行改装，根据原车的实际结构，研究电动机、蓄电池组和控制系统在车辆上的布置。黑龙江工程学院本科生毕业设计6第 2 章 电动汽车电机技术2.1 电动汽车电机的分类及特点电动汽车电动机可分为交流电动机、直流电动机、交/直流两用电动机、控制电动机（包括步进、测速、伺服、自整角等） 、开关磁阻电动机及信号电动机等多种。适用于电力驱动的电动机可分为直流电动机（将直流电能转换为机械能的电动机）和交流电动机（将交流电能转换为机械能的电动机）两大类。目前在电动汽车上已应用的和有应用前景的有直流电动机、交流感应（异步）电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。1、直流电动机直流电动机（DCM）是最早发明的电动机，到现在已经有 100 多年的历史。直流电动机按照励磁方式的不同可以分为：他励、并励、串励、短复励等。直流电动机的优点是：具有优良的电磁转矩控制特性，启动转矩、制动转矩大，易于快速启动、停车；调速比较方便，调速范围宽，易于平滑调速；由于磁场和电枢可以分别控制，因此控制起来比较容易，而且控制性能好；直流电动机制造技术很成熟，驱动系统价格较便宜。直流电动机的缺点是效率较低、质量大、结构较复杂、体积大、价格高、可靠性差等。同时，直流电动机上有电刷和换向器，它们容易磨损，在高速运行时还会产生火花，严重时形成“环火” ，限制了直流电动机的转速提高3，10。2、异步电动机感应电动机（IM）有绕线式和鼠笼式两种类型，其具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等优点，因此得到广泛应用。感应电动机的最大缺点是驱动电路复杂，相对永磁电动机而言，其效率和功率密度偏低，因此有被其它新型永磁电机逐步取代的趋势21。3、永磁无刷电动机永磁无刷直流电动机因为没有碳刷与换向器，所以没有维修与保养的需要；由于采用永磁转子，所以没有励磁损耗的问题。与其他电动机相比其特点有：一是低频转矩大，启动转矩可以达到额定转矩的两倍或更高。二是转速弹性大，运转精度高，并且不受电压与负载变动的影响。三是结构简单牢固、免维修或少维护、运转费用更低，没有保养维修的烦恼。四是永磁无刷直流电动机尺寸小、质量轻，具有很高的功率密黑龙江工程学院本科生毕业设计7度。五是综合效率高，明显高出有刷直流的效率及欧盟 CEMED 效率标准。永磁无刷直流电动机的主要不足是励磁不能控制，因此永磁电动机不能得到类似于绕线直流电动机的工作特性。另外，控制系统较为复杂。4、开关磁阻电动机开关磁阻电动机（SRM）具有高起动转矩、低起动电流；高效率、低损耗、耐温；电动机结构简单，适应于高速运转；功率电路简单；可靠性好；良好的适应性、低成本等优点。但是开关磁阻电动机又有转矩有脉动；振动和噪声较大；驱动控制系统复杂，控制器价格高；在高峰和高峰电流时容易产生电磁兼容性问题等缺点。当前在电动汽车上的应用极少3,21。5、各种电动机的性能比较3表 2.1 各种电动机的性能比较项 目直流电动机异步电动机开关磁阻电动机永磁无刷电动机转速范围（ r/min）4000-600012000-20000150004000-10000功率密度低中较高高功率因数（ %）82-8560-6590-93峰值效率（ %）85-8994-9585-9095-97负荷效率（ %）80-8790-9278-8697-85过载能力（ %）200300-500300-500300恒功率区比例1:51:31:2.25电动机质量重中轻轻电动机外形尺寸大中小小可靠性一般好好优良结构的坚固性差好优良一般控制操作性能最好好好好控制器成本低高一般高2.2 电动汽车对电机性能的要求汽车行驶的特点是频繁地启动、加速、减速、停车等。在低速或爬坡时需要高转矩，在高速行驶时需要低转矩。电动机的转速范围应能满足汽车从零到最大行驶速度的要求，即要求电动机具有高的比功率和功率密度。电动汽车电动机应满足的主要要求可归纳为如下 10 个方面: 1、高电压。在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。工作电压由 THS 的 274 V 提高到THS B 的 500 V;在尺寸不变的条件下，最高功率由 33 kw 提高到 50 kw,最大转矩由黑龙江工程学院本科生毕业设计8350 Nm 提高到 400ONm。可见，应用高电压系统对汽车动力性能的提高极为有利。2、转速高。电动汽车所采用的感应电动机的转速可以达到 8 000 一 12 000 r/min，高转速电动机的体积较小，质量较轻，有利于降低整车的整备质量。3、质量轻，体积小。电动机可通过采用铝合金外壳等途径降低电动机的质量，各种控制装置和冷却系统的材料等也应尽可能选用轻质材料。电动汽车驱动电动机要求有高的比功率(电动机单位质量的输出功率)和在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率，以实现降低车重，延长续驶里程;而工业驱动电动机通常对比功率、效率及成本进行综合考虑，在额定工作点附近对效率进行优化。4、电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩。电动机应具有自动调速功能，以减轻驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适性，并且能够达到与内燃机汽车加速踏板同样的控制响应。5、电动汽车驱动电动机需要有 4 一 5 倍的过载，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求，而工业驱动电动机只要求有 2 倍的过载就可以了。6、电动汽车驱动电动机应具有高的可控性、稳态精度、动态性能，以满足多部电动机协调运行，而工业驱动电动机只要求满足某一种特定的性能。7、电动机应具有高效率、低损耗，并在车辆减速时，可进行制动能量回收。8、电气系统安全性和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。电动汽车的各种动力电池组和电动机的工作电压可以达到 300 V 以上，因此必须装备高压保护设备以保证安全。9、能够在恶劣条件下可靠工作。电动机应具有高的可靠性、耐温和耐潮性，并在运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长期工作。10、结构简单.适合大批量生产，使用维修方便，价格便宜等。2.3 本研究用电动机永磁直流电机控制简单，通过 PWM 的控制，实现无级调速，调速性能优良，因而广泛应用于我国工业控制领域。本研究基于降低研究和开发成本，缩短研究周期的角度，选择包头永磁电机研究所研制的额定功率为 60kw 的 ZYCD 永磁直流电机作为驱动电机。ZYCD 型永磁直流电动车电机是专为电动汽车及混合动力电动汽车研制的驱动电机，该电机的定子采用高性能钕铁硼永磁材料励磁，转子为大气隙结构；具有能量转换效率高且高效区宽广、体积小、重量轻、换向性能好、电刷寿命长等优点，同时还黑龙江工程学院本科生毕业设计9有控制系统简单、成本低、可以降低整车成本的优点，在不少国内研究的电动汽车上都得到了应用。其外型如图 2.1 所示，表 2.2 则给出了电机的主要性能参数。图 2.1 本研究用的永磁直流电机表 2.2 ZYCD 永磁直流电机技术参数电机型号ZYCD-60电源电压 V384额定电压 V350最高电压 V384额定功率kw60最大功率kw100额定转速 rpm2000最大转速 rpm2500额定效率%92最大转矩 N.m1000工作制 minS2-60重量 kg3002.4 电动机性能计算2.4.1 电动车的使用情况及性能选择由于条件的限制，在电动汽车开发时必须提出合理而且恰当的整车动力性能指标，从而能够更好的选择动力电动机和动力蓄电池，及相关的其他设备。以市区使用的电动公交车为例，结合市区道路的特点可以提出电动公交车的动力性能指标如下：最高车速70km/h；050km/h 加速时间25s；最大爬坡度15%7。本课题所选车型为中型客车，载员人数为 61 人，主要用于城市之内的乘客运输工作，这就对车辆的动力性能有较高的要求，具体来说就是最高车速不能太低，一般要求在 7090km/h 之间；同时，车辆要有一定的爬坡能力，爬坡能力不能低于 16%；对加速能力的要求是 050km/h，加速时间不大于 25s。图 2.2 为本研究用的上海申沃客车有限公司生产的 SWB6940HG 型城市客车，表 2.3给出了该车的一些基本参数配置。黑龙江工程学院本科生毕业设计10图 2.2 本研究用的中型城市客车表 2.3 本研究用中型城市客车的基本参数配置型号申沃牌 SWB6940HG整车总质量（含成员）kg13500车长 mm9436车宽 mm2420车高 mm2980轴距 mm4500底盘型号SWB6940HG轮胎规格9.00R20额定载客(含驾驶员)(人)：61/28-37改装后总质量（含乘员，估计）kg145002.4.2 电动汽车的动力性除了特别全新设计的电动汽车以外，现有的电动汽车在外型上与普通的内燃机汽车没有什么区别。它们都是采用通过橡胶轮胎来与地面相接触，相互作用，从而产生驱动力驱动车辆前进，在力学原理上不存在本质的区别。电动汽车在行驶时，由蓄电池组对电动机提供电能，由电动机将电能转换为机械能，用以克服各种阻力，驱动电动汽车行驶。1、电动汽车驱动力电动机发出的扭矩 Te（Nm） ，经过传动系传到驱动轮上，通过与地面的作用转变为驱动力 Ft（N） ，对保留有变速器和主减速器的电动汽车有 Ft 与 Te 的关系式： Ft = riiTTge0（2.1）其中：ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，r为传动系机械效率，r 是车轮的滚动半径（m）11。2、电动汽车行驶方程电动汽车行驶受力如图 2.3 所示。电动汽车在路面上行驶时受到滚动阻力Ff（Nm）和空气阻力 Fw（Nm） ，加速阻力 Fj（Nm）和重力沿道路坡面方向的分力坡道阻力 Fi（Nm） 。黑龙江工程学院本科生毕业设计11图 2.3 电动汽车行驶受力图电动汽车的驱动力要与行驶总阻力平衡，因此有：Ft = Ff+ Fw+ Fi+ Fj （2.2）公式（2.2）又可以具体写为：Ft = Gfcos+ u2a + Gsin+m （2.3）15.21ACDdtdua其中：G 表示车辆总重力（N） ，f 表示滚动阻力系数， 表示坡道与水平面的夹角（） ，CD 表示车辆的空气阻力系数，A 表示车辆的迎风面积（m ） ，ua 表示车辆的行驶速度（km/h） ， 表示汽车旋转质量换算系数，1，m 表示车辆的质量（kg）11。3、电动汽车功率平衡方程电动汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，电动机的功率和电动汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。电动汽车运动所消耗的功率有滚动阻力功率 Pf（kw） 、空气阻力功率 Pw（kw） 、坡道阻力功率 Pi（kw）以及加速阻力功率 Pj（kw） 。这样就得到电动汽车行驶功率平衡方程式11：Pe = (Pf + Pw + Pi + Pj) （2.4）T1经过单位换算整理得电动汽车功率平衡方程式为：Pe = ( ua + ua + u3a + ua) （2.5）T13600cosGf3600sinG76140ACD3600mdtdu2.4.3 电动机校核根据前面所给出的永磁直流电机的技术参数和对电动汽车所作的动力性分析，可以通过对电动汽车的加速时间、最大爬坡度和最高车速等性能指标进行校核是否能达到设计要求，来检验所选电机性能是否满足要求。表 2.4 给出了与校核计算有关的电动汽车传动系的参数。黑龙江工程学院本科生毕业设计12表 2.4 电动汽车传动系相关参数主减速比 i06.2一挡5.568CDA（m ）24.00二挡3.616f0.012三挡2.348r0.496四挡1.525T0.90五挡11.1变速器变速比倒挡5.0111、最高车速要求校核根据设计期望的最高车速（70km/h） ，可以进行电机的最大功率的计算，从而验证所选电动机的功率是否达到要求。在电动汽车以最大车速行驶时，没有加速度，也就没有加速阻力，也可以忽略坡道阻力，公式（2.5）可以化为：Pemax = （uemax + uemax3） (2.6)T13600gfma76140ACD相关参数由表 2.2、表 2.3 和表 2.4 给出，其中 T = 0.90， ma = 14500kg, f = 0.012, uamax = 70km/h, CDA = 4.00m2Pemax = ( ) = 56.879 . 01703600012. 08 . 914500370761404经计算，要达到最高车速 70km/h 所需的功率为 56.87kw，小于所选电动机的60kw 的额定功率，所以电动机功率满足要求。2、加速时间要求校核在平直路面上，坡道阻力等于 0，滚动阻力中的 cos 等于 1，电动汽车由静止加速到 u0的加速度可由公式（2.3）推导有： = （Ft- Gf - u2a） (2.7)dtduam115.21ACD则加速时间可由下式计算：t = dua = dua (2.8)6 . 3100uadudt6 . 3100215.21uaDtuACGfFm在通常情况下，起步加速时车速较低，空气阻力可以忽略不记，所以又可以写为 t = dua = dua (2.9)6 . 3100uadudt6 . 3100utGfFm黑龙江工程学院本科生毕业设计13为了提高电动汽车的加速能力，对电动机采用恒转矩控制即电动汽车以 1000Nm 最大转矩加速。相关参数由表 2.2、表 2.3 和表 2.4 给出，其中 = 1.1， m = 14500kg, f = 0.012t = dua = 17008 . 914500145001 . 16 . 31utF经计算，本研究电动汽车 0 至 50 km/h 加速时间为 17 s，从而加速能力满足要求。由公式（2.3）可以推导出爬坡度计算公式sin=（Ft- Gfcos-u2a-m） （2.10）G115.21ACDdtdua在计算最大爬坡度的时候，空气阻力可以忽略不记，加速阻力忽略不记，则公式（2.10）可以化为： sin= - f cos (2.11)GFt让电机采用恒最大转矩 1000Nm 驱动电动汽车爬坡，相关参数由表 2.2、表 2.3 和表 2.4 给出，其中 G = mg, m = 14500kg, g = 9.8, f = 0.012sin = - 0.012 cos = 238 . 914500tF经计算得电动汽车最大爬坡度为 23%，爬坡能力也满足要求。通过以上计算可以看出所选电动机满足电动汽车性能要求。2.5 电动机驱动控制策略2.5.1 电动汽车的电机驱动控制策略分析理想的车辆驱动应用场合下原动机的输出特性为恒功率特性，即 T=const，但实际上当 0 时不可能达到 T，因此，在工程可实现的范围内，理想的车辆原动机的输出特性，即在低速时为恒转矩特性，在高速时则为恒功率特性。对于传统的燃油汽车，内燃机以其热效率高、重量小、体积紧凑的特点，在传统车辆驱动中占据统治地位。内燃机在其主要工作转速范围内，为近似的恒力矩特性，且高效率工作的转速范围较窄。为适应车辆行驶的不同驱动力的要求，由内燃机车辆传动系中的离合器、 变速器实现对内燃机输出转矩、转速的再分配。以汽车为例，驾驶者主要的控制输入是对加速踏板(俗称油门)的操作，由此汽车的发动机控制系统通过调节发动机的燃油喷射、节气门的开度和点火时刻 (如车辆有黑龙江工程学院本科生毕业设计14自动变速系统，还相应地自动换档，调节变速器的传动比)，调整车辆驱动特性以响应驾驶者的操作。一般内燃机汽车的变速器有 46 档，在不同变速档位下，相应的加速踏板踏位控制下的驱动特性。可见，在行驶阻力不变条件下，不同的踏板踏位对应于不同的行驶车速;在行驶车速不变的条件下，不同的踏板踏位对应不同的驱动力矩。换句话说，在任意档位下，加速踏板踏位的变化，必导致行驶状态的变化。对于电动车辆，一般继承己被人们接受的传统内燃机车辆踏板式或手柄式的控制方式，对驾驶者的驱动意识，也应具有与传统内燃机车辆一致或更优良的驱动响应。因此，对电动汽车，尤其是对取消了传统车辆传动系统的轮式驱动方式，更需作细致的深入分析和比较，以确定与之相匹配的电机控制策略。2.5.2 本研究电动机用驱动控制策略对于永磁直流电机驱动系统，一般可以采用电压控制、电流控制和转速控制等三种控制方法。为了能够更好的与普通内燃机的驾驶特性相同，本研究采用电流控制的控制策略，也就是转矩控制方式。电子油门踏板的变化对应于电动机的输出力矩，在稳定时则对应于电动机的输出转速。在行驶中，驾驶员通过控制电枢电流的大小来调节电动机的输出转矩，使输出转矩跟随车辆需求转矩的变化，完成对车速的控制。如果把驾驶员也看成是控制环节，那么驾驶员对车速的调节也就构成了一个转速闭环控制，与电流的闭环控制一起组成对永磁直流电动机的双闭环控制。2.5.3 电机电流控制研究1、永磁直流电动机的特性永磁直流电动机基本方程直流电机在电动运行时的基本方程（忽略电刷的压降）为：E = CenUd0 = E + IdRTe = CTId（2.12）其中：E 为电动机反电动势（V），Ce 为电动机在额定磁通下电动势转速比（V/(r/min)），n 为电动机转速（r/min），Ud0 为电动机输入端电压（V），Id 为电枢电流（A），R 为电动机电枢回路电阻（），Te 为电动机输出的电磁转矩（Nm），CT 为电动机在额定磁通下的转矩转速比（Nm/(r/min)），CT = Ce12。260黑龙江工程学院本科生毕业设计15永磁直流电动机机械特性当电动机电枢两端加恒定电压（Ud0=常数）时，电动机转速随电磁转矩变化的关系n=f(Te)，称为直流电动机的机械特性。其表达式为：n = - Te edCU0TeaCCRR （2.13）其中Ra（）为电枢回路串联电阻, 特性图如图2.4 所示13。 neT0U1 U2 U3U1U2U3图2.4 永磁直流电动机机械特性图由图2.4 可以知道，电动机转速随着电磁转矩的增大而减小。永磁直流电动机转矩特性在端电压Ud0 一定的情况下稳态运行时，永磁直流电动机的电磁转矩Te 随电枢电流Id 变化而变化的特性称为转矩特性，即Te=f(Id)，如图2.5 所示13。其表达式为： Te = Id CT （2.14）黑龙江工程学院本科生毕业设计16图2.5 永磁直流电动机转矩特性图从图2.5 可以看出，改变电枢电流的大小可以很好的实现对电磁转矩的调节。永磁直流电动机效率特性在端电压Ud0 恒定的情况下，永磁直流电动机的效率 随电枢电流Id 变化的特性称为效率特性，即=f(Id)，如图2.6 所示。其计算表达式为：=100% =(1-)100% (2.15)12PP1PP其中，P1为电动机输入功率，P2为电动机的输出功率，P为各项损耗功率13。 图2.6 永磁直流电动机效率特性图2、本研究电动机驱动控制系统本研究的电动机控制系统框图如图2.7 所示。加速踏板和制动踏板的控制信号被送入主控制器，与电枢电流的反馈电压信号相比较，然后主控制器输出控制电压Ui，通过PI 调节器和PWM 功率变换器来完成对电动机的调速。PI 调节器PWM 功率变换器M蓄电池组电枢电流负反馈加速踏板控制信号制动踏板控制信号主控制器图2.7 永磁直流电动机控制系统框图电流PI 调节在闭环调速系统中，常常会遇到动态稳定性和静态稳定性问题，这就需要有校正黑龙江工程学院本科生毕业设计17装置。对电动机驱动控制系统进行串联校正可以采用比例微分（PD）、比例积分（PI）和比例微积分（PID）。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，采用PI 调节器就能很好的满足校正任务。PWM 变换器在电动机控制系统中，控制电压信号改变时，PWM 变换器的输出电压并不能立即发生改变，必须要到下一个方波周期才能改变，可以将PWM 变换器看成是一个滞后环节，它的延时时间最大不会超过一个开关周期Ts。2.6 本章小结 总之，电动汽车驱动电机总的发展趋势是由通用走向专用，由直流走向交流。电动机作为电机驱动系统的动力源，是电动汽车动力系统的核心，已成为电动汽车发展的瓶颈。相信随着电机技术、电力电子技术、微电子技术、自控技术的飞速发展和更加完美的结合，电动车用电机必将发展成为可靠、易维护、低成本、高效率、宽调速、高功率密度和高集成度的智能电机。黑龙江工程学院本科生毕业设计18第 3 章 蓄电池技术及其管理系统设计3.1 蓄电池的分类及特点1、铅酸蓄电池电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语：Lead-acid battery 荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。其特点如下：（1）完全密封。在正常操作中，电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。 （2）没有自由酸。特殊的吸液隔板将酸保持在内，电池内部没有自由酸液，因此电池可放置在任意位置。（3）泄气系统。电池内压超出正常水平后，VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池”的缩写)电池会放出多余气体并自动重新密封，保证电池内没有多余气体。 （4）维护简单。由于独一无二的气体复合系统使产生的气体转化成水，在使用VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池”的缩写)电池的过程中不需要加水。 （5）使用寿命长。采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板 VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池”的缩写)电池可浮充使用 10-15 年。 （6）质量稳定，可靠性高。采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统，VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery 即“阀控式密封铅酸蓄电池”的缩写)电池的质量稳定，性能可靠。电压、容量和密封在线上进行 100%检验。2、镍 氢蓄电池镍 氢（Ni H2）电池亦称氢 镍（H2- Ni）电池。常见的镍 氢蓄电池是高压镍 氢电池。高压氢 镍电池是 20 世纪 70 年代初由美国 M.Klein 和F.Stockel 等首先研制的，单体电池氢电极为负级，镍电极为正极，在氢电极和镍电极间夹有一层 KOH 电解质溶液（20时，密度为 1.30gcm-3）的石棉膜。氢电极是用活性炭作载体，聚四氟乙烯（PTFE）粘结式多孔气体扩散电极，它由含铂催化剂的催化层、多孔聚四氟乙烯防水层组成。镍电极可以用压制的 Ni(OH)2电极。高压镍 氢电池的优点主要是比能量较高、寿命长、耐过充过放以及可以通过黑龙江工程学院本科生毕业设计19氢压来指示电池荷点状态等。主要缺点为：容器需要耐高压，一般充电后氢压达35MPa,这就需要用较重耐压容器，降低了电池的体积比能量及质量比能量；自放电较大；不能漏气，否则电池容量减小，并且容易发生爆炸事故；成本高；能量密度低。因此，目前研制的高压氢 镍电池主要是应用于空间技术6,22。3、镍 镉蓄电池镍 镉（NiCd）亦称镉镍 CdNi7 电池于 1898 年由瑞典尤格尔（W.jungner）发明，已有 100 多年历史。在 20 世纪前 50 年研制生产的是极板（或袋式）电池，从 20 世纪 50 年代开始研制生产烧结式电池，从 20 世纪 60 年代研制生产密封式电池。电动汽车用 NiCd 电池应采用密封和全密封结构的电池。密封 NiCd 电池指液体密封或称液密、半密封电池。这种电池允许任意姿态使用，不会有电液溢出，形状有圆柱形、扁形（扣式） 。全密封结构的电池有圆柱形和方形两种。NiCd 电池的主要特点是容易充电、寿命长、维护方便，可以制成无需维护的密封和全密封结构的电池。缺点是镉对环境的污染较大，开路电压低，维护不当易报废，这些都限制了电池的大规模使用，预期有被淘汰的可能6。4、锂离子蓄电池锂离子蓄电池是在二次锂电池技术的基础上发展起来的一种全新概念的蓄电池。该类电池不仅保持了二次锂电池的优点，而且较好地克服了二次锂电池的缺点，循环寿命长，电池容量高，安全性好，是一类具有很大开发价值的蓄电池。锂离子电池的优点主要有 6 方面：（1）能量密度高。与同等容量的 Ni Cd 或 Ni MH 电池相比，锂离子电池的重量轻，其能量密度是这两类电池的 1.52 倍。（2）电压高。锂离子电池的端电压高达 3.7V，是 Ni Cd 或 Ni MH 电池电压的 3 倍。（3）无污染，环保型。（4）循环寿命长。寿命超过 1000 次。（5）负载能力大。锂离子电池可以大电流连续放电，适合于动力电源。（6）安全性好。由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性6,22。5、空气电池锌 空气电池的特点黑龙江工程学院本科生毕业设计20（1）比能量大。锌空气电池的理论比能量可达 1350Whkg-1,但锌空气电池的实际比能量仅为 180230 Whkg-1，仍然是铅酸电池的 4.35 5.5 倍。能量密度达 230 WhL-1，也是铅酸电池的 2 3 倍。采用锌空气电池后，电动汽车能够明显地增加续驶里程。（2）采用机械充电模式，弥补了蓄电池充电时间长的不足。（3）性能稳定。锌空气电池具有良好的一致性，没有其他类型电池充电和放电不均匀现象。允许深度放电，电池的容量不受放电强度和温度的影响。能在 -20 80的温度范围内正常工作。锌空气电池可以完全实现密封免维护，便于电池组能量的管理。（4）安全性好。锌空气电池能够有效地防止因泄漏、短路引起的起火或爆炸。锌没有腐蚀作用，可以完全实现密封免维护，对人体不会造成伤害和危险。（5）锌可以回收利用、制造成本低。锌的来源丰富，生产成本较低。回收再生方便，且成本也较低，可以建立废电池回收再生工厂。锌在循环使用过程中，不会污染环境。锌空气电池应用中存在的主要问题是：结构复杂，电池效率低，空气极和电解液的管理难度大6。铝 空气电池的特点（1）比能量大。铝空气电池的理论比能量可达 8100 Whkg-1，目前的铝空气电池的实际比能量只达到 350 Whkg-1，但也是铅酸电池的 7 8 倍、锂电池的 2.3倍，采用铝空气电池后，能够明显提高电动汽车的续驶里程。（2）可采用机械充电模式。（3）质量轻。电池质量大幅度减小，可使电动汽车的整备质量降低，电动汽车的续驶里程延长。（4）铝没有毒性和危险性。铝对人体不会造成伤害。铝还可以回收循环使用，不污染环境。铝的原材料丰富，已具有大规模的铝冶炼厂，生产成本较低。铝回收再生方便，回收再生成本也较低，可以采用更换铝电极的方法解决铝空气电池充电较慢的问题。虽然铝空气电池含有高的比能量，但比功率较低，充电和放电速度比较缓慢，电压滞后，自放电率较大，还需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热问题。铝空气电池应用中需解决的主要问题是：结构复杂，工作过程起泡，空气极寿命短，电池效率低，需 CO2清除剂，铝成本高。由于铝不可能在水溶液中重新电沉积到电极上，因此，不能像一般的蓄电池那样充电，只能采用更换电极的机械充电模式6。黑龙江工程学院本科生毕业设计21所以，铝 空气电池很少用于生活中，空气电池部分只考虑锌 空气电池。表 3.1 给出以上几种蓄电池的性能参数表 3.1 各种蓄电池性能参数14比能量Wh/kg能量密度Wh/L比功率W/kg循环寿命次价格美元/kWhLead-Acid30-5060-100200-400400-600120-150Ni-Cd40-5080-100150-350800-2000300-350Ni-H250-70100-140150-300800-2000150-200Zn/Air180-230230105NA100Li-Ion120-140240-280200-3001200150-1803.2 蓄电池存在的问题1、能量密度低由于电池的质量能量密度和体积能量密度都很低，与汽油和柴油相比有较大的差距，造成了电动汽车的运行效率较低，同时也限制了电动汽车的动力性能。2、快速充电能力差，充电耗费时间长目前的蓄电池充电时间都较长，一般情况下充电需 1012 小时，就算使用快速充电也远远达不到内燃机汽车加油的速度。这就使得电动汽车的使用效率较低，推广使用难度大。3、蓄电池价格昂贵目前的动力蓄电池的价格一直居高不下，整个动力蓄电池组的价格占整个电动汽车成本的很大一部分，这使得目前电动汽车在价格方面对内燃机汽车不具备竞争优势。4、汽车附属设备使用受到限制由于动力蓄电池的性能限制，电动汽车的能量很宝贵，不能随便浪费，这就要对车载用电设备进行较严格的要求，避免影响电动汽车的基本性能。正因为存在这些问题和不足，同时又不能在短时间内得到解决，所以对蓄电池的管理就显得很重要。3.3 本研究用蓄电池1、本研究用铅酸蓄电池图 3.1 为本研究纯电动中型城市客车所选用的 12V-110Ah 铅酸蓄电池，由广州某公司生产，技术参数见下表 3.2。蓄电池组总电压为 288V，总容量为 110Ah。黑龙江工程学院本科生毕业设计22图 3.1 本研究用铅酸蓄电池表 3.2 本研究用铅酸蓄电池的基本参数型号6-DA-110电压 V12额定容量 Ah110单体质量 kg30通过计算车辆在平直路面上匀速行驶的续驶里程来检查所选蓄电池容量是否满足要求。车辆运行时的电量消耗率 a（A h / km）可由下式计算： = 1000 （3.1）aaUuP其中：U 为蓄电池组总电压。则续驶里程 s（km）为s = （3.2）aC其中：C 为蓄电池总容量。由公式（3.1）和（3.2）可以得本车的续驶里程图，如图 3.2 所示。本车以40km/h 的速度匀速行驶时，续驶里程为 99.8km，可以满足使用要求 图 3.2 续驶里程图黑龙江工程学院本科生毕业设计232、铅酸蓄电池放电特性本课题组利用饶线电位器，对该型蓄电池进行了 30A、40A、50A、60A 四个电流值的恒流放电特性试验，结果如下：图 3.3 蓄电池 30A（左）和 40A（右）放电曲线 图 3.4 蓄电池 50A（左）和 60A（右）放电曲线从图 3.3 和图 3.4 中可以看出，蓄电池以不同的放电率进行放电时，放电时间长短不一样：放电电流越大，放电时间越短，容量越小；反之则放电时间越长，容量越大。3.4 蓄电池管理系统总体设计1、蓄电池管理系统功能及结构蓄电池管理系统的作用就是用来对蓄电池组的使用进行全面管理，它是电动汽车上一个重要而基本的组成部分。其主要功能包括：（1）检测电池电压、电路电流、电池温度等参数；（2）对检测数据进行处理分析，通过显示器显示；（3）对蓄电池组进行均衡充放电管理；（4）计算剩余容量，提供续驶里程参考值；（5）对制动能量回收进行管理；（6）对电池的异常情况进行报警；（7）提供安全保护。蓄电池管理系统结构如图 3.5 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计24电流检测模块 主控机均衡充放电模块电压、温度测试模块显示模块图 3.5 蓄电池管理系统结构示意图2、各模块功能（1）主控机主控机根据检测模块检测到的蓄电池组的各种数据信号来对蓄电池组进行管理，防止过流放电（放电电流大于最大允许放电电流）和欠压放电（放电过程中蓄电池电压低于截止电压） 、防止过流充电（充电电流高于允许的最大充电电流）和过电压充电（充电电压高于蓄电池的发泡电压） ，控制均衡充放电模块进行蓄电池组的均衡充放电，保持蓄电池组性能一致性。同时，主控机还要计算剩余容量值和给出续驶里程数，对蓄电池状态进行监控，发现有异常的单体电池及时报警和处理。（2）检测模块检测模块的功能就是为蓄电池管理提供与之相关的蓄电池的参数数据，其中包括了电路电压检测、电池电流检测和温度检测。（3）均衡充放电模块均衡充放电模块的功能就是实现各单体蓄电池之间性能的一致性，延长蓄电池组的使用寿命，维持其性能的稳定。（4）显示模块显示模块的功能包括了蓄电池电流、电压、温度的显示，SOC 值和续驶里程数显示以及各种提示和报警显示。3、主控机的选择及介绍主控机采用研华公司的 UNO-2052 嵌入式计算机，该产品实时操作系统技术，提供 Windows CE.Net 既有解决方案，支持大部分网络接口，具有开放结构、丰富扩展功能、无风扇和无盘设计的特点，是工业级应用的理想平台。主要特点15：（1）内嵌 GX1-300 MHz 处理器, 64 MB/128 MB RAM；（2）1 个 10/100 Base-TRJ-45 端口和 1 个 USB 端口；（3）支持 UNO hdd 扩展配件；黑龙江工程学院本科生毕业设计25（4）双 CAN 总线和一个标准 RS-232 接口；（5）4 通道隔离 I/O 口；（6）2 路热电偶输入；图 3.6 为主控机的主界面和蓄电池信息界面。图 3.6 主控机主界面（左）和蓄电池信息界面（右）4、蓄电池组检测方法目前对蓄电池组的检测方法主要有整组检测和单体检测两种。整组检测的检测方法相对简单。但是如果只对整组蓄电池进行检测，很难发现其中单体电池的缓慢变化，包括单体电池本身的老化和因为单体蓄电池一致性问题而带来的积累效应。整组检测无法检测单体蓄电池的性能及蓄电池组的实际容量，也就无法快速准确的找出其中已经性能衰退的蓄电池。实用的方法是检测每一个单体电池。目前采用的主要是集中检测和分布检测两种方法。集中检测法是用一套检测电路分时检测各个单体电池。检测技术比较直观，为了检测每只蓄电池的电压，需要将每只蓄电池的电压信号引入检测设备，采用多通道切换的技术，即通过开关器件(继电器)把多节单体蓄电池的电压信号切换到同一个差分放大器，经信号处理后用一只 A/D 转换器进行采样。集中检测法的缺点：需要引出较多的导线，容易发生短路或破损，影响蓄电池组的安全；接线难度和复杂度较大；引线较长，不仅容易引入干扰，较大的线阻也会影响测量精度。分布式检测技术，就是将单体电池电压及温度的检测模块化、本地化，然后通过一定的传输手段将这些检测模块检测到的数据集中起来，统一处理。分布式检测连线简单、性能可靠，容易实现较高的测量精度。但检测模块的功耗不能大，否则将增加蓄电池的“负担” ；由于检测模块直接从被测电池上持续取电，不利于节能和安全；当电池较多时，模块数量也多，使得成本和复杂度提高，并且要求通信总线有较高的带载能力8,23。本研究使用集中/分布式的检测方法。该方法将全部 24 块蓄电池分成 12 个小组，每组 2 块蓄电池，每个小组用一个电压温度检测模块进行集中检测，电流则 24 块蓄电池共用一个电流检测模块，这样整个系统由 13 个分布检测模块通过 CAN 总线连接而成。集中/分布式检测除了具有前集中检测和分布检测的优点之外，还具有增加搭黑龙江工程学院本科生毕业设计26建系统的灵活性和扩展性、提高系统的可靠性和性价比等优点。3.5 各检测模块基本设计3.5.1 电压温度检测模块设计1、电路电压检测通过电容的充放电特性进行电压的采集。将电容与蓄电池并联，电容充当一个中间桥梁的作用，利用其可以存储电能的特性，从蓄电池上得到电压值，再通过 A/D 转换器最终完成蓄电池电压的采集8。因为 MCUP87C591 的工作电压为 5V，A/D 转换电压不能超过 5V，而单体铅酸蓄电池的电压为 1115V，所以要把检测电压降到 5V 以下。本研究采用分压原理，即串联两个电阻 R1 和 R2，R1=2 R2，将 Cf 与 R2 并联，这样就可以使 Cf 的电压降到 5V 以下。 2、电池温度检测通过温度芯片 DS18B20 进行温度采集，DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，数据传输接口为 1-wire 总线，温度测量范围为-55125；内部有温度上、下报警设置；不需要外部元器件即可实现测温，适用于远距离多点温度测量系统。图 3.7 为 DS18B20 的示意图。图 3.7 DS18B20 示意图3、CAN 接口设计因为作为 MCU 的 P87C591 内部集成了 CAN 通信控制器，所以不需再外接 CAN 控制器了。CAN 总线驱动器采用 82C250，它是 CAN 控制器和物理总线的接口，提供对总线的发送和接收功能。为了增强 CAN 通信的抗干扰能力，CANTX1 和 CANTX2 并不是直接与 82C250 的 TXD 和 RXD 相连，而是设计了光耦隔离电路，选用的是光耦6N137。P87C591 通过光耦 6N137 和驱动器 82C250 实现数据的接收和发送通信任务8。黑龙江工程学院本科生毕业设计274、MCU 工作流程设计电压温度检测模块的 MCU 选用 P87C591，它管理蓄电池电压、温度的检测，数据预处理和向主控机传送数据。MCU 主流程图如图 3.8 所示8。上电初始化后，MCU 处于查询状态，当查询到CAN 数据到来后，先判断 CAN 送来的主控机指令地址是否是自己的，如果不是，则不处理；如果是，则先读取温度传感器的数据，然后将 K1 合上，等待 10 毫秒，断开 K1，再合上 K2，然后从 A/D 口读取电压数据，之后断开 K2，进行数据预处理，然后将温度数据和电压数据封装，通过 CAN 发送给主控机，最后返回继续等待下一个工作循环。初始化查询 CAN 数据合上 K1延时 10ms断开 K1，合上 K2读取 A/D 数据断开 K2数据预处理数据封装CAN 发送数据等待确认图 3.8 MCU 主流程图3.5.2 电流检测模块设计1、传感器选择及检测原理黑龙江工程学院本科生毕业设计28蓄电池电流的检测通过电流传感器来完成。由于磁平衡式电压输出型传感器具有性能稳定、工耗小、与被测电流没有电接触等优点，所以选用该类电流传感器。本研究具体选用的是南京某公司生产的 TBC300E 型传感器，结构如图 3.9 所示，其主要性能参数见表 3.3。表 3.3 电流传感器主要参数额定输入输出电源电压精度线性度响应时间 290A 4V 15V0.5% 0.1% 1s图 3.9 电流传感器机构图电流检测原理，即电流传感器将主电源回路电流信号转换为电压信号送给 A/D 转换器，A/D 转换器将输入的模拟电压信号转换为 8 位二进制数字信号送 MCU，MCU 进行数据预处理，再通过 CAN 发送给主控机。2、MCU 工作流程设计MCU 的工作流程如图 3.10 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计29开始CAN 查询读 A/D 数据数据预处理数据封装CAN 数据发送等待确认图 3.10 MCU 工作流程图首先查询 CAN 总线是否有主控机发送来的采样控制命令，如果有采样命令的话读 A/D 数据，进行数据预处理和封装，接着通过 CAN 发送数据给主控机，最后再返回 CAN 查询等待。3.6 蓄电池组的均衡充放电设计1、双向无损均衡原理双向无损均衡充放电方案结构原理如图 3.11（A）所示，每个蓄电池均衡分流电路均由两个场效应管 Q、两个二极管 D 和一个储能元件电感 L 组成。(B)图画出的是三块电池串连时的电路连接情形。以放电为例，假设在均衡电路 1 中两蓄电池电压出现不均衡，假设 V B1V B2，则 Q11 导通，电池 B1 向电感 L1 充电，当 Q11 截止时，L1 为了续流，与 B2、D12 构成回路，电感中储存的能量就转移到 B2 中，实现了能量从 B1 到 B2 的转移。同理如果 VB1VB2，则通过 Q12 的通断来实现能量从 B2 到 B1 的转移，即该电路是一种能量双向传递的均衡装置。尽管能量只在相邻电池间传递，由于能量的传递趋势总是由电压高的电池传递到电压低的电池上，因而最终实现整组电池的均衡。充电时，原理与放电时基本相同18。黑龙江工程学院本科生毕业设计30 图 3.11 双向无损均衡充放电原理图2、模块设计要延长电池组的使用寿命，在使用过程中应使所有的单体电池均保持在同样的荷电状态，而蓄电池的电压是蓄电池组不一致性最为直观也最容易测量的表现形式，所以，均衡充放电设计就是在使用过程中尽量使各蓄电池电压保持相同。本研究采用的就是以电压为比较参数，通过单片机的控制，实现电压高的蓄电池把能量直接传递给电压低的蓄电池。均衡模块的原理，即均衡电路用于实现相邻两蓄电池间的能量平衡；蓄电池电压温度检测模块对蓄电池电压、温度进行实时采集，送给单片机，以便对蓄电池进行实时监控；单片机在监测蓄电池状态的同时还对均衡电路进行控制，一旦发现蓄电池间有电压差，即给相应的场效应管送出触发脉冲，使其导通，电压高的蓄电池给电感充电，场效应管截止时，电感储存的能量给电压低的蓄电池补充充电。3、均衡充放电管理流程设计均衡充放电流程图如图 3.12 所示，首先检查是否有蓄电池在被补充，如果有又要看补充周期到了没有，没有到则均衡充放电管理结束；如果补充周期到了，则断开充电电路，开始采样各个蓄电池的电压，判断相邻两个蓄电池之间是否有电压差，如果有则开启均衡充放电电路进行均衡工作并同时返回继续检查各蓄电池电压，直到所有蓄电池电压一致后退出均衡管理。黑龙江工程学院本科生毕业设计31均衡充放电处理是否有电池被补充采集各电池电压两电池有压差均衡充放电管理结束补充周期到否断开辅助充电开启均衡充放电电路图 3.12 均衡充放电流程图3.7 本章小结通过本章了解了各种电动车用蓄电池的优缺点，由于现有的蓄电池都存在着不同的不足，这些不足直接影响到蓄电池在电动汽车上的使用，为了使蓄电池组的性能能够得到尽可能的发挥出来，蓄电池管理系统也就成为了电动汽车上一个关键的组成部分。今后，我们在蓄电池的技术上一定会有更大的发展的。黑龙江工程学院本科生毕业设计32第 4 章 电动汽车能量回收及再生制动系统4.1 制动模式与能量的分析电动汽车制动的方法可分为机械制动和电气制动两大类。制动方式应考虑机械制动与电气制动的结合，尽可能多的用回馈发电方式取代机械式制动。当电动汽车高速行驶时，其驱动电机一般是在恒功率状态下运行，驱动力矩与驱动电机的转速或车辆速度成反比因此，恒功率下电机的转速越高，能量回收能力越低当电动汽车中低速时。由于制动能量回收的力矩通常保持在负荷状态，所以能量的回收能力随着车速降低而减小通过能量回馈，既可减少机械制动系统的损耗，又能提高整车能量的使用效率，达到节约能源和改善续驶里程的目的。如下图所示：充电系统电池逆变及电机驱动系统电动机发电机回馈发电控制系统刹车制动高速运行中低速运行下长坡运行 . . . 图 41 电动汽车能量应用模式电动汽车制动可分为三种，对不同情况应用不同控制策略。(1)紧急制动：应用于制动加速度大的过程，出于安全性考虑，应以机械制动为主，由车上的 ABS 提供相应的制动。(2)中轻度制动：应用于汽车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程电制动完成减速过程，机械制动完成停止过程。两种制动的过渡点由电机发电特性确定应避免充电电流过大，或充电时间过长（3）下长坡时制动：应用于制动力要求不大时，可完全由电制动提供，充电特点为回馈电流小，充电时间长在电动汽车上，并非所有机械能或制动能量都可再生，制动力从地面与轮胎表面传送到车轮与半轴。然后由再生错 4 动控制进行制动力的分配，决定前后轮摩擦制动和再生制动的多少。只有驱动轮上的制动能量可沿着与之相连接的驱动轴传送到能量存储系统，另一部分的制动能量将由车轮上的摩擦制动而以热的形式散失到大气中。同时，在制动能量回收的过程中，能量传送环节和能量存储系统的各部件也会造成能黑龙江工程学院本科生毕业设计33量损失。在再生制动时，制动能量通过电动机转化为电能，而电动机吸收制动能量的能力依赖于电机速度，在其速度范围内制动时，可再生的能量与速度成正比当所需的制动能量超出能量回收系统的范围时，电机可吸收的能量将保持不变超出的这部分能量就被摩擦制动系统吸收故传统的摩擦制动也是必须的，只有将再生制动与摩擦制动有效结合，才有可能产生一个高效的制动系统表 4.1 电动汽车能量回馈控制方式方式方式 l方式 2方法描述根据制动踏板行程、制动液压、车速等作用的控制方式手动挡位启用，停止能量回馈的控制方式传感器输入信号制动踏板行程信号、主制动油缸液压信号、车速信号手动挡位信号，车速信号影响参致蓄电池 SOC 水平，电压、温度、电机状态等蓄电池 SOC 水平、电压、温度、电机状态等适用工况车辆制动工况车辆滑动工况硬件要求加装制动路板行程传感器，主制动油缸液压传感器增加手动挡位控制方法根据制动踏板行程传感器、制动油缸渡压传感器信号判断制动力总需求，通过对能量回馈辅助制动力矩与机械制动力矩的合理分配，可使过渡柔和。但系统复杂由驾驶员手动启用，停止滑行能量回馈充电，能量回馈辅助制动力矩大小，充电电流的强度根据车速、动力蓄电池SOC 状态等因素而作用在图 4.2 中，制动踏板提供制动信号，信号传递到整车控制模块，整车模块根据车辆运行状况及其它控制模块的状态，决定是否进行制动能量回馈，并分配能量回馈辅助制动力矩的大小。车辆在高速滑行或下坡滑行时，具有极大的动能，许多情况下驾驶员都会通过踩下制动踏板对车辆实现机械制动，达到缩短滑行距离或限制车速的目的，但这部分动能以热量的形式被散失掉了采用图 4-2 所示的控制方式，还可方便地实现车辆处于滑行状态时的滑行能量回馈。因此，图 4-2 控制方式同时具备目前电动汽车能量回馈的两种控制方式的功能，通用性较强。控制机构简单，对常规汽车的制动系统无需改动，实施方便，可普遍适用于各类电动汽车。黑龙江工程学院本科生毕业设计34加速踏板位置整车控制模块高压电自动断路控制器助力蓄电池管理模块动力蓄电池组制动信号车速信号机械制动控制模块电动机/发电机驱动轮图 42 基于常规汽车制动系统的能量回馈控制方式4.2 再生制动能量回收的重要性电动汽车作为一个能量系统，主要包括能量存储系统、主驱动系统、辅助电器系统能量存储系统除各种电池组以外，还可能包括超级电容等储能设备。主驱动系统是主要能耗系统，也是电动汽车行驶的动力传递途径有电池内阻损耗、机械摩擦损耗、电器部件损耗以及制动损耗等辅助电器系统包括转向助力油泵、空调系统、灯光等低压电器制动能量回馈由车轮转速的变化经差速器传递到变速箱，再让电机把机械能转化为电能回馈电源组方式如下：车轮/载荷差速器变速器电动机蓄电池组图 4.3 回馈能量传递路径在能耗中，主驱动系统占大部分，这种关系是在电动汽车的行驶过程中，随着使用时间的增加，逐步增加到基本稳定的过程。电动汽车的驱动效率在车辆行驶初期，需要完成电池预热，气路补气，达到良好润滑等工作，即车辆进入良好工作状态需要消耗一部分能量考虑到电动汽车的再生制动，由于车辆的初速度、制动强度、制动时间不同，可以回收的能量也呈现很大离散性。4.3 制动能量回收的约束条件实用的能量回收系统，要满足以下方面的要求1、满足制动的安全要求，符合驾驶时的制动习惯制动过程中，对安全的要求是第一位的。我们需要找到电制动和机械制动的最佳结合点在确保安全的前提下，尽可能多的回收能量。同时充分考虑电动汽车的驾驶员和乘客的感受，具有能量回收系统的电动汽车的制动过程应尽可能的与传统的制动黑龙江工程学院本科生毕业设计35过程近似，这将保证在实际应用中系统可以为大众所接受。2、考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力电动汽车中常用的是永磁直流电机和感应异步电机，应针对不同的电机的发电效率特性，采取相应的控制手段3、确保电池组在充电过程中的安全，防止过充电动汽车中常用的电池为镍氢电池、锂电池和铅酸电池应深入考察不同电池的充放电特性避免充电电流过大或充电时间过长由以上分析，能量回收的约束条件包括：(1)根据电池放电深度，即电池的荷电状态 SOC(State Of Chargc)的不同，电池可接收的最大充电电流(2)电池可接收的最大充电时间(3)能量回收停止时电机转速及与此相对应的充电电流值。4.4 再生制动系统结构设计本研究针对原客车的制动系统19提出了再生制动系统结构设计方案，如图 4.4所示。原车的制动系统采用的是带真空助力器的双管路液压制动系统，机械制动系统的改装部分将在第五章中介绍。为了实现电机制动与机械制动的复合控制，助力控制机构中设计有 1 个气缸和用来控制压力的操纵杆。由 3 个电磁阀通过助力机构控制助力器的真空助力作用。设置制动控制器，从电机控制系统、蓄电池管理系统、制动踏板得到电机转速、转矩、蓄电池组电流、电压、温度、SOC 值等相关信息，根据控制策略制定制动方案，分别对电机控制系统、制动油泵、电磁阀进行控制，从而对电机是否工作于发电机状态、制动能量是否回收、前后机械制动器是否制动及如何制动进行操作，实现电动汽车制动的安全、平稳、高效。该系统中的机械制动机构与原车内燃机制动系统结构基本相同，即使是该系统的某些部件出现故障，即在没有真空助力制动的情况下，仍能够保证有效的制动24。黑龙江工程学院本科生毕业设计36图 4.4 再生制动系统结构原理图4.5 再生制动控制策略永磁电动机有最大回馈功率控制、最大回馈效率控制、再生制动恒定力矩控制和恒定回馈电流控制等四种再生制动控制策略。1、最大回馈功率控制该控制就是利用制动电流平均值I=E/2R 时，电机回馈功率最大来控制电机的再生制动。其控制对象为电机电枢电流。该方式要求制动时回馈功率远小于贮能器的充电功率，否则充电时就会对贮能器造成太大冲击，影响贮能器使用寿命。它适合于电力机车、电动自行车、电动三轮车等的电机系统再生制动控制9。2、最大回馈效率控制该控制的控制对象是最大回馈效率时的制动电流，也即电枢电流。该控制方式下电机转速按抛物线降低，虽能量回馈效率高，回馈能量多，但制动时间较长，使得制动效能较差。3、再生制动恒定力矩控制其控制对象仍为电机电枢电流，由于整个制动过程中制动力矩保持不变，汽车按恒减速行驶，制动方式类似传统摩擦制动，因此给驾驶员的制动感觉很好，而且也便于控制系统的实现。其缺点是没有考虑充电电流对贮能器的影响。4、恒定回馈电流控制该控制方式的控制对象是充电电流，在再生制动中，始终使充电电流跟随指令值黑龙江工程学院本科生毕业设计37变化，以调节回馈功率的大小。该控制的优点是可以可靠保证充电电流不超过贮能器最大允许充电电流，能很好地保护贮能器。缺点是随车速降低，制动力矩将增大，给驾驶员的制动感觉不好9。4.6 再生制动控制逻辑及操纵方式1、控制逻辑本研究设计了一个再生制动的控制逻辑，如图4.5 所示。制动踏板位置制动管路油压再生制动控制模块驱动轮上请求制动力电机控制模块车速变速器档位制动力矩点制动力请求制动力整车制动力=电制动力电制动力是否达到最大整车制动力=电制动力+前后轮机械制动力蓄电池管理模块机械制动控制模块整车制动力=电制动力+前轮机械制动力整车制动力=前后轮机械制动力图4.5 再生制动控制系统逻辑当电动汽车减速时，一方面电机控制模块根据再生制动控制模块、车速、变速器档位等的信号，根据电机扭矩特性图查表确定电制动力大小。另一方面，再生制动控制模块采集制动踏板位置信号及电机和蓄电池组等信号，确定整车应具有的制动力。然后比较电制动力与整车请求制动力的大小，如果电制动力大，则通过电机控制模块修正电制动力，使电制动力等于整车的请求制动力，以满足车辆制动稳定性及制动时的附着利用率要求；如果电制动力等于整车的请求制动力，则无需通过电机控制模块黑龙江工程学院本科生毕业设计38修正电制动力。如果电制动力小于整车的请求制动力，则不足部分通过再生制动控制模块控制机械制动控制模块补足所需机械制动力，这时根据电制动力是否达到最大分为两种情况：如果电制动力没有达到最大，则只有前轮的机械制动参与制动，整车制动力由电制动力和前轮机械制动力共同提供；如果电制动力达到最大，则前后轮机械制动力和电制动力共同提供制动力。最后一种情况就是电机无法提供电制动力，这时整车制动由原车机械制动系统来完成。2、操纵方式本研究采用再生制动操纵机构与制动踏板一体化。根据制动踏板被踩下加速度的不同，可分为两种不同的制动请求。第一种为正常制动操作方式，即为机电复合制动。随制动踏板下压，电制动力从逐渐增强到恒定不变，而摩擦制动力逐渐加强。第二种为紧急制动操作方式。此时制动踏板被急速踩下，摩擦制动力急剧增加，电制动不再工作，防止因瞬时充电功率过大而对蓄电池等电路器件造成损坏。4.7 本章小结能量回收及再生制动系统对整车性能有很大影响，通过再生能量的回收，达到了能量的循环利用，延长了电动汽车续驶里程通过对永磁无刷直流电机控制分析，可以将车辆动能转化为电能且回馈到电池中去，同时可产生制动力矩，进行车辆制动。在驱动控制时，以电机绕组电流(驱动力矩)为控制对象，采用的电机绕组电流闭环控制具有与传统汽车相似的驾驶特性在再生制动控制时，以回馈到电池的回馈电流为控制对象，所控制的再生电流有效地控制在电池的最大充电电流范围内再生制动与机械制动联合制动的策略，可提高了车辆的制动性能，在有效地回收能源的基础上，提高了制动的强度、灵敏性和可靠性。黑龙江工程学院本科生毕业设计39第 5 章 电动客车的总体设计5.1 改装布置设计注意事项进行电动汽车改装，就是使用电动汽车的动力系统和能源系统来改造替换原车的动力系统和能源系统，以及相关部分的改动。在进行总体布置方案设计时，除了要考虑底盘和车内空间是否能容纳得下所选的部件外，还应考虑以下几点：（1）整车布置时，要遵循尽量不改变原车前后轴荷分配的原则，以避免改装后车辆的操纵稳定性和制动效能有太大变化。因为原车底盘己通过试验鉴定，其轴荷分配是合理的。（2）电动机安装时，尽量水平放置。若电动机倾斜安装，其对输出端轴承会产生附加的轴向载荷，使其工作条件变坏。电机控制系统应尽量靠近电机安放，以方便控制及减少能量损耗。（3）蓄电池的布置应根据实际情况，尽可能靠近整车的质心位置，并尽量靠近电动机和电动机控制系统，以提高整车的稳定性、操纵方便性及减少连接电阻的电能损耗。（4）电池架的设计应使蓄电池的检查、拆卸和安装方便、可靠。（5）保留离合器与变速器时，电动机输出端与离合器、变速器之间不宜用传动轴进行连接，而应另外设计一个法兰盘式联轴装置进行直接刚性连接，这样一方面可以增加其刚度，另一方面也可以减少传动环节，降低机械损失，提高输出效率，延长续驶里程。5.2 电机与传动系统结构布置设计原车的传动系统包括了发动机、离合器、变速器、主减速器和差速器以及传动轴。电动机要安装，就要考虑整个动力的传递通道，电动机输出的动力如何传递到驱动车轮上。根据原车的实际情况，本研究提出了三个方案。第一方案：电动机与离合器联结，电动机的动力通过离合器、变速器、主减速器和差速器传到驱动车轮上。其结构如图 5.1 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计40车轮车轮电动机离合器变速器主减速器差速器车轮车轮图 5.1 方案一的结构框图该方案的优点是对原有车辆的改动最小，在硬件方面基本上不需要改动什么，只需把原来的发动机去掉，安装上电动机就可以了。电动汽车的运行状态的改变可以通过电动机和变速器来实现。由于保留了变速器，对电动机的控制也要容易得多，同时对电动机的性能方面的要求也有所降低。该方案缺点是车辆改装后质量增加较大，虽然电动机的质量比原发动机少了 100 多千克，但是车上增加了蓄电池组，传动系统未能减重来抵消部分蓄电池组的重量，对电动汽车的性能有一定的影响。第二方案：去掉离合器和变速器，电动机前置，电动机动力通过传动轴传递到主减速器。其结构如图 5.2 所示。车轮车轮电动机主减速器差速器车轮车轮图 5.2 方案二的结构框图该方案去掉了离合器和变速器，将电动机安装在发动机和变速器拆除后留下的位置上，这样布置就减轻了车辆改装后的质量，因为中型城市客车的变速器和离合器质量较大，同时提高了电动汽车的传动效率。该方案的缺点是电动机的控制相对方案一变复杂，电动汽车运行状态的改变只能通过电动机来实现，对电动机的性能和控制要求有所提高。第三方案：去掉离合器和变速器，电动机后置。其结构如图 5.3 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计41车轮车轮电动机主减速器差速器车轮车轮图 5.3 方案三的结构框图该方案去掉了离合器和变速器，将电动机放置在电动汽车的后端，直接与主减速器和差速器相连接。这样提高了电动汽车的传动效率，同时省去了离合器和变速器的质量，提高了车辆的动力性和经济性。该方案的缺点是对电动机的性能要求高，电动机布置在电动汽车的后端，使得车辆后端质量明显增大，蓄电池组也因为结构上的原因布置在车辆的后端，从而前后轴轴荷分配不合理，直接影响了电动汽车的操控性和行驶安全性，同时车辆后端的空间有限，对电动机的安装带来有一定的困难。理论上讲，因为电动机的扭矩特性是低转速时扭矩大，很适合汽车起步和爬坡。但实际上，电动汽车电动机的比功率与内燃机相比尚有较大差距，而且电动机的功率越大需要的蓄电池就越多。本课题组认为电动汽车在最高车速、载重量和爬坡性能等方面要求可以比燃油车要求略低一些。从经济性和实用性两方面考虑，在选择电动机功率时，可以小于原来的柴油发动机功率。由于电动机输出动力小，为了保证车辆的起步和爬坡，必须保留原车的变速器和万向传动装置，即采用第一种方案。该方案改装难度低，费用少，对电动机性能的要求不高，同时也降低对电动机控制系统的要求，提高了本研究的研究速度，减少研究周期，降低风险，另一方面也为后续的改装使用留有余地。5.3 蓄电池组的布置及安装设计5.3.1 蓄电池组布置的要求蓄电池组在电动汽车上的布置是本改装的一个重要方面。由于蓄电池条件的原因，使得在布置蓄电池组时要考虑以下几个方面的要求：1、空间性为了满足电动汽车的续驶里程，蓄电池组的体积和质量都比较大，往往需要较大的车内空间来布置。与普通汽车相比较，在同等行驶距离条件下，电动汽车所需要的电池组体积要比普通汽车的油箱体积大得多，所以布置难度也大得多。黑龙江工程学院本科生毕业设计422、安全性蓄电池组高电压放电，要保证车辆乘员不会触电，保证可靠的绝缘以免引发火灾。同时要防止蓄电池可能发生的爆炸和燃烧对乘员的伤害。3、前后轴轴荷分配蓄电池组质量大，使得车辆在安装蓄电池组后可能出现车辆质心位置改变的情况，需要对电池组合理布置来保证前后轴轴荷分配合理。4、散热性蓄电池在使用中会产生热量，温度对蓄电池性能影响较大，需对蓄电池进行散热，在布置时要考虑散热要求58。5、维护和更换方便性维护和更换的方便性是电动汽车动力蓄电池布置设计的一个基本方面，以提高电动汽车的实用性。5.3.2 蓄电池组布置设计蓄电池组的体积和质量都很大，在客车上布置并不容易。如果布置在乘客区内的话，摆放和连线都比较容易，但是这样就无法再在乘客区内乘坐乘客，对汽车的实用性有很大的影响。考虑安放在行李箱内，行李箱容积较大，可以提供足够的空间。本研究使用 24 块铅酸蓄电池，分别安放在 4 个蓄电池安放支架上，布置如图 5.4 所示。 车轮车轮车轮车轮电池组电池组电池组图 5.4 电动汽车电池组布置框图本研究采用的 SWB6940HG 中型城市客车共有四个较大的空间，左边一个布置了油箱，右边两个和尾部一个行李舱，其中尾部空间比较大，四个空间都可以考虑用来安置蓄电池组。在综合考虑蓄电池的更换维护方便性、整车轴荷平衡分布以及蓄电池管理系统要求等因素后，本研究采取了如下的方案：（1）采取把客车车身右侧原来放置油箱的地方布置一个蓄电池舱，在与右侧对黑龙江工程学院本科生毕业设计43称的左侧第二个行李舱的位置处也布置一个蓄电池舱，各放置一组蓄电池。（2）将原车身尾部的行李舱也用来作为蓄电池舱，放置 2 组蓄电池组，并在车身左、右侧围和尾部各布置的蓄电池舱保留舱门，提高安全性和方便蓄电池的更换。 （3）把 24 块蓄电池分成 4 组，每 6 块串联组成一组，装配在一个专门设计的框架里，如图 5.5 所示，该框架能够在蓄电池舱中的固定轨道上移动。更换蓄电池时，使用专用的高度可调的小车，将其上面的轨道与蓄电池舱中的轨道准确对接，这样把框架从蓄电池舱移动到小车上，然后再把己经充好电的蓄电池换上，即可轻松完成蓄电池的更换工作。（4）为了提高更换速度，缩短时间，各组蓄电池之间采用快速接头(如航空插头等)来实现所有蓄电池的快速串连和拆卸。图 5.5 蓄电池在框架中的放置5.3.3 蓄电池框架和轨道的设计蓄电池框架的设计既要满足更换时的移动方便和更换方便，又要满足客车行驶过程中的固定牢固，不能出现前后、左右和上下的过大位移等不安全现象，因此至关重要。每个蓄电池框架内放置 6 块铅酸蓄电池，蓄电池连同框架的重量约为 240kg，为了满足移动的方便性，设计采取了给每个框架布置 4 个滚轮和外导向轮，滚轮能在固定轨道上自由滚动，导向轮既能保证更换电池时蓄电池框架能准确地沿着轨道运动，又能对蓄电池框架的前后运动进行约束。轨道的设计本研究采用 8 号槽钢，并在槽钢内布置一根弹簧，这样槽钢能对在其内滚动的滚轮起到上下约束。弹簧的作用是，当蓄电池框架安装在轨道上并锁上锁止机构时，弹簧和锁止机构一块起到对蓄电池框架的左右约束。另外，为了保证蓄电池与其框架运动的一致性，结合蓄电池和蓄电池舱的尺寸，我们采用了 30mm30mm 3mm 的热轧等边角钢作横向压条，从蓄电池上方将其固定黑龙江工程学院本科生毕业设计44在框架里，效果良好。蓄电池框架采用 40mm40mm 4mm 的热轧等边角钢，框架和锁止机构等的具体结构如图 5.6 所示4。图 5.6 蓄电池框架及其导轨布置至此，电动汽车的两大部分的布置设计基本完成，图5.7 给出了电机和蓄电池组最后的布置简图。图5.7 电动客车电机和蓄电池组布置简图1.电动机 2.变速器 3.右蓄电池组 4.后蓄电池组 5.左蓄电池组5.4 制动系统改装设计原车采用的是前、后独立的液压双回路行车制动系统。在助力方面安装的是真空助力器，该种助力机构，可以用小的踏板力来获得较大的制动力。助力机构安装有真黑龙江工程学院本科生毕业设计45空单向阀，该阀通过与发动机的进气支管连接来获得真空度，拆除了发动机后，助力系统将丧失真空源而失去助力作用，仅靠人力所产生的制动力无法完全满足客车制动时所需的制动力。为此考虑使用足够排量的电动真空泵加一个大小合适的真空罐的组合。电动真空泵从蓄电池取得电能工作，产生真空，然后用真空罐将产生的真空储存起来，待客车制动的时候提供真空助力。为了安全，需要加装一个真空不足报警装置，一旦出现真空不足立刻报警提醒驾驶员。图 5.8 给出了制动系统改装设计结构简图。图 5.8 制动系统改装设计结构简图5.5 本章小结使用现有的中型城市客车为基础来改装纯电动汽车，因为目前国内对于电动汽车的研究还不是很完善成熟，许多的基础技术还有待深入研究，如果专门为研究的每一个项目开发一款专用的承载车辆，必将造成设计难度增加，时间延长，不利于电动汽车技术的快速发展；同时，目前投入电动汽车研究的资金和人力都比较有限，使用现有车型作为电动汽车的改装对象，能够集中有限的力量进行关键技术的攻关，掌握了核心技术以后，再针对成熟的电动驱动系统开发专用的承载车辆。这样的发展方式是附合我们国家目前的实际情况的，可以让我们在未来的电动汽车时代赶上汽车发达国黑龙江工程学院本科生毕业设计46家。黑龙江工程学院本科生毕业设计47结 论电动汽车的研发越来越受到全社会的关注，本课题就是为了在纯电动城市客车方面积累设计和研究的经验而展开的。本研究以课题组之前设计研发的纯电动汽车试验车为基础，运用相关技术，从总体上对纯电动城市客车各相关部分进行了设计研究，也是对目前所做工作的一个总结。本论文只是该课题的开始，研究工作还在继续进行当中。本论文主要研究内容和成果如下：1、介绍了现有电动汽车电动机的特点，选择了包头永磁直流电机所研制的永磁直流电动机作为本研究电动客车的动力源，并对电动客车的动力性进行了分析和电动机的性能校核。分析了永磁直流电动机的特性，提出了控制策略。2、介绍了现有电动汽车用的蓄电池性能特点和蓄电池存在的问题。对本研究用的铅酸蓄电池进行了续驶里程的估算校核，分析了蓄电池的放电特性。针对本研究所选用的铅酸蓄电池进行了蓄电池管理系统的设计研究，给出了管理系统的总体结构和各模块功能，对蓄电池组的电压、电流、温度的检测和均衡充放电进行了初步研究。3、从再生制动能量回收的重要性出发，介绍了再生制动原理，给出了再生制动系统的结构设计方案，整车制动力分配策略。4、针对电动机及蓄电池组在改装车辆上海申沃客车有限公司生产的 SWB6940HG型城市客车上的安装提出了设计方案。其中包括了电动机的安装方式和安装位置、蓄电池组的布置和安装设计等。5、本研究只是对蓄电池管理系统进行了比较初步的研究，很多环节还需要更进一步的细化，把各种功能都实现和完善化，提高对蓄电池组的管理能力，真正发挥出蓄电池管理系统的功能。6、由于再生制动对电动汽车的重要性，进一步研究和完善再生制动系统是必要的。课题组对再生制动的研究并不是很多，希望能够通过理论和试验研究两方面来共同完成再生制动系统，使之真正能够发挥应有的作用。黑龙江工程学院本科生毕业设计48参考文献1 万沛霖主编.电动汽车的关键技术M.北京：北京理工大学出版社，1998.122 章桐，贾永轩编著；索荣电动汽车网组编.电动汽车技术革命M.北京：机械工业出版社，2010.43 胡骅，宋慧主编.电动汽车M.北京：人民交通出版社，2006.84 张付义.城市公交电动客车设计与开发J.城市车辆，2005.2：43-445 C.C.Chan and Y.S.Wong.Electric Vehicles:Charge Forward,IEEE Power and Energy Magazine,Nov./Dec.20046 李兴虎.电动汽车概论M.北京：北京理工大学出版社，2005.87 陈全世，朱家琏，田光宇.先进电动汽车技术M.北京：化学工业出版社，20078 张卫钢.纯电动试验车及其相关技术研究D.西安：长安大学博士学位论文9 赵辉，电池供电的永磁电动机系统的再生制动J.电机与控制学报，1999，3（4）：207-21810 陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术M.北京：北京理工大学出版社，200211 余志生主编.汽车理论第三版M.北京：机械工业出版社，200312 温照方主编.电机与控制M. 北京：北京理工大学出版社，200413 王益全编著.电动机原理与实用技术M.北京：科学出版社，2005.714 K.T.Chau,Y.S.Wong,C.C.Chan, An Overview of Energy Sources for Electric Vehicles,International Journal of Energy Conversion and Management, Vol.40, No.10, July1999:1021-103915 UNO-2052 研华自动化控制器的详细资料EB/OL./product_165482.html，2007 16 李春卉.电动汽车的发展现状及趋势研究J.汽车工业研究，2005.517 徐哲.我国电动汽车发展与对策研究J.上海汽车，2006.518 刘春梅，朱世宁.电池组双向无损均衡充放电模块的设计J.微计算机信息，2006，22（12-2）：251-25319 董家康，严学岗.轻型客车的维修M.北京：人民邮电出版社，1997.5：497-50520 张羽中，毛永志.纯电动公交车是城市公交的发展方向J.新材料产业，2007.NO.8黑龙江工程学院本科生毕业设计4921 王书贤，邓楚南.电动汽车用电机技术研究J.微电机，200622 肖攀，陈广伟，邓楚南.电动汽车的电池技术研究J.北京汽车，2005.NO.623 张付义.城市公交电动客车设计与开发J.城市车辆，2005.224 谭元文，刘溧.电动汽车再生制动系统的结构与控制策略研究J.北京汽车，2007.NO.2黑龙江工程学院本科生毕业设计50致 谢本论文是在我的指导教师王国田老师的悉心指导下完成的。无论是课题的选择、方案的设计、还是论文的撰写，王国田老师始终给予我极大的帮助和支持。王老师渊博的学术知识、严谨的治学态度、对学生培养工作的高度责任感和平易近人的高尚品质给我留下了深刻的印象，这些都是我今后工作和生活中学习的榜样。整个毕业设计学习阶段，王老师不仅传授了我学术知识，更教会了我许多走入社会后的人生哲理，让我受益匪浅。可以说，王老师不仅仅是我学习上的导师，更是我人生道路上的导师。在此，谨向辛勤培育我的王老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！感谢在我大学四年一直对我悉心教导的各位老师和陪伴在我左右的同学们。在这最后的日子里对我方方面面的帮助。最后我要特别感谢我的父母。多年来他们在生活中给予我无微不至的关爱和精神上莫大的支持与鼓励，使我顺利地完成了学业。在此，向他们表示我最衷心的感谢和祝福！黑龙江工程学院本科生毕业设计51附 录As the worlds continuing energy crisis, and war and oil consumption and energy -car full with the amount of increase, decrease energy day by day, one day it will disappear without a trace. Oil is not living resources. Oil consumption in the net must be to find a substitute before. With the development of technology and social progress, it was the invention of electric vehicles. Electric cars will become the ideal means of transport. Calvary in the development of the world have achieved fruitful results, especially with the computer and automotive electronic technology and the rapid development of the information age. Electronic control technology is widely used in motor vehicles, automotive applications, electronic devices has become increasingly diverse, electronic technology not only to improve and enhance the tradition of quality and performance of electric vehicles, but also improve the cars power, fuel economy , reliability, and the purification of exhaust gas emissions. Widely used in automotive electronic products not only reduces costs, and reduce maintenance complexity. From the engines fuel injection ignition, air control, emission control, fault self-diagnosis to the body aids are commonly used by the electronic control technology, can be said that the development of future cars mainly mechanical and electrical integration. Widely used in automotive electronic control ignition system with electronic control of the major fuel injection system, ignition system, electronic control, electronically controlled automatic transmission, electronically controlled anti-skid (ABS / ASR) control system, electronic control suspension system, electronically controlled power steering system , vehicle dynamics control system, airbag system, active seat belt systems, electronic control automatic air conditioning system, lead There are GPS navigation systems, etc. With the quick response of these systems car, functionality, high reliability, is to ensure the engine power and reduces fuel consumption, and they meet emissions regulations standards. Car is essential to modern means of transport. The electric car has brought us fun things to us can be a hard day of physical and mental relaxation. Take for instance automatic transmission, the car is moving, you can not step on the clutch pedal, you can achieve automatic transmission and the engine will not turn off, so effectively improve the convenience of driving to redu
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