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电动轿车总体设计与性能仿真研究 摘要 电动汽车( e l e c t r i cv e h i c l e ，简称e v ) 是当前解决能源短缺和环境污染 问题可行的技术之一。电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。 近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，逐步向小批量商业化生 产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决 的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。考虑开发经费和开 发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是有意义的。 本文基于某燃油微型轿车进行改装，研究整车驱动形式，整车总布置方案。 对整车动力学匹配计算，主要部件的参数设计。按照动力性能要求，运用汽车 理论、电动机和电池相关知识，对电动机的功率、传动比，蓄电池进行主要参 数设计与匹配计算。建立整车行驶动力学、电动机、车轮、蓄电池以及整车的 仿真模型。对电动轿车的动力性能与续驶里程进行仿真分析。并在此基础上， 分析了影响电动轿车动力性能与续驶里程的因素。最后，对电动轿车的动力蓄 电池放电试验和整车动力性能的试验进行初步分析研究。整车动力性能试验结 果与仿真结果进行比较，验证了仿真模型的合理性以及总体设计的可行性。 关键词：电动汽车总体设计参数匹配仿真分析续驶里程 o v e r a l ld e s i g na n dp e r f o r m a n c es i m u l a t i o no fe l e c t r i cv e h i c l e a b s t r a c t e l e c t r i cv e h i c l ei so n eo fa v a i l a b l ew a y st os o l v et h ep r o b l e m so fe n e r g y s o u r c e sl a c ka n dp o l l u t i o no fe n v i r o n m e n t p u r ee l e c t r i cv e h i c l ew h o s ee n e r g yi s p o w e rb a t t e r yl o a d e do nt h ev e h i c l ei sak i n do fz e r oe m i s s i o nv e h i c l e s i nr e c e n t y e a r s ，t h eu p s u r g eo fd e v e l o p i n ge l e c t r i cv e h i c l ei sr i s i n ga l lo v e rt h ew o r l d , a n d d e v e l o p i n gt ot h es m a l la m o u n tc o m m e r c i a l i z a t i o np r o d u c t i o ng r a d u a l l y t h e d e v e l o p m e n to fe l e c t r i cv e h i c l ei sr e l y i n go nt h ep r o g r e s so fs e v e r a ls u b j e c t s e s p e c i a l l y ，f u r t h e rr a i s i n gt h ed y n a m i cp e r f o r m a n c e ，i n c r e a s i n gt h ed r i v i n gr a n g e a n dr e d u c i n gc o s tf i l ev e r yn e c e s s a r y i nv i e wo ft h ed e v e l o p m e n tf u n d sa n dt i m e s , l 珊t h ec o m p u t e rt oe s t a b l i s ht h es i m u l a t i o nm o d e l st os i m u l a t et h e d y n a m i c p e r f o r m a n c ei sab e t t e rw a y t h i sp a p e r , b a s e do i lo n em i c r oe l e c t r i c v e h i c l e ，t h ep o w e rf o r ma n d c o n f i g u r a t i o na r ed e f m e d a c c o r d i n gt ot h ed y n a m i cp e r f o r m a n c e ，s u c hi m p o r t a n t p a r a m e t e r sa st h ep o w e ro ft h em o t o rc a nb ec a l c u l a t e db yu s i n gt h ek n o w l e d g eo f v e h i c l e ，m o t o ra n db a t t e r y t h e nt h eo t h e rp a r a m e t e r s ：r e d u c t i o nr a t i o ，t h e p a r a m e t e r so fb a t t e r ya l s oc a nb ec a l c u l a t e d t h e nt h ep e r f o r m a n c eo fd y n a m i c s m o d e l ，w h e e lm o d e l ，m o t o rm o d e l ，b a t t e r ym o d e la n dt h ew h o l ev e h i c l em o d e la r e b u i l t m o d e l i n gb a t t e r yn e e d sal o to ft e s td a t ao f b a t t e r ys oe x p e r i m e n t so nb a t t e r y a r ce x e c u t e d t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo fe l e c t r i cv e h i c l ea r es i m u l a t e da n d a n a l y z e d f u r t h e r m o r e ，t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ed y n a m i cp e r f o r m a n c ea n dt h e d r i v i n gr a n g ea r es i m u l a t e da n da n a l y z e d f i n a l l y , t h ee x p e r i m e n to ft h ed y n a m i c p e r f o r m a n c ei st e s t e d t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no ft h es i m u l a t i o nr e s u l t sw i t ht h e e x p e r i m e n tr e s u l t s ，t h es i m u l a t i o nm o d e l sa r er e a s o n a b l ea n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h e e l e c t r i cv e h i c l ei sv e r i f l e d k e y w o r d s ：e l e c t r i cv e h i c l e o v e r a l l d e s i g n p a r a m e t e r s m a t c h i n g s i m u l a t i o na n a l y s i s d r i v i n gr a n g e 插图清单 图卜1 典型电动汽车的基本结构6 图2 - 1 机械驱动布置形式结构简图 图2 2 机电集成化驱动布置形式结构简图”1 2 图2 - 3 机电一体化驱动布置形式结构简图”1 2 图2 - 4 轮毂电机驱动布置形式结构简图”1 3 图2 - 5 牵引电机的转矩转速特性一1 5 图2 - 6 电动汽车的能量传递图”1 9 图2 - 7 汽车行驶过程中受力示意图“1 9 图2 - 8 典型布置形式1 ”2 6 图2 - 9 典型布置形式2 2 6 图2 - 1 0 典型布置形式3 2 7 图2 - 11 典型布置形式4 2 7 图2 - 1 2 整车布置简图“ 图3 - 1 车辆行驶动力学仿真模型 图3 - 2 车轮仿真模型3 2 图3 3 无刷直流电动机等效电路图”3 4 图3 - 4 电动机仿真模型3 5 图3 5 电池等效电路“3 6 图3 6 铅酸电池的内阻与s 0 c 的关系3 8 图3 - 7 蓄电池仿真模型一3 9 图3 8 电流计算模型“3 9 图3 - 9s o c 计算模型“3 9 图3 - 1 0 整车仿真模型4 0 图4 - i 后向仿真结构图 图4 - 2 前向仿真结构图”4 2 图4 - 3 仿真数据流程图4 3 图4 - 4 最高车速与加速时间程序流程图4 4 图4 - 5 最大爬坡度程序流程图4 4 围4 - 6 加速时间曲线4 5 图4 - 7 爬坡度曲线4 5 图4 - 8u d d s 工况车速4 6 图4 9u d d s 工况s o c 变化4 6 图4 - 1 0u d d s 工况电流变化4 6 图4 11u d d s 工况电动机功率4 6 图4 - 1 2 图4 - 1 3 图4 - 1 4 图4 - 1 5 图4 - 1 6 图4 - 1 7 图4 - 1 8 图4 - 1 9 图4 2 0 图4 2 l 图4 - 2 2 图4 - 2 3 图4 - 2 4 图4 2 5 图4 - 2 6 图4 2 7 图4 - 2 8 图5 - 1 图5 - 2 图5 - 3 图5 - 4 图5 - 5 图5 - 6 图5 - 7 1 0 1 5 i 况车速 1 0 1 5i 况s 0 c 变化 4 7 - 4 7 1 0 1 5 i 况电流变化4 7 1 0 1 5 工况电动机功率“ h w f e t 工况车速4 8 h w f e t 工况s 0 c 变化4 8 h w f e t 工况电流变化4 8 h w f e t 工况电动机功率”4 8 续驶里程仿真程序流程图 等速法续驶里程仿真结果一 t 5 0 e c e 道路工况的市区路况5 0 加速时间与整车质量的关系曲线5 1 爬坡度与整车质量的关系曲线5 1 续驶里程与整车质量的关系曲线5 2 续驶里程与蓄电池容量的关系曲线5 3 续驶里程与滚动阻力系数的关系曲线5 3 续驶里程与空气阻力系数的关系曲线5 4 蓄电池放电试验电路图“5 5 铅酸电池电压与放电时间关系5 7 电压随s o c 变化关系5 7 试验仪器 光电头安装支架示意图6 1 试验车辆与光电头安装示意图： 试验仪器操作框图6 2 表格清单 表1 一l 世界著名汽车制造厂开发的电动汽车3 表1 - 2 我国自主研发的纯电动汽车r 5 表2 一l 各种电动机的性能比较r 1 5 表2 - 2 常用电池的主要性能参数”1 6 表2 - 3 原微型轿车的相关参数与性能“1 7 表2 4 电动轿车动力传动系统的参数 表2 - 5 整车基本参数”2 8 表4 - 1 整车仿真基本参数4 3 表4 - 2 电池模型输入参数4 3 表4 - 3 电动机模型输入参数4 4 表4 - 4 动力性能仿真结果4 5 表4 - 5 三种循环工况数据表4 5 表4 - 6 等速法续驶里程仿真结果 表4 - 7e c e 道路工况数据表”5 0 表4 - 8e c e 道路工况续驶里程仿真结果一5 0 表4 - 9 攘车质量对加速性能的影响5 l 表4 一1 0 整车质量对爬坡性能的影响”5 1 表4 一1 1以6 0 k m h 等速行驶不同负载质量下的续驶里程5 2 表4 1 2 以6 0 k m h 等速行驶不同蓄电池容量下的续驶里程5 2 表4 - 1 3 以6 0 k m h 等速行驶不同滚动阻力系数下的续驶里程5 4 表4 1 4 以6 0 k m h 等速行驶不同滚动阻力系数下的续驶里程5 4 表5 一l 蓄电池放电测试数据5 6 表5 - 2 最高车速试验数据”6 3 表5 - 3 加速时间试验数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金目b 王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学做僦名：参：青年期叩占月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒目l 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金 匿王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 多l 本耳 l 签字日期沙7 年6 月；日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 名：夕生 签字日期：乒口，7 年f 月，；日 电话： 邮编： 致谢 光阴似箭，三年的研究生学习即将结束。在此论文完成之际，对在我的研 究生学习阶段给予我学习和生活上关心和帮助的人表示衷心的感谢。首先，向 我尊敬的导师尹安东副教授致以崇高的敬意和衷心的感谢。在研究生学习 和学位论文撰写期间，导师给予了我悉心的指导，倾注了大量的心血。不仅在 学习上，在生活中尹老师也给予了无微不至的关怀和无私的帮助。尹老师严谨 求实的科学态度使我受益匪浅，成为我今后工作学习中的宝贵财富。对此，我 再一次向尹老师表示诚挚的祝福。 感谢车辆与交通工程系张代胜、王启瑞、孙骏、张炳力、谭继锦、徐建忠、 王荣贵、杨伟华、温千虹等老师的指导。 感谢安凯汽车股份有限公司的领导在我实习期间的关怀。 感谢我的同学于霞、潘震、唐鹏等在我论文完成期间给予的帮助。 最后感谢我的父母和亲人，感谢他们多年来对我无微不至的关怀，感谢他 们对我精神和物质上的支持，感谢他们为我无私奉献的一切。 作者：王泽平 2 0 0 7 年5 月 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 汽车自诞生起已有1 0 0 多年的历史，其发展速度不断加快，已成为人们生 活中不可缺少的工具。目前，世界上各种汽车的保有量超过7 亿，试想如果这 些车辆都采用内燃机，那么所需要的燃油将从何而来? 而其排放的废气又将如 何处理? 目前，每年新生产的各种汽车约5 0 0 0 万辆，按平均每辆汽车年消耗 1 0 - 1 5 桶石油制品计算，汽车的石油消耗量每年达到8 0 1 0 0 亿桶，约占世界石 油产量的一半以上。石油资源的开采每年达到几十亿吨，经过长时期的现代化 大规模地开采，石油资源日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源如果按 耳前的消耗水平，石油资源仅仅可以维持6 0 - 1 0 0 年。2 1 世纪以来，石油价格的 上涨已对世界经济的发展形成巨大的威胁，人类将面临更加严峻的石油资源的 危机和挑战。从2 0 0 0 年到2 0 0 4 年，中国进口原油从7 0 0 0 万吨增至1 2 亿吨， 并呈逐年加大的趋势，预计2 0 1 0 年中的石油总需求量将达到3 5 亿一3 8 亿吨， 而石油进口依存度将达5 1 4 - 5 2 6 。据估计汽车排入大气的c 0 2 已达到c 0 2 排 放总量的1 6 9 ，汽车排放的c o 、n o x 、s o x 、h c 等有害气体危及人的生命，对 人体造成伤害。在中国，由于技术水平和汽车排放标准的不规范，由汽车排放 导致的污染更甚。因此，开发清洁、高效、智能的交通车辆，才能使2 1 世纪的 交通可持续发展，也是解决能源紧张和环境污染的有效途径“”。电动汽车的优 势表现为：良好的环境保护效果，噪声低，热效率高，排放的废热少，可回收 利用的能量多，可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题。但也存在续驶 里程短，载重量小，制造成本高等不足。 由于电动汽车具有解决以上两个问题的优势，特别是在环境保护方面的优 势，使得电动汽车的开发与研究得到了各个国家、各个汽车制造商的高度重视。 由于电动汽车涉及多学科，技术含量较高，设计制造复杂，所以开发周期长， 开发成本高。建立计算机仿真模型，对电动汽车的性能进行仿真分析是解决开 发周期和开发成本的有效途径。 1 2 电动汽车发展概述 世界上第一台电动汽车诞生于1 8 3 4 年，它是由苏格兰人德文博特( t h o m a s d a v e n p o r t ) 发明的，比1 8 8 3 年诞生的第一台内燃机汽车还要早半个世纪。第 一台可以反复充电的电动汽车是法国人乔伍( m g u s t a v et r o u v e ) 发明的伽。 电动汽车的发展历程经历了三次发展浪潮。第一次浪潮：1 8 8 5 1 9 1 5 年进入 电动汽车发展的早期黄金时代。早期电动汽车的商业生产在1 9 1 2 年达到高潮， 当时美国就有3 0 0 多家企业生产电动汽车。1 8 9 9 年，美国生产的电动汽车共1 5 7 5 辆，而此时内燃机汽车生产只有9 3 6 辆。同年电动汽车还以1 0 6 k m h 的速度打 破了当时汽车最高车速的世界纪录。随后，由于电池技术的限制，电动汽车续 驶里程短、充电时间长、使用不方便的难题在当时的技术条件下，还无法很好 的解决。而在这段时间里，内燃机技术却发展非常迅猛，再加上1 9 世纪末2 0 世纪初发现了大量的油田，电动汽车被动力性能较好的内燃机汽车完全取代退 出了历史舞台。第二次浪潮：直到上世纪7 0 年代，两次石油危机和中东战争以 及地球的生态环境的不断恶化，使得节能和环保成为汽车发展的两大主题。汽 车作为石油消耗品首当其冲地成为节能的主要力量。降低燃油消耗、开发零排 放或超低排放的汽车成为当时各国汽车工业共同研究的课题。美国c o m u t a 公司 1 9 7 8 年再次投放市场的二人座c o m u t a 电动汽车，正是这个时代的产物。第三次 浪潮：上世纪8 0 年代初美国加利福尼亚州立法强制推行零排放政策以来，世界 上很快又兴起了一场电动汽车的研究开发热潮，所涉及的领域包括车辆、机械、 电子、新材料、加工、能源等各个方面，内容十分广泛。世界发达国家以及国 外著名汽车公司都十分重视电动汽车的研究和开发，不惜投入大量资金，并取 得了一些重大的成果和进展”1 。 1 2 1 国外概况 美国和日本的电动汽车研究处于世界的领先地位。表1 - 1 列出了世界著名 汽车制造厂开发的电动汽车及其技术性能1 。 美国早在1 9 9 3 年，克林顿政府就设立了p n g v ( t h ep a r t n e r s h i pf o ran e w g e n e r a t i o no fv e h i c l e ) ，由美国政府与三大汽车公司( 克莱斯勒、福特和通 用) 合作实施，目的在推动美国汽车技术革命，开发新一代汽车。2 0 0 2 年9 月 布什政府制定了f r e e d o mc a r ( f r e e d o mc o o p e r a t i v ea u t o m o t i v er e s e a r c h ) 计划，用于取代p n g v 计划的新的国家及私营合作的研究发展计划。在美国大汽 车销售厂商制造的电动汽车有通用e v i 以及s 1 0 _ e l e c t r i c ( 皮卡) 、福特突击队 员e v ( 皮卡) 、戴姆勒一克莱斯勒e p i c ( 微型面包车) 等。戴姆勒一克莱斯勒 公司开发的“新电力车四代”续驶里程已经达到4 5 0 k m 。通用公司批量生产的 i m p a c t 电动汽车采用了复合材料和轻铝合金构件、低弹滞后橡胶、薄胎面轮胎 等新材料、新技术，一次充电最大续驶里程可达1 9 6 k m 。 日本汽车保有量居世界第二，石油几乎全部依靠进口。因此日本政府十分 重视电动汽车的研发。早在2 0 世纪7 0 年代就注意了电动车辆的研究和开发， 组织了各大汽车公司先后研发了多种e v 、f c e v 和h e y ，在世界上处于领先地位。 2 表卜1 世界著名汽车制造厂开发的电动汽车 车型 整车参数蓄电池电动机性能参数 标致雪铁龙整车整备质量镍一铬电池，直流他励电最高车速9 0 k m h ， p 1 0 6 s a x 0 ，41 0 8 8 k g ，满载质量1 0 0 丸h ， 动机，2 0 肼最大爬坡度2 7 ， 座轿车 1 3 8 8 k g电压1 2 0 v续驶里程8 5 k i n ( 欧 洲工况) 7 6 k m ( 市 区) 通用e v i ，2 座整车整备质量 铅酸电池，交流感应电最高车速 轿车 1 3 5 0 k g ，满载质量 5 5 a h 。动机 1 2 0 k m h ，续驶里 1 5 5 0 k g 电压3 1 2 v程1 4 4 k m ( 公路) ， 1 2 0 k m ( 市区) 通用s - 1 0 ，24 5 4 6 x1 7 2 2 x1 5 5 0 。 铅酸电池，交流感应电最高车速5 0 座载货汽车整车整备质量5 5 a h ，动机 k m h ，最大爬坡度 1 3 5 0 k g ，满载质量 电压3 1 2 v 1 5 ，续驶里程 1 5 5 0 k g 8 0 k m 福特r a n g a r ，整车整备质量铅酸电池，交流感应电最高车速 2 座载货汽车 2 1 2 5 k g ，满载质量 7 4 a h 。动机 1 2 0 k m h ，续驶里 2 4 5 5 k g 电压3 1 2 v程8 0 k m 克莱斯勒整车整备质量镍氢电池， 交流感应电最高车速 e p i c ，4 门面 2 3 1 8 k g ，满载质量 电压3 6 0 v动机1 2 8 k m h ，续驶里 包车2 6 8 2 k g程1 2 8 k i n ( s a e j 一1 6 3 4 ) 丰田i c a v 一4 ，53 9 8 0 1 6 9 5 1 6 7 5 镍氢电池，永磁同步电最高车速 座轿车整车整备质量9 5 a h ，动机2 1 5 k m h ，最大爬 1 5 4 0 k g ，满载质量电压2 8 8 v坡度2 8 ，续驶里 1 8 1 5 k g程1 2 5 k m ( 1 0 - 1 5 工况) 本田p l u s ，44 0 4 5 1 7 5 0 x1 6 3 0 。镍氢电池，永磁同步电最高车速 座轿车整车整备质量 9 5 a h 。 动机1 3 0 k m h ，最大爬 1 6 2 0 k g ，满载质量 电压2 8 8 v坡度3 0 ，续驶里 1 8 4 0 k g 程2 2 0 k m ( 1 0 1 5 工况) 日产a l t r a4 2 6 0 x1 7 6 5 1 6 9 7 ，锂离子电池，永磁同步电最高车速 e v z ，4 座轿车整车整备质量电压3 3 6 v动机1 9 3 k m h ，续驶里 1 7 0 4 k g ，满载质量 程1 9 3 l 【m ( 1 0 - 1 5 2 0 0 0 k g 工况) 3 日本电动汽车的研发计划有低公害车开发普及计划、j h f c 示范工程( 计划) 和专项研究计划等。丰田公司生产的p a v 4 - e v ，采用镍氢电池，一次充电可行驶 2 0 0 l ( m ，最高车速可达1 2 5 k m h 。尼桑汽车公司生产的a l t r a - e v 采用尼桑公司自 己开发的锂离子电池，可反复充电1 2 0 0 次，一次充电行驶里程达1 2 4 k m 。 为了提高欧盟各国的科学技术水平，增强欧盟各国工业的竞争力，欧盟在 制订统一的研究计划的同时，各国也可以制订自己的相关国家研究计划。与电 动汽车及其能源相关的发展计划主要有：f p ( f r a m e w o r kp r o g r a m m e ) 系列计划、 欧盟燃料电池研究发展示范计划r & d d ( r e s e a r c hd e v e l o p m e n ta n dd e s i g n ) 、欧 盟燃料电池巴士示范计划c u t e ( c l e a nu r b a nt r a n s p o r tf o re u r o p e ) 和欧洲 电动汽车城市运输系统e l c i d i s ( e l e c t r i cv e h i c l ec i t yd i s t r i b u t i n g s y s t e m s ) 计划等。 1 2 2 国内概况 “九五”期间，国家为了推进电动汽车的开发，先后投入了1 亿多元资金， 为国家发展电动汽车奠定了基础，并在广东汕头成立了国家电动汽车运行试验 示范区。2 0 0 1 年5 月，东风汽车公司与几所大学合资成立了电动汽车公司，这 是国家批准在中国建立的首家电动汽车研究基地。国家科技部制定了“十五” 国家8 6 3 计划电动汽车重大专项，8 6 3 计划电动汽车专项计划总投资8 8 亿人民 币。8 6 3 计划中，设立了电动汽车重大专项，选择新一代电动汽车技术作为我国 汽车工业自主创新和科技创新的主攻方向，组织汽车企业、高等院校和科研机 构，以官、产、学、研四位一体的方式进行联合攻关，电动汽车重大专项提出 “三纵、三横”的研究和开发的布局，强调建立符合整车开发规律的严密的整 车开发程序，以燃料电池电动车辆f c e v ( 包括燃料电池专项) 、混合动力电动车 辆h e v 和纯电动车辆e v 的整车为主导( 三纵) ，带动关键部件、多能源动力总 成控制系统、电机驱动系统、电池和电池管理系统( 三横) ，并与相关材料研发 紧密结合、基础设施协调发展，使整车控制技术和电子技术的研发全面地同步 发展。这是我国第一次全面、完整地提出有关e v 、f c e v 和h e v 发展和产业化的 宏伟纲领。为实现我国能源持续发展的战略目标，我国在“9 7 3 ”项目能源领域 设置了“氢能的规模制备、储运及相关的燃料电池基础研究”课题，其研究的 目的是将在2 0 0 8 年北京“奥运会”和2 0 1 0 年在上海的世博会提供有我国自主 知识产权的、性能可靠的“清洁”车辆。 “十五”期间我国一汽集团、东风集团、上汽集团、清华大学等高等学校 以及汽车企业，承担了“8 6 3 ”和“9 7 3 ”的研究项目，在“十五”期间研究和 开发了多种有自主知识产权和多项技术专利的电动车辆和装备技术。表卜2 列 出我国自主开发的纯电动汽车。 4 表l - 2 我国自主研发的纯电动汽车 车型 整车参数电池电动机性能参数 香港大学 整车整备质量1 8 2 0 k g镍一铬电池组，永磁直流无刷最高车速1 2 0 u 2 0 0 1 - e v 满载质量2 0 9 3 k g1 4 0 九h ，电压电动机，4 5 k wl 【m h ，o q 8 加速 2 6 4 v 时间6 3 s 。续驶 里程2 1 0l 锄 天津一汽 3 3 9 5 x 1 4 7 5 x1 6 9 5 镍一氢屯池，直流电动机最高车速5 0 “幸福使 质量1 3 0 0 k g 1 5 0 丸h l 叽h ，最大爬坡 者” 度1 5 ，续驶里程 8 0 k m 天津一汽 3 6 4 0 x1 6 1 0 x1 5 0 0 锂离子电池， 交流电动机，最高车速5 0 “威姿” 质量1 2 0 0 k g 5 5 a h1 5 k w k m h ，最大爬坡 度1 5 ，续驶里程 8 0 k m 比亚迪e t 纯 4 6 0 5 1 8 3 2 1 5 9 0 l i - i o n 蓄电池，永磁同步电动最高车速1 6 5 电动汽车 整车整各质量1 2 0 5 k g2 0 0 a h ，电压 机，4 x 2 5 k wl 【m h ，最大爬坡 满载质量1 5 0 5 k g 2 9 6 v 度3 0 。0 - 1 0 0 加 速时间为8 5 s ， 续驶里程3 5 0 k m 北京理工大8 5 9 0 x 2 4 4 0 x 2 8 3 0 铅酸蓄电池，稀土变磁通永最高车速8 3 5 学 整车整备质量9 3 6 0 k g2 5 5 a h ，电压 磁电动机，5 5 k wl ( h ，0 - 5 0 加速 耶f 6 8 5 0 g k 6 满载质量1 2 1 6 0 k g 3 8 8 v 时间为3 7 s ，续驶 0 公交车里程1 5 5 k m 北京理工大1 1 2 2 0 2 5 0 0 3 1 0 0 铅酸蓄电池，稀土变磁通永最高车速9 2 5 学整车整各质量 2 5 5 a h ，电压磁三相交流电l 【b ，0 - 5 0 加速 h f f 6 11 2 g k 5 1 2 3 4 2 k g 3 8 8 v 动机，i o o k w时间为3 0 4 s 。续 0 公交车 满载质量1 5 5 0 0 k g驶里程1 6 5 k m 北京理工大 1 1 5 8 0 2 4 9 0 x 3 2 0 5 锂离子电池，三相交流电动最高车速9 l 学整车整各质量4 0 0 a h ，电压机，i o o k wk m h ，0 5 0 加速 h n 略1 2 0 e v 1 2 9 3 0 k g 3 8 8 v 时间为2 0 7 s ，续 满载质量1 6 0 0 0 k g驶里程2 1 0 k 北京理工大 1 0 6 6 0 2 5 0 0 x 3 5 6 5 锂离子电池，稀土变磁通永最高车速9 5 学整车整备质量6 0 0 a h ，电压磁三相交流电k m h ，0 - 5 0 加速 h f f 6 1 1 0 吖 1 2 0 0 0 k g 3 8 8 v 动机，i o o k w时间为2 4 9 s ，续 旅游车 满载质量1 4 5 5 5 k g 驶里程3 0 6 7 k m 洙洲时代集 1 1 2 2 0 x 2 5 0 0 x 3 2 0 0 铅酸蓄电池，三相交流异步最高车速7 0 团整车整备质量 2 5 5 a h ，电压电动机，i o o k wk m h ，最大爬坡 t e g 6 1 2 0 e v 一 1 2 5 0 0 k g 3 8 4 v 度1 5 。o - 5 0 加 2 电动大客 满载质量1 6 6 0 0 k g 速时闻小于3 0 s ， 生 续驶里程1 2 0 k i n 上海“博信”1 1 5 0 0 x 2 5 0 0 3 6 0 0锌一空气电池，3交流电动机，最高车速7 2 与无锡客车整车整备质量3 3 0 a h ，电压 9 0 k w k m h ，最大爬坡 厂的博信锌 1 4 0 0 0 k g 2 3 0 - 4 0 0 v 度大于1 5 ， 一空气电池 满载质量1 9 0 0 0 k g 大客车 5 1 3 电动汽车的基本组成与结构特点 1 3 1 电动汽车的基本组成 典型电动汽车的基本结构如图1 - 1 所示。电动汽车系统可分为三个子系统， 即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。其中，电力驱动子系统 又由电控单元、控制器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成；主能源子系 统由主能源、能量管理系统和充电系统构成；辅助控制子系统具有动力转向、 温度控制和辅助动力供给等功能。 其工作过程是，根据从制动踏板和加速踏板输入的信号，电子控制器发出 相应的控制指令来控制电动机，调节电动机和电源之间的功率流。辅助动力供 给系统主要给动力转向、空调、制动及其它辅助装置提供动力。除了从制动踏 板和加速踏板给电动汽车输入信号外，转向盘输入也是一个很重要的输入信号， 动力转向系统根据转向盘的角位置来决定汽车灵活地转向。 电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成 既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于 内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机 控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 制动踏 加速踏 方向盘 交流电源 图卜1 典型电动汽车的基本结构 ( 1 ) 能源系统 电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，是整车的动力来源。目前在电动 汽车上，一般以各种不同的蓄电池组成动力电池组储存的电能作为动力源，用 周期性的充电来补充电能。动力电池组是电动汽车的关键装备，它储存的电能、 6 质量和体积，对电动汽车的性能起决定性影响，也是发展电动汽车的主要研究 和开发的对象。能源管理系统对动力电池组的管理包括：对动力电池组的充电 与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、 电池温度等进行控制。因为个别的蓄电池性能变化后，影响整个动力电池组的 性能，用蓄电池管理系统来对整个动力电池组和动力电池组中的每一单体电池 进行监控，保持各个电池间的一致性，还要建立动力电池组的维护系统，来保 证电动汽车的正常运行。动力电池组必须进行周期性的充电，动力电池组对充 电时的电压和电流都有一定的要求，因此，高效率的充电装置和快速充电装置， 也是电动汽车使用时所必须的辅助设备。根据电动汽车不同的形式，电动汽车 可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器等进行充电。蓄 电池充电系统、管理体系、维修系统和再生制动能量的回收等，是一个全新的 系统工程，是电动汽车运行的保证体系。 ( 2 ) 驱动系统 驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱 动车轮和工作装置。这也是电动汽车与内燃机汽车的根本区别之处。现代电动 汽车所采用的驱动电动机主要是交流电动机，永磁电动机和开关磁阻电动机等。 驱动电动机除了是电动汽车的动力装置，一般还要求能够在电动汽车制动时电 动机实现再生制动，一般可以回收1 0 - 1 5 的能量，再生制动能量的回收有利于 电动汽车节能和延长电动汽车的行驶里程，这是电动汽车节能的重要措施之一。 控制技术，对汽车驾驶员来说，加速踏板、制动踏板等操纵装置是十分熟悉和 习惯使用的操纵装置。为了保持传统的驾驶习惯，电动汽车保存了加速踏板、 制动踏板和各种控制手柄等，在电动汽车上将加速踏板、制动踏板机械位移的 行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运 转。电动汽车的控制系统主要是对于动力电池组的管理和电动机的控制，随着 车辆行驶工况的变化，而引起的电动机输出功率、转矩和转速的变化，必然引 起动力电池组的电压、电流等的改变。由于电动汽车的高度电气化，因此更加 有条件实现机电一体化和采用自动化的控制系统和管理系统，一般用中央控制 器中的计算机来进行控制和管理。另外，控制系统还包括整车低电压系统的电 子、电器装置、现代化卫星导航和雷达防撞等装置的控制，现代理论在电动汽 车上得到广泛的应用。 ( 3 ) 车身及底盘 电动汽车车身造型，特别重视流线型，使得电动汽车的车身造型更加具有 特色，更加丰富多彩。也使得车身的空气阻力系数大大的降低，电动汽车大多 数用复合材料来制造车身结构和车身内饰。由于电动汽车电池组的质量大和动 力电池组所占据的空间大，为减轻电动汽车的整车质量，采用了轻质材料、碳 纤维增强树脂和复合材料等制造车身和底盘部分总成。 7 ( 4 ) 安全保护系统 电动汽车的动力电池组，是具有9 6 - 3 1 2 v 的高压直流电，人身触电时会造 成危险。因此必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员的安全。 另外在撞车、翻车或线路发生短路时，能够迅速切断动力电池组的电源，避免 发生火灾保护乘员的安全，同时还需要注意防止电池中的电解液溢出对乘员造 成伤害。电动汽车必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气 系统发生故障时自动控制电动汽车不能启动等，及时防止事故的发生。 1 3 2 电动汽车的结构特点 现在高性能的电动汽车通常是专门设计制造的，这种专门设计制造的电动 汽车以原有的车体和车架为基础，满足电动汽车独有的结构要求并充分利用了 电力驱动的灵活性。与燃油汽车相比，电动汽车的结构特点是灵活性，这种灵 活性源于电动汽车具有以下几个独特的特点： ( 1 ) 电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴 传递的，因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。 ( 2 ) 电动汽车驱动系统的布置不同( 如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机 驱动系统等) 会使系统结构区别很大，采用不同类型的电动机( 如直流电动机 和交流电动机) 会影响到电动汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置 ( 如蓄电池和燃料电池) 也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。 ( 3 ) 不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄电池可通过感应 式和接触式的充电机充电，或者采用替换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池 再进行集中充电。 相对与传统燃油汽车，纯电动汽车具有以下优点： ( 1 ) 零排放纯电动汽车最大的优点是无排放( 零排放汽车z e v ) ，它本身 不排放污染大气的有害气体，即使按所消耗电量换算为发电厂的排放，污染物 也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且 电厂是固定不动的，排放集中，且已有了相关技术来清除各种有害排放物。 ( 2 ) 多能源由于电力可以从多种能源获得，如煤、核能、水能、太阳能、 潮汐能等，可解除人类对石油资源依赖。 ( 3 ) 夜间充电电动汽车还可以充分利用晚间用电低估时富余的电力充电， 使发电设备日夜能充分利用，大大提高其经济效益。 ( 4 ) 方便电动汽车结构简单，无需更换机油、油泵、汽化器以及消声装 置等，无需添加冷却水。保养工作极少，基本上无需日常保养。 ( 5 ) 高效率在城市行车时，为了等候交通灯，必须不断地停车和启动， 既造成了大量的能源浪费，又增加了空气污染，电动汽车在制动与减速时，可 以将能量回收。在停车时，可以不必让电动机空转，可以大大提高能源的使用 8 效率，减少了空气污染。 ( 6 ) 无噪音与内燃机汽车不同的是，电动汽车运行基本上是安静的，而 在大城市，汽车噪音也成为一种严重的污染。 1 4 电动汽车的关键技术 电动汽车的关键技术包括汽车技术、电气技术、电子技术、信息技术和化 学技术等。尽管电源技术至关重要，但车身设计、电力驱动、能量管理系统和 系统的优化也同样重要，事实上，所有这些领域技术上的整合才是电动汽车技 术成功的关键。 ( 1 ) 车身设计 生产电动汽车有两种基本方法，一种是改装，另一种是专门设计制造。对 于改装的电动汽车，内燃机汽车中原来安装发动机以及相关组件的部位由电动 机和电池所取代，由于采用现有的内燃机汽车的底盘，对于小批量生产而言， 这种方法较经济。但是，对于大部分改装车而言，均有自重较大，重心位置偏 高以及质量分配不合理等缺点。对于专门设计的电动汽车，是为特定目的而设 计的，它允许工程师灵活地