纯电动汽车核心技术OK

1、编号：_商丘工学院毕业论文（设计）题目：电动汽车技术 系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 级： 09机电12班 学生姓名： 庄 洪 乙 指导教师： 刘晓光 成 绩： 2012 年 月摘要发达国家对电动汽车技术和产品的研究以及产业化投入了大量资金，一方面促进了电动汽车本身的技术和产业的迅速发展；另一方面极大地推动了传统汽车技术和产业被跨进式发展。电动汽车所涉及的电动及其驱动技术、电动及其管理系统、整车的控制策略等，式纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等新型汽车发展的基石。以科技创新和产业化为开发目标，对新一代电动汽车进行了全面、系统的规划。同时，一整车轻量化设计、整车一体化和系统

2、一体化设计、整车控制策略的优化及系统优化匹配、CAN总线技术、电池均衡及热管理、整车故障诊断及安全管理、批量车辆运营数据的记录和分析、基于无线远程通信技术、智能化监控管理系统等，在实现技术创新和产业化的结合，无论是高薪技术的开发、应用。还是具有创新和突破。关键词：污染能源、电池电源、电机与电控1电动汽车的意义及现状20世纪60年代，随着汽车保有量的增加，汽车的排气污染使美国等发达国家相继出现光化学烟雾等空气污染事故，使人们的健康与生命安全受到了严重的威胁。因而，首先在受到汽车污染的威胁的汽车工业发达国家又重新开始电动汽车的开发。如日本在1976年就成立了电动汽车协会，并开展了电动汽车的研究和开

3、发工作。但是，由于电动汽车技术一直没有重大突破，到20世纪80年代电动汽车的研究，开发和应用仍然处于停滞不前的状态。1991年美国三大汽车公司签订协议，合作研究电动汽车用先进电池，成立了美国先进电池联合体USABC（United States Advanced Battery Consortiun）,同年7月美国电力研究院EPRI(Electric Power Research Institute)参加了美国先进电池联合体，10月布什总统批准了2.26亿美元拨款资助此研究项目。1990年通用汽车公司在洛杉矶展出“冲击(Impact)”牌电动轿车。从此世界性的电动汽车研发热潮拉开了序幕。直到今天

4、几乎所有的汽车厂家都在致力于电动汽车的研发。不论纯电动汽车，混合动力电动汽车还是燃料电池电动汽车。 对于电动汽车的发展和要求，每个汽车生产商都是以纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车做为主打发展对象。无论以后的发展走向如何？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。2电池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（如图2-2）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

5、用寿命长的高效电池。电动汽车类型纯电动汽车混合动力汽车燃料电池铅酸蓄电池 钠硫电池 镍锌电池 空气电池锂离子电池内燃+电池燃料+电池燃料电池蓄电池电容（飞轮）蓄电池 燃料电池 储能器 电容 飞轮 H2燃料电池甲醇燃料重燃料电池（图2-1）电动汽车的电池种类 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

6、，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。（图2-2）各各电池的对比参数3电力驱动及其控制技术3.1电动汽车驱动系统的组成 电动汽车驱动系统的功用是在驾驶员的控制（加速和制动踏板）下，高效率地将蓄电池（燃料电池或发电机）的能量转换为车轮的动能，或者将车轮上的动能反馈到蓄电池中。电动机驱动系统的组成各式各样，一般由电

7、气和机械两大部分组成。电气部分主要由电动机、功率转换器和电子控制器三个子系统组成。电动机与车轮通过机械传动装置连在一起，也可以直接装在车轮上，用电动机直接驱动。机械部分主要包括机械传动装置和车轮等。下面简绍下（纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的驱动系统图）图3-1纯电动汽车的驱动系统图图3-2混合动力汽车驱动系统图图3-3燃料电池汽车的驱动系统图3.2电动汽车对驱动电动机种类和基本要求电动机可分为交流电动机、直流电动机、交/直流点动机、控制电动机、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和交流电动机两大类。目前在电动汽车上已应用的和应用前景的有直流电动机

8、、交流感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。直流电动机永磁无刷电动机开关磁阻电动机 电动汽车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要求是很高的。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

9、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

10、、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。4 电动汽车整车技术 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

11、使汽车的空气阻力减少50%。5 电动汽车的能量管理技术5.1 电动汽车的能源管理系统所谓能源管理系统是指对电动汽车动力系统能源转化装置的工作能量的协调、分配和控制的软硬件系统。 硬件系统主要由各种传感器、ECU、执行元件等组成。软件系统的功能主要是对传感器的信号进行分析处理，对能量转换装置的工作能量进行优化分析，并向执行元件发出指令。电动汽车能源管理系统的作用就是在满足汽车基本技术性能和成本要求的前提下，使各部件的特性和汽车运行工况达到最佳配置，实现能量在能源转换装置之间的动力流线最优化 ，整车能源的利用率最大化。能源转换装置指的是发电机、发动机、电动机、储能超级电容、功率变换模块、动力传递装

12、置、燃料电池、蓄电池等。（我们可以简单的了解下传统的能量管理系统图）图5-1传统的能量管理系统图为了是电动车有良好的机械性能、点驱动性能及合理的能量分配等，能量管理系统必须对能量系统的工作进行有效的监测和控制，以便最大限度的节约能量 蓄电池是电动汽车的储能动力源。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

13、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

14、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。6电动汽车发展趋势6.1纯蓄电池驱动的超微型汽车 这种汽车降低了汽车的动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高较适合于市内或社区小范围内使用。由于多数采用了镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等高性能电池，车辆性能较有保证，已进入小批量试生严阶段。比如，日本的Hyper mini采用了高性能锂离子电池，最高时速为90km，一次充电可行驶115 km是一款适合未来城市道路行驶的家庭轿车。6.2混合动力汽车 由于受到蓄电池性能的严重制约使纯蓄电池型电动汽车的产业化进程举步维艰，于

15、是混合动力汽车成了内燃机汽车和电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。混合动力汽车将现有内燃机与一定的储能元器件通过先进控制系统相结合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放，同时技术成熟、价格便宜。6.3燃料电池汽车 燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是行程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，开且燃科电池所用的燃科(甲醇、汽油、柴油、天然气等)来源广泛，又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准。所以燃料电池轿车已成为世界各大汽车公司21世纪初激烈竞争的焦点。日本东洋经济报道.“当代技术革命将彻底改变2l世纪汽车业的面貌，这一改变就是在近几年出现的燃料电池车”。 目前，在电动汽车的商业化运作上，无论从产品技术还是从市场开发方面都还面临许多亟待解决的问题，这就需要政府的大力支持。比如，加快制定相关技术标准，出台对节能、 环保汽车的税费减免和补贴措施，在基础设施建设上提供便利条件等。结 束 语 正在能源安全、环境污染和全球气候变暖等问题日益恶化的当下,节能减排已成为全球