工业机械车辆毕业论文-10m纯电动旅游客车总布置设计

本科毕业设计(论文)题目：10m纯电动旅游客车总布置设计学院：机械工程学院专业：车辆工程班级：2010级01班学号：学生姓名：指导老师：提交日期：2014年5月22日10m纯电动旅游客车总布置设计摘要随着环境污染的逐渐严重、能源的缺乏，作为无污染、零排放的绿色交通工具-纯电动车越来越受到国内外各大汽车厂商的喜爱，成为当今世界汽车界竞相研发的重点热点。本论文的目的是为了积累电动旅游客车相关方面的技术，主要对电动旅游客车进行了总体设计研究。本论文阐述了电动汽车的研究背景和研究意义、国内外电动客车的发展现状和水平，并且分析了我国社会经济发展对电动客车的需求并提出了相对的策略。研究了纯电动旅游客车的行驶动力性能要求，根据纯电动客车动力传动系统参数的选择与匹配方法对本旅游客车进行动力选型匹配，分析了各种电动机的优缺点，选择交流感应电动机作为动力源。在分析纯电动旅游客车车载储能动力源和动力电池的特性和要求的基础上，研究了目前较先进的磷酸铁锂电池及其充放电特性，并将此电池作为旅游客车的储能源。对前面的选型设计结果进行整合，根据旅游客车的用车要求，给出最终旅游客车的主要技术参数，研究了纯电动旅游客车动力传动系统的构成及布置方式，通过对现行的几种常见的动力传动系统进行了研究与比对，根据纯电动旅游客车对驱动系统的要求，得出了纯电动旅游客车的动力传动系统方案，并给出合适的整车动力系统和电池组的总布置图，绘制整车控制与管理系统图。关键词:纯电动客车电动机磷酸铁锂电池动力性能传动系统ABSTRACTWiththeenergydeprivationandenvironmentpollution,theElectricVehicleofzeroemissionhasbecomemoreandmorepopularbythemajorautomobilemanufacturers.Theresearchoftheelectricvehiclehavebecomethehotspotofsociety.Thepurposeofthisresearchistoaccumulatedelectricbustechniques．ThisresearchmainlycarriedonatotaldesigntotheelectricpassengerCar.Thepapersummarizesthedevelopingbackgroundandmeaningsofelectricalvehicle．Thepresentconditionandlevelofelectricalvehiclebothindomesticandinternational，analyzesdemandandprovidessolutionofelectricalvehicleforourcountrysocialeconomicdevelopment．Researchedthedrivingdynamicperformancerequirementsofelectricsightseeingbus,accordingtotheselectionandmatchingmethodofpureelectricbuspowertransmissionsystemparametersandtoselectionofmatchingthepowerforthistourbus.Analyzedthemeritandshortcomingofsomeelectricmotors，andchoosedtheinductionACmotortobethemotivesource.Onthebasisofanalyzingcharacteristicsandrequestsofpureelectricalbus’chemicalpowerandloading—storepowerresourse，studiesthechargeordischargetraitsoflithiumironphosphatebatterywhichwasusedonthebusandisadvancednow.Integratewiththeresultofthepreviousselectionanddesign,accordingtotherequirementsofthetourbus.givingthemaintechnicalparametersofthebus.Configurationandconstitutesofpureelectricalbus’drivedsystemisputforward．Accordingtotherequiresofdrivedsystemtopureelectricalbus，somekindsoftypicalelectricaldrivedsystemisresearchedandchose，andthedrivedsystem’sprojectofthistourbusisreceived,andmapthegeneralarrangementofthevehiclepowersystemandthebatterypack,mapthevehiclecontrolandmanagementsystem.Keywords：pureelectricbus；electricmotor；lithiumironphosphatebattery；dynamiccapability;transmissionsystem

目录TOC\o"1-1"\t"标题2,1,标题3,2"\h\u12644摘要 I10143ABSTRACT II1261第一章绪论 1221981.1研究背景及意义 1264161.2国外电动汽车发展状况及水平 270281.3国内电动汽车发展状况 4102381.4电动车目前面临的主要问题 6140991.5电动车的未来发展方向 765701.6论文主要研究内容 930862第二章纯电动旅游客车的电机与减速器选型匹配 12259452.1电动汽车电机技术 1227205 146482.3电动汽车的动力性能基础 16270962.4动力传动系统参数选择与匹配方法 18297082.5本章小结 2525525第三章纯电动旅游客车的动力电池的选取 26158383.1电动车动力电池技术 26307593.2动力电池的匹配原则 27251953.3本研究所用动力电池及电池组容量选择 29158613.4本章小结 3327458第四章纯电动旅游客车总布置设计 34140264.1整车最终技术参数确定 34246624.2整车动力传动系统布置 40276414.3整车动力电池组布置 45271824.4整车控制与系统管理 4777794.5本章小结 4832442第五章总结与展望 492692致谢 5113734参考文献 52第一章绪论1.1研究背景及意义当前，环境污染严重和石油资源匮乏是当今世界汽车工业可持续发展面临的两大难题，这两大难题在我们国家表现得更为突出。工矿企业等的排放是集中的固定污染源，而内燃机汽车排出的废气是一种分散的流动污染源。前者易于控制与治理，后者往往集中在居民区排放污染物。现代城市到处都是高楼大厦，使汽车排放的污染物不容易被稀释扩散，造成部分地区的排放物浓度很高。汽车排放物对人体健康的危害最大，因为它的高度刚好在地面附近，处在人们呼吸的空间区域。据相关部门统计，各类机动车排气污染已占城市大气污染物的75％以上，其中CO的排放对空气污染的比例约为80％，而NOx约为40％。排放的CO进入人体与血红蛋白结合就会破坏人体内氧的输送及交换，NOx进入人体对人体的呼吸系统有较大的刺激作用并且它也是构成光化学烟雾的主要成分，多环芳烃中的苯并芘极易引发癌症，HC由苯和多环芳烃等剧毒成分构成[4]。对环境的另一个污染就是内燃机汽车的噪音污染，城市里80％的噪音污染是来自于交通车辆。各国汽车尾气排放法规制定得日趋严格，在一定程度上促进了汽车向“清洁化、无污染”的方向发展。在治理大气污染方面，90年代美国加州制定了汽车尾气排放法规，要求从1998年开始，在美国由八家最大汽车公司销售的汽车总数中要有2％为零排放汽车，2001年则达到5％，2005年达到12％。尽管这一目标最终未能实现，但是却在很大程度上促进了世界范围内清洁汽车的开发和发展。为了解决环境污染和能源危机问题，世界各国不得不主动寻求开发低排放、使用新能源的新型交通工具。新能源电动汽车被看成是能够解决内燃机汽车诸多问题的重要途径之一。在我国，汽车工业起步晚、水平较低，据专家整体评估：中国传统汽车工业较世界先进水平落后30年以上，如果继续步国外后尘，追求传统的产业形式，我国汽车工业将步入“引进一消化一落后一再引进一再消化一再落后”的死圈，永远不可以在激烈的竞争中确立自己的地位。对于电动汽车而言，我国经过“八五规划”以来的技术积累，已取得了很大的进步，在电动汽车用电动机、电池、电机控制三大关键技术上相继取得重大的突破，整体技术水平距国际先进水平已经缩短到5～10年，尤其在某些领域还处于世界领先的地位，另外我国相对于国外而言，没有传统汽车工业大规模生产设施的沉重包袱。因此，电动汽车的产业化必将成为中国汽车工业跨越式发展和产业结构调整的切入点，将是一个重大的历史机遇和挑战。开发拥有自主知识产权的高新技术产品，加大电动汽车的研究和开发力度，在这一领域占有一席之地。这样，就有可能使我国汽车工业充分发挥后发优势，迅速赶上和超过世界先进国家，在新一轮的洗牌中占据主导地位，实现我国汽车工业的跨越式发展，从而完成汽车工业颠覆性革命[5]。为了环境污染综合治理、维护国家能源安全和独立和经济社会可持续发展、使我国电动汽车行业实现跨越式发展并成为国民经济支柱产业等方面的考虑，2001年11月，国家正式启动“十五”期间“863”计划电动汽车重大专项规划，其重要位置仅次于当时的“超大规模集成电路”，排名第二,电动汽车再次成为我国业内外人士关注的焦点。“863”计划电动汽车重大专项的目标是：以产业化为目标，以市场为导向，在5～10年内为在我国实现电动汽车的产业化奠定技术基础。清华大学、株洲电力机车研究所、同济大学合作承担了其中的纯电动客车电机及其电机控制器的研制、纯电动轿车AC/DC转换器研制、燃料电池客车多能源动力总成系统研制三个项目。1.2国外电动汽车发展状况及水平由于电动汽车的独特优势，世界各国对电动汽车的发展也逐渐重视，各国纷纷根据本国实际国情制定了不同的技术路线，但从应用程度和技术上来讲处于领先位置的是美国、日本和欧洲国家。日本在早期对环境保护和能源危机的关注以及占领未来世界电动汽车市场的考虑，非常重视电动汽车的开发与研制，他们的研究之路也非常成功。他们1965年就正式将纯电动汽车列为国家大型项目之一，1991年推出了第三次电动汽车普及计划。日本政府制定了一系列的措施，为了加快电动汽车的商业化进程其补贴金额甚至高达整车成本的一半以上，各种税费、使用费也明显的降低。日本计划到2020年至少开发出17款纯电动汽车，把发展电动汽车作为低碳革命的核心内容。在这种大环境下，日本的汽车企业不断推出自己的电动汽车产品。在1997年12月，丰田公司首先推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS，后来该车出口北美，在后来又出口欧洲，目前已经在全世界20多个国家上市销售，并且业绩不凡。有关统计数据显示，丰田公司其全球销量已经超过百万辆并取得了良好的市场反应，已占有全球混合动力汽车市场90%的份额。在丰田公司在电动汽车市场取得突破后，日本本田汽车公司也开发了混合动力电动汽车。2002年4月，本田公司在美国市场上投放了首辆混合动力汽车Civic。另外，三菱公司和日产主推的是纯电动汽车，其典型产品包括日产Leaf和三菱的i-MiEV，他们的续驶里程都达到过了160km甚至更高。目前，Leaf已成功出口至欧美等市场。美国，作为世界第一大经济体，对能源的需求量极为庞大，所以电动汽车的研究也是美国研究的重点项目之一。早在1976年，美国以立法、政府资助和财政补贴等相关手段来推动电动汽车产业的发展，国会就通过了《电动汽车和复合汽车的研究开发和样车试用法令》。美国能源部与美国三大汽车公司——福特、通用和克莱斯勒签订成立了“先进电池联合体”，投资了数亿美元用于电动汽车和高性能电池的研究。1993年9月，美国总统克林顿与三大汽车公司联手提出了发展电动汽车的新一代汽车伙伴(PNGV)计划，这一计划使得美国47个州的51所大学及研发机构、21个实验室开展了1500多项研究项目，美国进行了一系列的汽车技术创新国家行动。在2011年，能源部为了高性能车用电池和电力存储新技术的集成创新，组建了一个能源创新中心(EnergyInnovationHub)。美国总统奥巴马在2011年的国情咨文中重申了提出的美国电动汽车的近期发展目标-在2015年前让200万辆电动汽车上路。该目标中提到的电动汽车指的是纯电动汽车(EV)和插电式混合动力汽车(PHEV)。因为有资金、政策、科研力量的支持，美国在电动汽车研制开发中取得了一些成果。2010年通用汽车公司在美国市场推出了全新的雪佛兰Volt插电增程式电动汽车，它在纯电动驱动状况下能行驶67公里，一般能够满足人们日常上下班的需求。它还可以通过启动1.4L的汽油机为电池组充电从而延长汽车的行驶里程。在使用发动机充电驱动汽车时，每加仑汽油能够行驶50英里。根据最新的报道，美国通用正在计划进一步扩张其产能，实现2015年产20万辆的产能[4、28]。欧洲国家在1990年成立了“欧洲城市电动车协会”，至今在欧共体组织内已有60座城市参与其中，指导城市的电动汽车运营，帮助各城市进行电动汽车可行性的研究和安装必要的设备。德国政府十分重视环境保护和能源问题，投入了大量资金用于电动汽车的研发工作，早在1992年，德国政府便拨款3200万马克，建立了欧洲电动汽车试验基地，对84辆电动汽车和电动汽车的控制系统工程进行了长达4年的大规模汽车试验，至今，取得了很多的成果。法国有着丰富的电力资源，既是石油输入国，也是电力大国，并且电力价格要远远低于美国的石油价格，因而政府在政策上鼓励发展电动汽车和充分利用电力资源。在政府支持下，法国电力公司、雷诺汽车公司和标志-雪铁龙汽车公司共同签署了承担开发和推广电动汽车的协议，并一直致力于电动汽车的研发推广工作至今。英国是当今世界电动汽车使用较早和较先进的国家之一，英国在上个世纪90年代中期就有15万辆电动汽车在运行。1.3国内电动汽车发展状况与国外相比，中国电动汽车的研发起步较晚，但在政府的支持下发展显著。我国纯电动汽车的研究开始于20世纪60年代，八五期间电动汽车列为国家科技攻关计划，重点开展电动汽车关键技术研究，九五期间，正式列为国家重大科技产业工程项目组织了纯电动汽车攻关和示范运行尝试。十五、十一五期间又将纯电动汽车列入国家高新技术研究发展计划（863），以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破，促进了纯电动汽车的发展，促进符合现代企业制度和市场经济发展要求的研发体系和机制的形成，在小型纯电动汽车和大型公交车方面实现了小规模生产和示范运行。为了推动电动汽车产业化发展，科技部在全国设立了4个电动汽车试验示范城市和1个试验示范区，分别是北京、天津、武汉、威海和汕头。在示范城市投入电动汽车近千辆，完成100多处电动汽车运营的基础设施建设，为电动汽车的产业化进行了有效的探索。2009年1月，我国正式启动了―十城千辆工程，开始了节能与新能源汽车大规模商业化示范运行。2009年7月，由中国汽车工业协会发起组建的电动车T10联盟是国内产业界第一个由前十大企业组成的联盟，其重要的产业地位与行业影响引发了业界的关注；2010年由国资委牵头，包括一汽、东风、长安、国家电网、南方电网、中石化、中海油和中石油等16家央企在内，成立了―央企电动车产业联盟，从整车制造到电池生产以及充电站基础配套设施建设，覆盖了电动汽车产业链的各个关键环节。经过多年的探索与努力，我国在电动汽车领域的电池、电机、电控三大关键技术上相继取得突破，并开始产业化。我国电动汽车重大科技专项实施4年来，经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术骨干的努力，目前已取得重要进展：燃料电池汽车已经成功开发出性能样车，燃料电池轿车累计运行4000km，燃料电池客车累计运行8000km；混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过14万km；纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。燃料电池汽车。均采用电一电混合驱动方案，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大提高。2004年5月在北京召开的世界氢能大会上，我国自主研发的燃料电池轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展示，引起了世界的惊赞。在10月举行的必比登世界清洁汽车挑战赛上，我国自主研发的燃料电池轿车在7个单项奖中获得5个A(在高速蛇行障碍赛、噪音、排放、能耗、温室气体减排5个单项指标方面的最高等级)的好成绩，燃料电池城市客车也以较高的技术性能和可靠性在挑战赛中取得了良好的成绩。混合动力汽车。一汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司对此都投入了较大的人力、物力。各车型均已完成功能样车开发。2003年11月8日，湖北省启动武汉电动汽车试验示范运行工作，先后投入6辆由东风电动车辆股份研制的混合动力客车，已累计运行14万km，载客15万人次；混合动力轿车按ECE城市工况与基本车型进行的对比试验显示，其燃料经济性提高40％左右，达到了节油的目的。长安汽车公司采用同轴ISG轻度混合方案，成功开发了第二轮功能样车和第三轮性能样车，并在国内率先开展了混合动力专用发动机开发。经过国家检测机构测试．动力性能接近参考车的水平，综合油耗降低接近17％，排放达到欧Ⅲ标准。1.4电动车目前面临的主要问题(1)续驶里程有限:目前市面上使用的电动汽车一般一次充电后的续驶里程为100­300km之间，并且这个数字通常都是在理论计算的前提下，还需要保持适当的行驶速度及具有良好的行驶工况才能得到保证，而事实上绝大多数电动汽车在一般行驶环境下的续驶里程只有50-100km。比起传统燃油汽车而言电动汽车的较短续驶里程成为其致命的弱点。(2)蓄电池使用寿命问题:普通蓄电池充放电次数仅为300-400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700-900次，按每年充放电200次计算，一个蓄电池的寿命最多为4年，与燃油汽车的寿命相比太短。另外，不同类型的电池在性能方面都有各自的优势和不足，例如，铅酸电池成本低，原材料丰富且易于回收，但续驶里程短、加速动力差且寿命短。镍镉电池加速动力足、寿命较长。但其成本高、可回收性差。钠硫电池的比能量较高，能够提供较长的续驶里程。但它要求的工作环境较苛刻。且其沽性物质具有强腐化性并易爆炸[11]。就整体来看，成熟电池的寿命都相对较短。(3)蓄电池尺寸和质量的制约:现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身装备质量大，就会影响加速性能和最大车速的提高。例如，现有电动汽车电池的外体积一般要达到550L．当把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李厢空间。(4)电动汽车价格昂贵主要是电池技术复杂，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。电动汽车蓄电池的价格约100美元/kW·h，甚至有的高达350美元/kW·h，成本太高，用户难以承受。(5)间接污染严重电动汽车本身虽无排放污染，但其间接污染也是不容忽视的。如铅酸电池中的铅，从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。再如所用电能，相当大一部分来自火力发电，煤炭燃料也会造成大气污染。1.5电动车的未来发展方向自上世纪爆发石油危机后，不少跨国汽车公司都开始研制电动汽车。其中不乏福特，丰田等知名大型汽车厂。可以预见到电动汽车的发展将会是本实际汽车工业的重点和主流。电动汽车具有无排放污染、噪声低、易于操纵、维修及运行成本低等优点，在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决人类巨大能源和环境压力的最有效途径。上文已经提到电动车问世以来，主要有三种形式，即纯电动车、混合动力汽车和燃料电池电动车。下面就详细的来说说这几种形式的电动车。纯电池电动车是完全由二次电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力的汽车。纯电池技术发展已经相当成熟，国外汽车发达国家和我国都进行了小批量生产。近日，北京公交线上推出的两辆以铅酸蓄电池和锂离子电池为动力的电动车已投入商业运行，表现出了较好的经济性和环保性。纯电池电动车具有无污染，零排放等优点，但其缺点也十分突出，能量低，质量大，充电时间长，成本高，折旧快，还容易对环境造成二次污染，其应用范围有限。混合动力汽车采用内燃机和电动机两种动力，克服了纯电池电动车行驶里程短、充电时间长等致命弱点，虽然混合动力车不能实现零排放，但其兼俱环保与节能，同时又能实现规模生产，因此，具有非常好的发展前景。近年来，世界各大汽车公司纷纷推出这种车型日本已经走在了世界前列，如丰田汽车公司推出的PRIUS汽车，本田推出的INSIGHT汽车均早已上市。PRIUS汽车尾气排放水平仅相当于日本现行法规的1/10，耗油量和二氧化碳排放量相当于普通汽车的1/2，最高时速达140公里。我国的混合动力汽车研究也进入了实质性阶段。1999年，清华与厦门金龙展出了联合研制的混合力客车，今年4月，一汽展出了刚生产的混合动力红旗轿车。专家指出，燃料电池汽车是未来汽车的发展方向。日本媒体认为燃料电池技术，将成为21世纪汽车工业的核心技术，谁掌握了这种技术开发主导权，谁将成为汽车业的领袖。燃料电池，这是一种能与燃油发动机相比的电池，可以使用包括再生燃料在内的所有含氢元素的燃料。燃料电池车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生电能启动电动机进而驱动汽车。由于大量的纯氢难以贮存在汽车上，而且加氢站也没有那么多，因此，汽车制造商们正试图使用汽油或甲醇，不过要在汽车上安装燃料重整装置，从这些物质里提出氢。但是这将会产生极少的二氧化碳和氮氧化物，总的来说，这类化学反应除了电能，就只产生水，因此，燃料电池车被称为“地道的环保车”。曾研发出“氢动一号”（液氢燃料电池概念车）的美国通用汽车公司，最近推出了汽油燃料重整技术燃料电池，新研制的CENIII型车载燃料重整器比起前期产品体积、重量大大减少，预计其能量利用，污染物排放几乎为率可达40%，而且可以充分利用现有的加油站等设施，它为燃料电池车批量生产奠定了基础。我国第一辆具有自主知识产权的燃料电动公共汽车也已在东风汽车工程研究院问世，它的研制成功，缩短了中国汽车工业在这一领域与国外同行的差距。据有关专家分析，我国的汽车工业几乎没有结构调整的沉重包袱，完全可以充分利用后发优势，以电动车为新契机，集中力量解决以电池为中心的关键技术问题，在21世纪凭借国内仍较低的劳动力成本，在国际汽车市场上以电动汽车与工业发达国家展开竞争[5、16]。在上世纪我国已经错失了汽车工业的黄金发展期。在即将到来的新能源汽车，不管是电动还是其他能动的汽车上这一块，我们都应该加倍努力的去把握住。我国电动汽车产业发展在具备了以上良好基础的同时，还具有一些有利条件和比较优势。主要表现在以下几个方面：资源优势。我国在锂离子电池、永磁电机等电动汽车关键零部件的核心材料方面具有资源优势。根据已探明储量，我国锂资源储量380多万吨，居世界第二位，主要分布在四川、江西、新疆、河南、青海、西藏等地区。我国拥有丰富的稀土资源，稀土储量占世界总储量的近58％，居世界第一位。我国稀土产量自1988年以来均居世界首位，多年来产品产量和供应量达到世界总量的80％以上，是世界稀土第一出口大国。产业优势。近年来我国电动自行车、电动摩托车等轻型电动车及相关零配件产业迅猛发展，生产企业已超过3000家，整车保有量已超过5000万辆，生产能力接近千万辆，成为世界最大的轻型电动车生产国和第一大市场。在电动自行车快速普及的带动下，动力电池和驱动电机等关键零部件生产体系迅速建立，在大规模产业化生产技术、成本控制等方面形成一定优势，同时为建立电动汽车关键零部件体系奠定了坚实的产业基础。市场优势。我国正处于快速城市化、工业化初期，地区间经济发展不平衡的局面在未来较长一段时期内很难改变。因此，不同地区、不同阶层人们收入水平的差异，势必造成消费者对汽车产品的价格、功能等要求不同，我国具有巨大的多元化市场，使我国汽车消费呈现出明显的差异化和多元化特点。这种形势下，只要紧密围绕市场需求，有针对性地进行产品开发和市场推广，如优先发展微混合、轻混合的混合动力汽车和低成本的小型纯电动汽车，将有利于加快电动汽车在我国的先期市场导入。基础设施后发优势。发达国家城市建设基本已经结束，在城市内新建或改建电动汽车充电网络的难度远远大于我们。我国大中城市建设还处于发展期，而在广大农村地区城镇化、城市化刚刚起步，电动汽车充电站等基础设施建设在我国具有较大的发展空间。如果能够适时加强基础设施建设规划，将极大地推动我国电动汽车配套基础设施的建设[6]。总的来说，我国电动汽车发展具备了产业发展的基础和有利条件。在大好形势下，我们一定要把握机遇、再接再厉，开创电动汽车产业发展的新局面，在国际汽车产业转型过程中形成竞争优势，实现我国汽车产业由大变强和自主发展。1.6论文主要研究内容电动汽车与内燃机车在外表上没有什么区别，车轮与地面之间相互接触与相互作用以及它们之间的力学过程也不存在本质的区别。两种车的转向装置、悬挂装置及制动系统也基本相同。它们之间的主要差别是采用了不同的动力源。内燃机汽车是燃油混合气体在内燃机中燃烧作功，从而推动汽车前进。电动汽车由蓄电池提供电能，经过驱动系统和电动机，驱动电动汽车行驶。电动汽车韵操纵稳定性、平顺性及通过性与内燃机汽车完全相同。电动汽车除本身具有再生制动性能外，与内燃机的制动性能也是相同的。电动汽车不存在燃油经济性，其能量的供给和消耗，与蓄电池的性能密切相关，直接影响电动汽车的动力性能和续驶里程，影响辔动汽车褥驶韵成本效益。电动汽车要求电驱动系统具有恒功率输出和高功率密度，在起步和爬坡时具有低速高转矩输出特性及巡航时的高速低转矩特性，具有快速的转矩响应特性，在转矩/转速特性的较宽范围内具有高的效率，同时再生制动时的能量回收效率高。电动汽车要求储能动力源具有高的比能量和能量密度，高的比功率和功率密度，快充和深放电的能力，寿命长，自放电率小，充电效率高，安全性好且成本低廉，免维修，对环境无危害，可回收性好。目前纯电动旅游客车一次充电能量有限，需要反复充放电，那么如何充分利用车载蓄电池有限的能量提高续驶里程，如何缩短充电时间，如何进行驱动系统参数匹配从而获得最佳的整车动力性能以及降低车辆的成本，很大程度上决定了纯电动旅游客车开发能否获得成功、能否实用化。针对以上提车的一些问题，本论文对一辆10m纯电动旅游客车进行了总布置设计，主要包括对储能源电池选型布置、动力系统选型匹配、客车主要技术参数和总布置的设计等工作。论文将主要从以下几个方面开展工作：（1）阐述了电动汽车的开发背景及研究意义，综述了国内外电动汽车的发展现状与水平，分析了我国社会经济发展对电动汽车的需求，并提出了应对之策；（2）研究了纯电动旅游客车的行驶动力性能要求，根据纯电动客车动力传动系统参数的选择与匹配方法对本旅游客车进行动力选型匹配；（3）分析了化学电源及纯电动旅游客车车载储能动力源的特性与要求，研究了目前较先进的磷酸铁锂电池及其充放电特性，并以此电池作为客车储能源，根据旅游客车的要求对电池组进行计算校核；（4）对前面的选型设计结果进行整合，根据旅游客车的用车要求，给出最终旅游客车的主要技术参数，并给出合适的整车动力系统和电池组的总布置，绘制整车控制与管理系统图。以下是本次设计题目的参数要求：项目目标及要求车身长度10m座位数32续航里程200km爬坡度25%最高车速100km/h加速性能满足一般要求(1-50km/h小于25s)

第二章纯电动旅游客车的电机与减速器选型匹配与传统的燃油汽车一样，电动汽车的动力及传动系统是整个汽车的重要组成部分，其中的电动机算是电动汽车的动力核心，它不仅能将电池的电能转化成使车辆行驶工作的动能，也能在车辆制动过程中将汽车的行驶动能转化为能储存的电能。因此，旅游客车的电机与变速器的选型匹配至关重要，将直接影响到车辆的行驶动力性能。2.1电动汽车电机技术2.1.1直流电机直流电机(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；直流电机制造技术很成熟，驱动系统价格较便宜。直流电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。作为驱动电机，直流电动机最终将被交流电动机所取代[9]。2.1.2交流感应电机交流感应也机又称异步电动机。最初由于电力电子技术以及调速方法的限制，它在电动汽车驱动系统中的应用并不被看好。随着现代电力电子技术的发展，大功率电力电子器件的出现，以及调速方法的改进，使得交流感应电机的调速性能逐渐赶上并超过了直流电动机。目前交流感应电动机己经成为在工业应用中使用最为广泛的拖动电机。现在，虽然交流感应电机调速系统比较复杂，成本较高，但是由于电机本身具有体积较小、成本较低、调速范围宽、响应快等优点，目前国内大部分电动汽车还是采用了交流感应电机驱动系统。相对于直流电动机而言，交流感应电动机的调速系统比较复杂。它的变流器又称逆变器。由于蓄电池以直流电的形式输出能量，所以要用蓄电池输出的能量来驱动交流感应电机，就先必须将蓄电池输出的直流电进行变流处理，将其逆变为交流电。逆变器的工作原理是通过电力电子器件的开关及合理的变流电路来将直流电逆变成交流电。现代电力电子技术的发展，为交流感应电机调速性能的改善提供了硬件条件。交流感应电机的调速方法主要包括改变转差率调速、调压调速、变频调速、变极对数调速等，其中以变频调速应用最为广泛。现代研究较多的调速方法有PWM调速、矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)。后两项技术自上世纪末问世以来，在短短的20年时间里己经得到了很大的发展和改进。现代控制算法在电动汽车驱动系统电机调速中也得到了应用。现代电动汽车驱动系统电机调速的研究主要集中在结合现代控制算法和现代电力电子技术的新型调速策略的应用上，如：模糊逻辑在变极对数调速中的应用，PWM逆变器在变极对数调速中的应用、变结构滑模控制，同时DSP器件也逐渐在该系统中得到应用。在电动汽车驱动系统设计中，人们一直希望寻找一种价格低廉、运行可靠，调速范围宽的电动机。开关磁阻电机就是这样开始得到研究者的重视。20世纪80年代，研究者们就开始设计用作电动汽车驱动电机的开关磁阻电动机。开关磁阻电动机与直流电动机和交流电动机在结构上有很大的不同，它与反应式步进电动机相似，为双凸极可变磁阻电动机。其工作原理是基于电子绕组通电后，其磁路选择最小磁阻路线的趋势而产生转矩的。开关磁阻电动机的结构简单，运行速度范围宽，是一种极具潜力的驱动电机。但目前，它的噪声和转矩波动比较大，在电动汽车上的应用还不很广泛。永磁电机(PMM)可以分为永磁直流电机、永磁无刷直流电机和永磁同步电机。永磁同步电机由于其功率密度和效率高、体积小、惯性低、响应快以及调速范围宽等优点，使其成为电动车驱动电机中强有力的竞争者，发展前景广阔。永磁无刷直流电机则具有以下优点：综合效率和功率密度高、体积小、重量轻、结构简单牢固、免维修或少维修、运转费用低、出力大。在普通直流电机的基础上，使用永磁体代替励磁绕圈和磁极，就构成了永磁直流电机。使用永磁体可节省空间、减少励磁损失，因此永磁直流电机的功率密度和效率较高，永磁体的磁导率低，因而可以减少永磁直流电机的电枢反应，使换向得以改善。但由于存在换向器和电刷，永磁直流电机也会产生转矩波动、摩擦和射频干扰(RFI)[2、9、12]。以上的各种电机都有各自的优缺点，也在电动汽车的发展中有着不同的应用和前景，对以上四种驱动电机性能进行比较，如表2-1所示。表2-1电动汽车用电机性能比较电机类型优点缺点应用前景直流电机（DC）结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性1、有刷，易产生电火花，引起电磁干扰，维护困难；2、价格高，体积和重量大。比较于其他驱动系统而言已处于劣势，处于被淘汰地位。交流感应电动机（AC）价格低以维护体积小控制装置较复杂已成为目前多数交流驱动电动汽车的首选永磁同步电动机无刷直流电动机（BDCM）控制器较简单效率高能量密度大价格较贵随着稀土永磁材料的出现，这类电机有望与交流感应电机争夺市场。无刷交流电动机（PMSM）开关磁阻电动机(SRM)1、简单可靠，可调范围宽，效率高2、控制灵活3、成本低1、转矩波动大2、噪声大3、需要位置检测器4、有非线性特性目前应用还受到限制电动汽车用电机在需要充分满足作为汽车的行走功能的同时，还应满足运行时的舒适性、对环境适应性、一次充电的续驶里程等要求。电动汽车用电机的要求具有比一般工业用电机更为严格的技术规范。对电汽车用电机的要求可归纳如下：①高电压，高转速。在允许的范围内，尽可能的采用高电压、高转速，可以减小电机的尺寸，同时可以降低逆变器的成本。②在整个运行范围内的高效率。包括电机、控制器和传动装置的综合效率，以延长电动汽车的一次充电续驶里程和提高制动能量回收的能力，而且在宽功率变化范围内具有较高效率。③电机需要较大的过载能力，以满足短时间加速行驶与最大爬坡度的要求。④电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扭矩。⑤电气系统和控制系统的安全性应达到有关的标准和规定。⑥电机应具有高的可靠性、耐温和耐潮性，并且运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长期工作。同时体积小、质量轻，价格便宜，使用维修方便等。从以上比较结果可知，感应电机成本低，可靠性好，调速范围宽，控制器较成熟，制造技术较成熟，转矩波动小，噪声小，不需要位置传感嚣，因此作为电动汽车驱动电机，目前选用较多；无刷直流电机结构紧凑，重量轻，效率高，控制性能好，因此也有一定选用；开关磁阻电机可靠性好，成本低，简单，高速潜力大，越来越受到人们的重视。通过查阅资料比较可知，永磁同步电机和开关磁阻电机在能量密度和效率上，比交流感应电动机有优势，但在目前，交流感应电动机仍是电动汽车驱动电机的首选。在本文的设计中，经过综合比选，决定采用交流感应电机作为纯电动旅游客车的驱动电机。2.3电动汽车的动力性能基础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)电动汽车驱动力车辆行驶的驱动力是路面作用在车辆驱动轮上的，它不仅与车辆驱动系统提供的牵引力有关，而且与路面与轮胎之间的接触状态有关。电动汽车的电动机输出转矩M，经过减速齿轮传动，传到驱动轮上的转矩Mt，使驱动轮与地面之间产生相互作用，驱动汽车前进。车辆传动系传递到驱动轮的驱动转矩Mt，产生一个对地面的圆周力Fo，在它的作用下，地面对驱动轮产生一个反作用力Ft，这个反作用力就是车辆受到的驱动力。在车轮没有产生滑转的情况下，电动汽车的驱动力Ft定义为：（2-1）（2-2）式中：一驱动力(N)；一电动枕输镪转矩(Nm)；一半轴作用于动轮上的转矩(Nm);一减速器或变速器传动比;一主减速器传动比;一电动汽车机械传动效率;一驱动轮半径(m)。2)电动汽车行驶方程电动汽车行驶受力如图2-1所示。电动汽车在路面上行驶时受到滚动阻力(Nm)和空气阻力(Nm)，加速阻力(Nm)和重力沿道路坡面方向的分力——坡道阻力(Nm)。图2-1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：（2-3）公式(2-3)又可以具体写为：（2-4）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(°)，表示车辆的空气阻力系数，A表示车辆的迎风面积()，表示车辆的行驶速度(km/h)，表示汽车旋转质量换算系数，>l，m表示车辆的质量(kg)。(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(kw)、空气阻力功率(kw)、坡道阻力功率(kw)以及加速阻力功率(kw)。这样就得到电动汽车行驶功率平衡方程式[10]：（2-5）经过单位换算整理得电动汽车功率平衡方程式为：（2-6）2.4动力传动系统参数选择与匹配方法动力传动系统是电动汽车最主要的系统，电动汽车运行性能主要由其动力传动系统的性能决定。驱动电机相当于电动汽车的心脏，电机的参数直接影响整车的动力性和经济性，纯电动汽车驱动电机参数匹配就是在满足整车动力性能要求的基础上合理选择电机的参数，降低成本，提高续驶里程。。取值0.13，由此初定整备质量为10*2.55*3.15*0．12=10.44t，取整为11000kg。；座位数为32个，根据规定，每位乘客按75kg+3kg(行李)核载，因此整车总质量为11000+78*32=13496kg,取14t。由基本参数和设计经验给出该旅游客车的其他基本参数如表2-2所示。表2-2整车基本参数参数名称数值m最大总质量14000kgA迎风面积f滚动阻力系数0.015（一般为0.01-0.02）主减速器速比风阻系数0.7（一般为0.6-0.9）传动效率r轮胎半径整备质量11000kg2.4.1电机功率的选择电动机的功率选择直接影响整车的动力性和经济性。电动机功率越大，电动汽车的后备功率也越大，加速性和最大爬坡度越好。但是，同时也会增加电动机的体积和质量，正常行驶时电动机不能在高效率区附近工作，影响整车的经济性，降低了车辆的续驶里程。因此，在进行电机功率参数设计时通常按照电动汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度来确定电动机的功率。利用车辆动力学理论，通过计算汽车按要求指标运行的驱动力和行驶阻力平衡方程，来得出在相应指标要求下的动力源所需最大功率[11]。根据最高车速确定的最大功率为：（2-7）式中，—汽车总质量，14000kg；—重力加速度；—滚动阻力系数，取0.015；—风阻系数，取0.7；—；—机械传动效率，取0.9。代入具体参数可得（2-8）根据加速时间的要求确定的最大功率为（在这里，该旅游客车的设计目标是满足一般要求，定为0-50km/h加速小于25s）；（2-9）式中，—加速终末的速度，值为50km/h；σ—旋转质量换算系数，值为1.05；x—拟合系数（一般为0.5）；dt—迭代步长（一般取0.1）。代入具体参数可得（2-10）根据最大爬坡度的要求确定的最大功率为（在这里，该旅游客车的设计目标是最大爬坡度25%（约14°），以20km/h的速度行驶）：（2-11）代入具体参数可得（2-12）电机的峰值功率要满足如下条件：（2-13）根据驱动电机的外特性(见图2-2)，驱动电机在低转速区可获得恒定最大扭矩，同时在高转速区获得恒定的较高功率。驱动电机最大转速的选择要结合传动系减速比、驱动电机效率和连续转动特性来考虑。驱动电机效率是扭矩和转速的函数，在保障转速和扭矩要求情况下，争取使驱动电机工作效率最大化。图2-2电动机转矩外特性与功率外特性示意图根据动力系统控制策略，通常从保证汽车预期最高车速的驱动电机功率来初步选择电动机最大功率，最高车速虽是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速和爬坡能力。这是因为最高车速越高，要求的电动机功率越大，汽车后备功率就越大，加速与爬坡能力必然较好。因此，根据选择驱动电机的峰值功率，根据设计要求选择驱动电机额定功率为150kW，峰值功率230kW。2.4.2电机转速与转矩的选择电动机的最高转速对电机成本、制造工艺等有很大的影响。转速在6000r/min以下的为普通电机，以上的为高速电机。普通电机成本相对较低，对配套使用的轴承、齿轮等没有特殊要求，但是受调速范围的限制，一般适用于电动客车。而高速电机成本高、制造工艺复杂而且对配套使用的轴承、齿轮等有特殊要求，一般适用于电动轿车。根据要开发的车型为旅游客车，选择最高转速为5000r/min的电机。电机额定转速的选择很重要，如果额定转速取值过小，则功率扩大因数过大，虽然电机的最大扭矩增大，但低速时稳定性很差，且恒扭矩范围很窄；如果取值过大，则功率扩大因素过小，会造成恒功率区调速范围很窄，最大扭矩很小，要满足整车动力性能，会导致传动系统复杂。此外额定转速对纯电动汽车的加速性能和电机的转矩特性有决定性影响，由于本次设计的是旅游客车，一般最高转速与最低转速的比为2-4，因此确定电机的最低转速为2000r/min，最高转速为5000r/min。根据上面确定的额定功率、峰值功率、最低转速、额定转速的值可以根据公式2-5求得电机的额定转矩和最大转矩分别为716N.m和1098N.m。（2-14）本设计中的旅游客车最终选定的交流异步感应电动机的主要参数如下表2-3。表2-3交流异步感应电动机的主要参数额定功率（转速）峰值功率（最高转速）额定转矩峰值转矩额定电压150kw（2000r/min）230kw（5000r/min）480V在电动机参数一定的情况下，为了进一步提高汽车驱动轮的转矩，达到纯电动汽车的动力性要求，并能够调节电机转速和汽车车速之间的关系，往往使用变速传动装置。在机械传动系统设计时，传动系速比的选择是最关键的，因为速比的选择要兼顾汽车经济性要求和汽车动力性要求，它往往关系到电机的工作状态以及电机在不同工况下的工作点，从而直接影响了电机工作效率，进而影响到整车的续驶里程。在选择变速器和主减速器时，除了考虑加工工艺和成本外，变速传动装置体积要尽量小、质量要尽量轻，同时不能有过多的挡位数，因为这样会增加体积和质量，从而影响电动汽车的整车性能。电动汽车传动系中传动系的速比、挡位数和换挡规律对整车的性能有着较大影响[17]。传动系速比选择是否合适，对整车的续驶里程有着重要的影响。根据电机的高效区工作在电机的额定转速和额定功率附近的原理，电动汽车在工况行驶情况下，为了提高其续驶里程，应尽量使电动机在等功率区段和额定转速附近工作。为了实现上述要求，可以通过对传动系速比进行优化，使电动汽车经常运行的速度区域落在电动汽车的高效区所对应的转速范围内，图2-3为通过速比优化电机高效区的调节路线，从图中可以看出，在需求功率一定的情况下，电动机的工作点随着速比的变化沿着电机等功率曲线移动，因此可以通过优化传动系速比使电机更多地工作在高效区域内。在进行传动系速比优化时，一方面要满足整车的动力性的要求，另一方面要满足续驶里程的要求，通常以动力性为约束条件，以整车的续驶里程为优化目标函数对速比进行优化，优化的最终目的是使得续驶里程达到最大值。图2-3电机工作效率提高原理图传动系速比的设计必须遵守以下原则：必须保证车速不低于设计的最高车速；必须保证汽车的最大爬坡度要求；当汽车以最常用的速度行驶时，应尽可能地使电机T作于高效率区。与传统汽车相同，增加电动汽车变速器的挡位数，有利于增大利用电动机最大功率的机会，提高汽车的动力性能；同时也可以增大电动机在最佳效率区工作的机会，改善整车的经济性，提高汽车的续驶里程。但是，由于电机具有较好的调速特性，电动汽车传动系的挡位数不宜过多，一般不超过三个挡位，否则会使结构变得复杂，增大体积，从而使整车的质量增加，影响整车的性能。因此在本次的设计中，为充分利用电动机的优势，同时又简化变速器的结构，本旅游客车选择了三个个前进挡，低档保证起步和上坡，中高档保证路面中高速行驶。具体包括P（驻车档）、L（低速档）、M（中速档）、H（高速档）、N（空挡）和R（倒档）。(1)变速器最小传动比的选择电动汽车以最高车速行驶时，是用最小传动比的档位工作的。传动系的总传动比是各部件传动比的乘积，即：（2-15）式中：—变速器的传动比：一主减速器的传动比6.17。最小传动比的选择要满足最高车速的要求，即有下式：（2-16）式中：一电动机的最高转速(r／min)；r一轮胎滚动半径(m)；一最高车速(km／h)。(2)变速器最大传动比的选择确定传动系最大传动比时，应考虑两方面问题：最大爬坡度以及地面附着率，确定最大传动比也就是确定变速器L挡传动比。（2-17）式中：一汽车最大爬坡度（14°）；r一客车轮胎半径（0.55m）；一电机最大输出扭矩（N.m）。将该客车对应的参数代入上面两式，可以求得减速器的最小和最大传动比分别为：（2-18）根据研究，变速箱相邻两挡问的传动比比值不宜大于1．7～1．8，否则会造成换挡困难，所以，这里也验证了需要在最大与最小传动比之间再设计一挡传动，定位2.55。最终，选取变速器三个前进挡的传动比分别比为1.68、2.55和4.1。2.5本章小结本章首先分析了车辆行驶过程中的驱动力与行驶阻力，接着对行驶过程中的力与功率的平衡进行了研究，推导出了车辆行驶过程中力与功率的平衡方程，得出了车辆行驶条件。最后提出了根据车辆动力性能需求对动力传动系统参数中的电动机功率、变速器传动比、电池组数量等主要参数的选择与匹配方法。从而为纯电动旅游客车的动力传动参数设计提供依据和方法。

第三章纯电动旅游客车的动力电池的匹配上一章主要从整车的动力性要求对驱动电机以及变速器的参数进行了初步的确定，本章将对纯电动汽车的能量源—蓄电池进行匹配。动力电池是整车的驱动能量源，为整车提供驱动电能。电池的形状、体积和技术参数影响电动汽车的行驶性能，是电动汽车最重要的子系统之一。电动汽车动力电池的参数匹配主要包括电池类型的选择、电池组电压和电池容量的选择。3.1电动车动力电池技术多年的研究和使用表明，电动汽车的性能在很大程度上取决于其所使用的储能动力源。由于蓄电池的能量密度和功率密度总体上比汽油的能量密度和功率密度要小，为保证电动汽车的动力性，需要大量的蓄电池，在这种情况下，电动汽车的重量就比内燃机汽车的重量大，成本也较高。因此，要使电动汽车真正进入消费市场，研究和开发高性能动力电池、改进相关的应用技术就显得十分重要。蓄电池的性能参数包括能量密度、功率密度、能量效率、充电率以及循环使用寿命等。目前电动汽车上常用的几种动力蓄电池有：铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、锂离子蓄电池[1、8、12]。①铅酸蓄电池铅酸蓄电池技术较为可靠，生产工艺成熟，具有成本低，单体电池电压高，可靠性好等优点，在电动汽车发展早期应用广泛。但是其能量密度小、过充电和过放电性能差、易自放电、寿命短加上铅对人体有毒等缺点，正逐渐被性能高的蓄电池所取代。②镍氢蓄电池镍氢蓄电池具有较高的能量密度和功率密度、过放电和过充电性能好、低温性能好、使用寿命长，并可以实现快速充电等优点。因其具有很强的吸引力，镍氢电池正逐步取代镍镉电池。镍氢电池的续驶里程和使用寿命是铅酸电池的两倍，其能量密度和峰值功率密度在实际使用中较高，在目前已经上市的混合动力电动车辆中，大多数都采用镍氢电池，大有后来者居上的趋势。③镍镉蓄电池镍镉电池是一种碱性电池，是EV、FCEV和HEV首选电池之一。镍镉电磁的比能量可达到55W.h/kg，比功率可超过225w/kg。极板强度高，工作电压平稳，能够带电充电，并可以快速充电。镍镉电池过充电和过放电性能好，有高倍率的放电特性，瞬时脉冲放电率很大，深度放电性能也好。循环使用寿命长，可达到2000次或7年以上，是铅酸电池的两倍。采用全封闭外壳，可以在真空环境中正常工作。低温性能较好，能够长时间存放。④锂离子蓄电池锂离子蓄电池和锂聚合物电池受到美、日、欧等电动汽车研究者的高度重视，其具有能量密度高、充电效率高、工作电压高、估计剩余电量容易等优点。在能量密度、放电率、充放电寿命及密封性等方面均满足了USABC（美国先进电池联合体）的中期目标，具备优良的电动汽车车用电池的性能。但是，锂离子蓄电池存在快速充、放电性能差、低温性能差，过充、放电保护差；初始投入费用高，价格高等缺点[13]。这几种蓄电池的主要性能指标如表3-1所示。表3-1几种蓄电池的性能比较电池类型能量密度（Wh/kg）功率密度（W/kg）循环寿命（次）续航里程（mile）充电时间（h）能量效率（%）可回收利用率（%）一般的铅酸电池33130400608-176597Horizon铅酸电池42340800100＜5-100镍镉电池57200200012086599镍氢电池70250600250＜69090锂电池1003001200195＜3-503.2动力电池的匹配原则动力电池类型的选择要符合电动汽车的运行要求。电动汽车要求动力电池具有较高的比能量和比功率，以使得满足设计要求的动力蓄电池系统做到尽可能小和轻，从而增加整车布置的灵活性和提高整车能耗经济性，与此同时，还希望动力蓄电池系统的充放电循环寿命与汽车使用寿命相当，拥有高效率、良好的性价比以及免维护特性。动力电池的电压等级要与电动机电压等级相一致且满足电动机电压变化的要求。同时，由于电动空调、电动真空泵和电动转向助力泵等附件也消耗一定的电能，所以电池组的总电压要大于电动机的额定电压。动力电池一般有能量型与功率型两种，为满足电动汽车的行驶要求，采用能量型电池，匹配时主要考查电池的能量，即电池应具有较大的容量，以增加车辆的续驶里程。电池容量与其功率成正比，容量越大，其输出的功率越大，所以其输出功率均能满足整车电力系统的要求，因此主要是根据其续驶里程来确定电池容量，并且确定的电池容量还须符合市场现有产品的标准，并通过对现有产品反复验证进行设计。总的来说，一般期望蓄电池系统满足如下性能要求：①能量密度高，以提高整车能耗经济性，延长续驶里程；②输出功率密度高，以满足包括整车动力性能和各种能耗附件的综合性能在内的驾驶性能要求；③工作温度范围宽广，以满足夏季高温和冬季低温的运行需要；④循环寿命长，保证电池的使用年限和汽车设计行驶总里程相匹配；⑤无记忆效应，以满足车辆在使用的时候常处于非完全放电状态下充电的需要；⑥自放电率小，满足车辆较长时间搁置的需求；⑦电池安全性好、可靠性高及可循环利用等。对于纯电动汽车而言，蓄电池是整车唯一的能量来源，一方面蓄电池携带的能量要满足续驶里程设计要求以及各种附件的能耗需求；另一方面蓄电池所携带的能量越多，又意味着电池的重量越大，从而会影响整车的质量，这会对整车能耗经济性不利，因此，综合考虑以上两方面因素，对蓄电池容量和组数作出合理匹配，对整车轻量化设计和能耗经济性有着很大影响；此外，在不同行驶工况下纯电动汽车SOC变动范围相对较大，而SOC对蓄电池的输出功率有明显影响，因此，确保在蓄电池SOC设定范围内其功率输出能力能够覆盖整车功率总需求，也是蓄电池参数匹配时必须考虑的[28]。3.3本研究所用动力电池及电池组容量选择长期以来，铅酸电池以其工艺成熟、性能稳定以及售价低廉等优点得到了广泛的应用；但由于其重量和体积大、充电时间较长以及寿命短，使得PEV一次性充电行驶里程和运行效率都不能满足实际运营需要。镍镉电池由于具有很好的充放电倍率特性，出现后也得到一定发展，但是由于其具有记忆效应、含重金属存在环境污染等问题而没有被限制使用。1990年，镍氢电池出现并以其充放电倍率大、无环境污染隐患、无记忆效应等优点在HEV上得到了广泛应用，但镍氢电池工作电压低(1．2v)，为了达到一定的电压等级需要大量电池串联，随之而来的一致性问题使其在PEV上的应用受到一定的限制。1991年，锂离子电池推出以后，以其工作电压平台高、质量比能量和体积比能量大(理论比容量达到3860mAh／g)、无环境污染、工作温度范围宽广、自放电率低、无记忆效应、充放电效率高、寿命长等显著优点得到人们的广泛认同，并迅速在、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、蓝牙设备、MP3、MP4等便携式设备上得到了广泛的应用和迅猛的发展，成为化学电源中最重要的成员之一，也是新一代电动汽车的理想动力源。在本设计中，选用磷酸铁锂电池作为动力电池。锂离子电池正在向型号多样化、高性能、低成本、更安全的方向发展，其应用领域J下在进一步拓宽，用于电动车的锂离子电池已开始进入市场，随着单电池容量的大幅度增加和电池串联级数的提高，锂离子电池的安全性问题变得尤为突出。锂离子电池使用过程中发生安全事故的主要原因是电池中大的短路电流使电池局部温度升高，正极中氧和有机电解液溶剂发生剧烈反应，从而导致电池起火或者爆炸。自1996年日本的N1vr首次揭露AyMP04(A为碱金属，M为CoFe两者之组合：LiFeCOP04)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John．B．Goodenough等研究群，也接着报导了LiFeP04的可逆性地迁入脱出锂的特性，使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn204和层状结构的LiC002相比，LIMP04的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染[13]。磷酸铁锂动力电池具有以下七大优势：l、超长寿命。长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电(5小时率)使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年一，最多也就1-1.5年时间，而磷酸亚铁锂电池在同样条件下使用，将达到7-8年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。2、使用安全。磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。3、可大电流快速充放电。4、耐高温。磷酸铁锂电热峰值可达350℃一500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20C一+75C)，有耐高温特性的磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。5、大容量。6、无记忆效应。可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。7、绿色环保。该电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属)，无毒(SGS认证通过)，无污染，符合欧洲Rolls规定，为绝对的绿色环保电池证。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境造成二次污染，而磷酸铁材料无论在生产及使用中，均无污染。通过参考其他现有电动汽车配置和查阅资料，选定磷酸电池的参数如下表3-2。表3-2磷酸电池参数表项目参数额定容量20AH额定电压放电截止电压内阻＜10mΩ充电电压充电电流标准充电0.5C，快速充电1C放电电流1C，最大5C（10秒）工作温度充电：0℃-55℃，放电：-20℃-60℃循环寿命2000次电池尺寸30*78*160mm电池质量640g±10g为了更方便地研究蓄电池质量对续驶里程的影响，首先介绍电动汽车的续驶里程，续驶里程是反映电动汽车行驶性能的一个重要指标，整车的续驶里程应按照国家标准，或按照制造厂要求进行评价。本文参照国家标准选择80km/h等速行驶工况来评价续驶里程，设计要求是达到200km。考虑电机和电机控制部分效率，车辆在水平路面上以=80km/h匀速行驶时所需功率为（3-1）代入参数，可得（3-2）行驶200km所需的能量为（3-3）代入参数，得（3-4）动力电池数量为（3-5）式中：一动力电池数量；一续时里程（km）；一电池额度容量（AH）；一单体电池工作电压（V）。代入参数，可得由上式可知，车速为80km／h，续驶里程为200km时所需动力电池数为3593块。综合考虑电池的老化及其不均衡性，以及电池包结构设计和电机额定电压的匹配，确定电池包单体动力电池总数为3600块。并考虑到串联电压和并联容量问题，采用单箱5串24并结构，整车所需电池参数见表3-3。表3-3所需电池参数单体电池电压单体电池容量电池组总电压单箱电池组容量箱体参数总箱数单箱质量总质量20Ah480V480Ah5串24并302304kg3.4本章小结本章分析了动力蓄电池匹配的原则以及对纯电动汽车整车性能影响的重要性。研究了电动汽车续驶里程的影响因素，分析了电池质量对整车动力性和经济性的影响，在满足能量要求的基础上，根据电动客车的匹配原则。对电动客车的动力电池进行选型和匹配，选取了磷酸铁锂电池作为本车的动力电池，并进行数量计算，得出结论。

第四章纯电动旅游客车总布置设计在汽车的主要技术方案初步确定之后，进一步要做的工作就是根据设计任务书中规划的设计目标和设计原则，详细地确定客车整车的综合技术参数和指标，选择构成客车整车的主要总成的类型及其应有的技术参数，明确将这些总成相互连接以构成汽车整车的方式，并最终以文字、模型和示意图的形式将它们表现出来。一般来说，满足某一特定的设计目标的整车和主要总成的形式、技术参数往往不是单一的，会有多种选择，因此需要遵循选择汽车参数和指标的基本原则以及设计任务书中规定的设计原则，对不同的选择方案分析比较，从中选出最合适的方案。4.1整车最终技术参数确定汽车的主要参数包括汽车的尺寸参数、质量参数和性能参数等，在前面几章的内容中已经确定了大部分本客车的技术参数，本节将根据客车参数设计的基本原则和参考一些其他同类型车辆的参数选取经验，对本设计中的客车剩余主要参数进行选取和确定。4.1.1客车的轴距的确定轴距是指客车前后车轴之间的距离。轴距越短，车辆本身就轻些，最小转弯直径也小，纵向通过角大，通过性好。但轴距过短，会带来一系列缺点：车厢长度不足和后悬过长，制动或上坡时轴荷转移过大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏，车身纵向角振动过大。因此，确定轴距应综合考虑各方面的要求，在确保设设计车型的主要性能、装载面积和轴荷分配等方面均得到满足的前提下，把轴距设计得短些为宜。轿车的轴距与其级别、用途、总长有密切关系。总高级轿车对乘坐舒适性、行驶平顺性和操纵稳定性要求高，故轴距应设计得长些；普通和微型轿车要求轻和短，以达到成本低、机动性好的目的，轴距宜取得短些[17]。轿车的轴距与总长之间要有适当的比例，一般轴距为总长的44%-55%。而作为城市或旅游大客车，10-12米的客车的轴距大多为4.5-6.5m之间。4.1.2客车前后悬的确定汽车的前悬是通过两前轮中心的垂面与抵靠在车辆最前端并垂直于汽车纵向对称平