电动汽车驱动系统设计

摘要随着世界环境的污染、全球石油危机日益严重而带动的石油价格不断上涨给汽车工业带来了不可忽视的冲击，也增强了人们开发新能源的意识，而新能源汽车更是人们关注的一大焦点。由于时代的发展，社会的进步，我国的经济发展形势，较之于过往，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是得到了大力的提升和系统性的发展，交通运输业在这样的一种时代背景之下，也呈现出大力的发展和系统性的盛行的态势，汽车的数量较之于过往，呈现出大幅度的增长和着力的攀升的发展态势。交通拥挤状况较之于从前，形势也是严峻了很多，撞车事件在平时的交通运输的过程中，发生的综合概率相对也是较高的，最终导致了人们，不管是从个人的人身安全的层面上，还是从实际的经济损失的层面上，都是遭受了重大的损失的。能源危机、环境污染以及温室效应等诸多的问题，越来越多的引起了人们的关注和重视，这对于汽车行业在具体的实施过程中，也是提出了更高的实际性的发展要求，一方面要对传统的汽车在具体的运行过程中存在的诸多的问题，进行必要的节能减排等诸多措施的控制和系统的处理之外，对于当前的汽车产业来讲，不断的实现新能源产业的重点的管理和大力的发展，也成为了当下一个重要的发展主题。纯电动汽车由于在具体的运行过程中，更加的节能减排，因而在后续的发展过程中，其综合的发展潜力是非常巨大的，故而，不管是从国内的层面上，还是从国外的层面上，对于这一问题以及这一技术，都是加大了关注和重点的研究，以期能够实现其普及性的应用和发展，进而最终不管是从能源的层面上，还是从环境污染的问题上，都能够得到较大程度的解决。各国政府及汽车企业都纯电动形式的汽车作为主要的研究方式和重点的研究手段，以期实现纯电动形式的汽车的大力的发展，这也为纯电动形式的汽车，在具体的实施和系统性的发展过程中，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是奠定了较为坚实的发展基础，也是为其在具体的实施过程中，创造了良好的发展形势。本文主要采用的技术有：电动机的转矩、转速、功率。电动机的主要调速方式。关键词：电动机、发动机、转矩、变频调速、交流电动机、EV

目录第一章前言1第二章电动汽车构造与原理2第一节电动车的种类2第二节蓄电池电动车4第三节燃料电池电动车10第三章电动车动力及控制设计12第一节电动车驱动电机种类12第二节直流驱动电动机14第三节交流驱动电动机18第四节直流电动机的控制21第五节三项交流电动机的控制24第四章我国电动汽车的缺陷27第五章电动汽车的发展趋势29致谢31附录一32附录二33参考文献39PAGE20前言

我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年成递增趋势。由于时代的发展，社会的进步，我国的经济发展形势，较之于过往，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是得到了大力的提升和系统性的发展，交通运输业在这样的一种时代背景之下，也呈现出大力的发展和系统性的盛行的态势，汽车的数量较之于过往，呈现出大幅度的增长和着力的攀升的发展态势。交通拥挤状况较之于从前，形势也是严峻了很多，撞车事件在平时的交通运输的过程中，发生的综合概率相对也是较高的，最终导致了人们，不管是从个人的人身安全的层面上，还是从实际的经济损失的层面上，都是遭受了重大的损失的。汽车的综合数量呈现出较大程度的提升和高效的加强，进而使得汽车的用油量也呈现出较大程度的增加的态势，2009年，我国以6200万辆的汽车保有量共消耗了1.3亿吨成品油，占全国汽柴油总产量的63.2%，相比2008年净增加了1600万吨。自从1993年起我国的石油主要的来源是依赖于进口，此后我国的石油对外依存度由当年的6%逐年增加，2009年我国石油对外依存度己高达52%，超过了50%的安全警戒线，这意味着我国的能源正遭受着严重的能源危机，能源每一年的需求量都是呈现出较大程度的提升和高效的加强的态势的完成和实施，2011年甚至超过了美国，达到了56.5%。由于我国的能源，每一年都是以一种高速发展的状态呈现出一种持续增长的态势，我国的石油在于外界的依赖度也是逐年上涨的发展趋势，预计到2015年将达到60%。2020年达到65%，汽车行业预测：到2020年我国汽车用油缺口将达到1.3亿吨。由于我国的汽车的综合数量的不断的增加，并且由于汽车的数量的增加，导致的汽车能源的消耗量呈现出大幅度的提升的态势，汽车的尾气排放问题，也成为了当前需要重点的关注的问题，汽车的尾气排放，对于我国的环境污染问题，是造成了重大的威胁的。2010年，我国机动车排放污染物总共达到了5.2亿吨，这其中，汽车是造成这样的一种严重的污染现象的最为核心的原因。从当前的实际发展形势上来看的话，我们不难发现，汽车尾气排放也是当前各个大中型城市，需要重点的关注和系统性的予以解决的重要问题。除此之外，在对于二氧化碳的排放过程中，有25%来自于汽车，我国的二氧化碳排放在整个全球的范围内来看的话，占据的综合比重也是非常大的。汽车尾气对于环境造成的重大的污染问题，也是当前迫切的需要整治和重点的完善的问题，也是当前需要在实际的环境污染等诸多问题实施的过程中，重点的关注和系统性的予以治理的重要问题，因而，其重要性以及其迫切性，是不言而喻的。纯电动汽车以车载二次电源作为储能方式，将电力作为汽车运行的动力，较之于过往的那种较为传统的汽车能源模式来讲的话，具有零排放、低噪声并且综合的结构相对是较为简单等诸多的优势特点，而相比燃料电池，在具体的实施过程中，是能够更好的实现其自身的产业化的运行以及产业化的大力的发展态势的完成，在当前这样的一种实施环境之下，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是受到了世界范围内的高度的关注和广泛性的重视。从当前的实际发展形势上来看的话，我们不难发现，纯电动汽车的产业化已经成为了汽车产业在具体的运行和实际的发展过程中的尤为核心的控制方向和具体的控制目标了，与此同时，这也对提升当前这样的一种汽车的综合性能，提出了更为迫切的实际需求和客观的发展需求的完成和建立。从电动系统的综合发展层面上来看的话，我们不难发现，为电能储存在蓄电池中是降低电池电量消耗和提高续航里程的重要技术手段。对其实际的发展思想和客观的发展方向做出了重点的说明和系统性的管理，以期能够取得较好的成效，并且在具体的使用过程中，能够得到较大程度的发展。

电动汽车构造与原理电动车的种类电动汽车的分类，如图2-1电动汽车类型纯电动汽车车电动汽车类型纯电动汽车车混合动力汽车燃料电池汽车车车车铅酸蓄电池钠硫电池镍锌电池空气电池锂离子电池内燃机+电池燃料电池蓄电池燃料电池电容+太阳能蓄电池+电容（飞轮）蓄电池燃料电池储能器电容飞轮H2燃料电池甲醇燃料电池重燃料电池图2-1目前纯电动汽车主要有蓄电池电动车和燃料电池电动车。蓄电池电动车是由充电式蓄电池为能源的电动车。目前这种电车普遍使用的电池一般都是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池又有很多种类，常见的有个干电式蓄电池、湿荷电式蓄电池、阀控式蓄电池、免维护蓄电池、胶体蓄电池、水平板式蓄电池等。第二节蓄电池电动车2.2.1结构如图2-2加速器加速器控制器电池接触器电动机变速器/差速器车轮图2-2动力电池组还有DC/DC转换器。通常有“集中”布置和“分散”布置两种形式。交流电动机的使用还是以三相交流异步电动机为主。

2.2.2电动车原理1、蓄电池有关电池的常见术语

放电：电池向外电路输送电流的过程。

电池极端：电池连接外电路的部件。

恒压充电：充电时保持充电器端电压不变的一种充电方法。

恒流充电：充电时保持充电电流不变的一种充电方法。

动力铅酸蓄电池有以下几个特点：

（1）性能可靠，冲放电可逆性好。

（2）循环次数多，寿命长。

（3）结构简单，价格低廉。2、电池组的管理系统

动力电池组的管理系统包括对动力电池组的充电和放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、电池的温度等进行控制。电池组管理系统组成

电池管理系统；电线线路管理系统。动力电池组管理系统的功能和作用

动力电池组管理系统要承担动力电池组的全面管理，一方面保证动力电池组的正常运作，显示动力电池组的动态响应并及时报警，使驾驶员随时都能掌握动力电池组的情况。2.2.3驱动电机和驱动系统

电动车的驱动系统由集中驱动系统和轮毂驱动系统两驱动系统。

其特征如表2-1所示：（1）传统驱动模式

（2）电动机—驱动桥组合式驱动系统

（3）电动机—驱动桥整体式驱动系统

（4）轮毂电动机分散驱动系统表2-1EV的驱动系统总体布置形式、结构模型、特征项目结构模型特征传统的驱动模式1.电动机代替发动机；2.仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成；3.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）等各种驱动模式；4.结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能电动机—驱动桥组合式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，形成电动机—驱动桥组合式驱动系统；2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；3.传动机构紧凑，传动效率高，安装方便电动机—驱动桥整体式驱动系统1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，电动机有一个空心轴，有一个驱动桥的半轴从电动机空心轴中通过；2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；3.传动机构紧凑，传动效率高，可以作为驱动桥布置在车架下面轮毂电动机分散驱动系统1.电动机装在车轮轮毂中，可以有4×2和4×4两种布置方式，各个车轮之间的同步转动或差速转动由中央控制器的计算机系统控制；2.4×2布置方式有双前轮驱动模式和双后轮驱动模式；3.4×4布置方式可以实现4轮驱动模式;4.能腾出大量有效空间，便于布置第三节燃料电池电动汽车2.3.1燃料电池电动汽车的构成

发展新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（PEV）以及燃料电池汽车（FCEV）是实现我国的环境可持续化以及能源可持续化发展的一个尤为核心的发展趋势。纯电动汽车以车载二次电源作为储能方式，将电力作为汽车运行的动力，较之于过往的那种较为传统的汽车能源模式来讲的话，具有零排放、低噪声并且综合的结构相对是较为简单等诸多的优势特点，而相比燃料电池，在具体的实施过程中，是能够更好的实现其自身的产业化的运行以及产业化的大力的发展态势的完成，在当前这样的一种实施环境之下，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是受到了世界范围内的高度的关注和广泛性的重视。从当前的实际发展形势上来看的话，我们不难发现，纯电动汽车的产业化已经成为了汽车产业在具体的运行和实际的发展过程中的尤为核心的控制方向和具体的控制目标了，与此同时，这也对提升当前这样的一种汽车的综合性能，提出了更为迫切的实际需求和客观的发展需求的完成和建立。从电动系统的综合发展层面上来看的话，我们不难发现，在制动和滑行工况时将电动车行驶的惯性能量（包括动能和势能）通过这样的一种电机的较大程度的实施和系统性的转换态势的完成，为电能储存在蓄电池中是降低电池电量消耗和提高续航里程的重要技术手段。一些国内外学者研究了混合动力汽车制动工况的再生制动，他们也是创建了一系列的相关研究理论和客观的研究模型，对其实际的发展思想和客观的发展方向做出了重点的说明和系统性的管理，以期能够取得较好的成效，并且在具体的使用过程中，能够得到较大程度的发展。

2.3.2燃料电池电动汽车的种类

目前常见的方法有三种。

1、是根据汽车是否带有储能设备（如蓄电池、飞轮等）分类，据此可把燃料电池汽车分为纯燃料电池汽车和混合（复合）式燃料电池汽车。

2、根据燃料特点把燃料电池汽车分为直接燃料电池汽车和重整燃料电池汽车。

2.3.3燃料电池电动汽车动力系统的工作原理

如图2—3所示图2-3燃料电池电动汽车动力系统的工作原理2.3.4燃料电池电动汽车的驱动形式

目前，燃料电池可以采用的电机驱动系统有直流电机驱动系统、异步电机驱动系统、同步电机驱动系统和开关磁阻电机驱动系统。第三章电动车动力及控制设计第一节电动车驱动电机种类整车控制技术与电机技术和电池技术是当前电动汽车技术在具体的实施和系统性的发展过程中的尤为核心关键的技术。从当前的发展形势上来看，并且完成对相关事宜的良好的指导和系统性的开发事宜的完成。维持在一种最为优质的状态之下，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，意义都是非常重大的，也是当前迫切的需要重点的关注和着力解决的问题之一。他在具体的发展过程中，最为核心的控制方式和控制技术，表现的最为明显的就是汽车的核心构架上、转矩控制策略以及对整车和各系统部件的能量管理上。3.1.1驱动电动机的种类

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、交流感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。3.1.2电动车驱动电机电动汽车由电动机驱动，电动机是电动汽车的关键部分。对驱动系统的要求是很高的，主要有：1．电动汽车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为3～4），加速性能好，使用寿命长的特点。2.电动汽车用电动机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。第二节直流电动机3.2.1电动机的基本构造

转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇组成。3.2.2直流电动机的工作原理如图3-1直流电动机的工作原理图图3-1这就是直流电动机的各种原理3.2.3直流电动机的运动特性与特点

1、运动特性

如图电电机－永磁转速－转矩变化曲线，固定转矩A转速电流电流转矩NS图3-2直流电动机特性曲线图电电机－串励电枢电流＝励磁电流转速－转矩变化曲线，固定转矩A励磁绕组转速电流电流转速电枢图3-3直流串励电动机特性曲线电电机－他励励磁和电枢独立受控转速－转矩变化曲线，可变转矩励磁绕组转速电流流电转速A电枢图3-4他励电动机特性曲线2、特点

直流电动机的构造较复杂，价格也比交流电动机昂贵,维护维修也较困难。

第三节交流驱动电机3.3.1三相异步感应电动机1、三相异步感应电动机的结构此外，还有端盖、轴承、风扇、风扇罩、接线盒、吊环等其他附件。

2、三相交流异步电动机的工作原理如下图3-5所示。

图3-5该力对转轴形成转矩（称电磁转矩），并可见，它的方向与定子旋转磁场（即电流相序）一致，于是，电动机在电磁转矩的驱动下，顺着旋转磁场的方向旋转，且一定有转子转速。3、三相交流异步电动机的机械特性如图3-7汽车发动机的特性曲线图图3-6T=9550P/n图3-7T=9550P/n3.3.2其他交流电动机1．单相异步电动机定子由机座和带绕组的铁心组成。铁心由硅钢片冲槽叠压而成，槽内嵌装两套空间互隔90°电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副绕组）。第四节直流电动机的控制3.4.1直流串励电动机如图3-8所示加速器给控制器一个调速信号，然后由控制器来控制励磁电流的大小。图3-8串励电动机控制电路详见附录一串励电动机的特点：1、电枢线圈与励磁线圈串联2、电枢电流与励磁电流相同3、无再生制动，释放加速器，一般只能滑行，无平滑制动；只能反接制动，能量通过电机发热消耗，对电机损伤较大根据需要选择速度和转矩。3.4.2直流他励电动机如图3-9所示图3-9他励电动机的特点：1、励磁线圈与电枢线圈各自独立，便于换向，励磁电流小于电枢电流，优越的制动性能。2、在选择转矩和速度曲线之间有更大的空间，控制器必须与电机相匹，满足爬坡所需的速度和转矩。如图3-10他励电动机改变电动机电枢的供电电压调速特性图图3-10第五节三项交流电动机的控制3.5.1结构这一技术也使电动汽车得到快速发展。其结构如下图3-11直流电源直流电源DC/AC逆变器变频控制器控制信号三项交流异步电动机变速器/差速器车轮车轮图3-113.5.2变频调速

三相异步电动机转速公式：n=60f/p（1-s）其特点：1、效率高，调速过程中没有附加损耗2、应用范围广，可用于笼型异步电动机3、调速范围大，特性硬，精度高4、技术复杂，造价高，维护检修困难对变频调速的要求：（1）主磁通，以防止定子铁心过饱和；（2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩）尽可能保持不变。保证电机可靠运行。变频调速分为：（1）、基频以下的变频调速（2）、基频以上的变频调速基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速；变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围宽；频率连续可调，可以实现无级调速变频调速相见附录二3.5.3电动车的起步和加速目前市场上的大部分电动车在起步是电动机的转速是通过加速器由0加速到正常行驶转速。第四章我国电动汽车的缺陷续驶里程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。蓄电池使用寿命太短

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。

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。电动汽车价格昂贵

电动汽车蓄电池的价格约为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。

第五章电动汽车的发展趋势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。驱动电机呈多样性发展

美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制器技术较复杂。

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。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。由于时代的发展，社会的进步，我国的经济发展形势，较之于过往，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是得到了大力的提升和系统性的发展，交通运输业在这样的一种时代背景之下，也呈现出大力的发展和系统性的盛行的态势，汽车的数量较之于过往，呈现出大幅度的增长和着力的攀升的发展态势。交通拥挤状况较之于从前，形势也是严峻了很多，撞车事件在平时的交通运输的过程中，发生的综合概率相对也是较高的，最终导致了人们，不管是从个人的人身安全的层面上，还是从实际的经济损失的层面上，都是遭受了重大的损失的。能源危机、环境污染以及温室效应等诸多的问题，越来越多的引起了人们的关注和重视，这对于汽车行业在具体的实施过程中，也是提出了更高的实际性的发展要求，一方面要对传统的汽车在具体的运行过程中存在的诸多的问题，进行必要的节能减排等诸多措施的控制和系统的处理之外，对于当前的汽车产业来讲，不断的实现新能源产业的重点的管理和大力的发展，也成为了当下一个重要的发展主题。纯电动汽车由于在具体的运行过程中，更加的节能减排，因而在后续的发展过程中，其综合的发展潜力是非常巨大的，故而，不管是从国内的层面上，还是从国外的层面上，对于这一问题以及这一技术，都是加大了关注和重点的研究，以期能够实现其普及性的应用和发展，进而最终不管是从能源的层面上，还是从环境污染的问题上，都能够得到较大程度的解决。各国政府及汽车企业都纯电动形式的汽车作为主要的研究方式和重点的研究手段，以期实现纯电动形式的汽车的大力的发展，这也为纯电动形式的汽车，在具体的实施和系统性的发展过程中，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是奠定了较为坚实的发展基础，也是为其在具体的实施过程中，创造了良好的发展形势。

通过这样的一次毕业设计过程中的亲自动手实践的过程，我能够学到很多平时在书本中学不到的较多的知识，不仅是增长了我的见识，更多的是扩充了我的生活阅历，客观来讲，主要可以总结为以下几个方面：1、在这样的一次毕业设计，动手操作实践的过程中，