電動汽車結(jié)構(gòu)與原理本科畢業(yè)論文

1、 目錄摘要1第一章 電動汽車定義分類及電動汽車優(yōu)缺點(diǎn)41.1電動汽車的定義和分類41.2各類電動汽車的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)41.3電動汽車優(yōu)缺點(diǎn)8第二章 電動汽車的電池92.1電動汽車電池的分類92.2電池的性能參數(shù)102.3 電池組112.4電池保養(yǎng)12第三章 電動汽車的電動機(jī)133.1電動機(jī)的分類及要求133.2電動機(jī)的工作原理143.3電機(jī)結(jié)構(gòu)153.4電機(jī)性能要求17第四章 電動汽車的速度控制器204.1速度控制器的功能204.2速度控制器的分類214.3速度控制器的系統(tǒng)224.4速度控制器的維修方法23第五章 電動汽車的發(fā)展及建議255.1行業(yè)發(fā)展255.2發(fā)展電動汽車的必要性255.

2、3問題及建議26結(jié)束語28參考文獻(xiàn)28摘要各種汽車已經(jīng)成為人類生產(chǎn)和生活文化娛樂活動的重要工具和設(shè)施，隨著世界汽車保有量的日益增加，汽車帶來的環(huán)境污染、能源短缺、資源枯竭和安全等問題已給人類造成很大的危機(jī)。為了保持國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保持人類居住環(huán)境和保證能源供給，在尋求解決辦法時，各國政府和汽車行業(yè)認(rèn)識到電動汽車具有良好的環(huán)保性能和燃料的多樣性能，電動汽車的研發(fā)已經(jīng)成為汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。電動汽車具有良好的環(huán)保效果、噪音低、熱效率高、排放的廢熱高、可回收利用的能量高等優(yōu)點(diǎn)，并且可以改善能源結(jié)構(gòu)，解決汽車替代能源問題。所以對于從事汽車行業(yè)的人，對于電動汽車結(jié)構(gòu)與原理是十分必要的。電動汽工作原理：

3、蓄電池電流電力調(diào)節(jié)器電動機(jī)動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動汽車行駛（roab)。電動汽車的結(jié)構(gòu)：除了內(nèi)燃機(jī)和與之有關(guān)的進(jìn)氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)外，汽車造型、車身、底盤、系統(tǒng)，甚至駕駛員操作習(xí)慣都被保留下來。一般來說電動汽車有電源供給系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和能源管理等四個子系統(tǒng)。車的種類：純電動汽車(bev)、混合動力汽車(hev)、燃料電池汽車(fcev)。本文從電動汽車的定義和分類開始介紹電動汽車，接著介紹了電動汽車的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)一步介紹了各類電動汽車的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。二到四章介紹了電動汽車的電池、電機(jī)和速度控制器。最后說了電動汽車發(fā)展存在的問題，并且給出了一些建議。

4、希望我國的電動汽車能走上健康的快速發(fā)展之路。在整理寫作過程查閱了大量的書籍。在此，謹(jǐn)向這些書籍的作者表示衷心的感謝。關(guān)鍵詞：電動汽車 電動機(jī) 燃料電池 結(jié)構(gòu)及原理abstracthas become an important tool for a variety of automotive and human production facilities and living cultural and recreational activities, with the worlds growing car ownership, car bring environmental pollution,

5、 energy shortages, resource depletion and other safety issues have caused great to humans crisis. in order to maintain the sustainable development of the national economy, to keep the human living environment and ensure energy supply, in seeking solutions to the automotive industry and governments r

6、ecognize the diversity of electric vehicles can be good environmental performance and fuel, electric vehicle research and development has become automotive industry hotspot. electric car with good environmental effect, low noise, high thermal efficiency, waste heat emission high energy advantages re

7、cyclable, and can improve the energy structure, to solve the problem of alternative energy cars. so for people in the automotive industry, for electric vehicle structure and principles is essential. ev works: battery - current - power regulator - motor - drivetrain - drive cars . structure of electr

8、ic vehicles: in addition to the internal combustion engine and related thereto outside the intake system, fuel supply system, exhaust system, transmission system, booting the system cooling system, car styling, body, chassis systems, and even the driver operating habits are retained down. generally

9、a power supply system for electric vehicles, drive systems, control systems and four subsystems energy management. types of vehicles: pure electric vehicles (bev), hybrid electric vehicle (hev), fuel cell vehicles (fcev). from the beginning of this article describes the definition and classification

10、 of electric cars electric vehicles, then introduces the advantages and disadvantages of electric vehicles, and further describes the working principle and key technologies of various types of electric vehicles. two to four chapters introduce the electric car batteries, motors and speed controllers.

11、 finally, said the problems in the development of electric vehicles, and gives some suggestions. i hope our country can embark on the rapid development of electric vehicles, the road to health. inspection in the finishing process of writing a lot of books. here, the authors of these books would like

12、 to express my heartfelt thanks.keywords:electric vehicle, electromotor, fuel cell, structure and princiole.第一章 電動汽車定義分類及電動汽車優(yōu)缺點(diǎn)1.1電動汽車的定義和分類1、 電動汽車的定義電動汽車(ev)是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。二電動汽車的分類電動汽車汽車主要分分為三類：1.純電動汽車(bev) 2.混合動力汽車3.燃料電池汽車。1.2各類電動汽車的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)1.純電動汽車純電動汽車是一種由電動馬達(dá)而不是汽油發(fā)動機(jī)提供

13、動力的汽車。純電動汽車的工作原理：蓄電池通過整流和逆變器后通過變壓器變壓，變壓器副邊根據(jù)需要選擇幾個繞組，電壓器輸來的高頻交流電整流為直流，分別給照明系統(tǒng)，測量系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)供電。測量電壓裝置中需要測量電路中的電壓和電流（輸入輸出，用互感器）進(jìn)行觀測，還有汽車速度，電池溫度等等（用傳感器）。 純電動汽車關(guān)鍵技術(shù)：快速充電技術(shù)、電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)和控制器技術(shù)等。這也是制約電動汽車快速發(fā)展的技術(shù)性問題。圖1-1 奧迪a1 e_tron結(jié)構(gòu)2.混合動力汽車指能夠至少從兩類車載儲存的能量中獲得動力的汽車。它的原理是：采用傳統(tǒng)燃料的，同時配以電動機(jī)/發(fā)動機(jī)來改善低速動力輸出和燃油消耗。國內(nèi)市場上，混合動

14、力車輛的主流都是汽油混合動力。所謂混合動力，靠的是傳統(tǒng)的汽油引擎加上電動機(jī)輸出動力作配合，利用引擎在工作時對蓄電池的充電，將電動機(jī)和引擎產(chǎn)生的動力不斷切換和轉(zhuǎn)化，達(dá)到雙動能推動。這樣的配合以電動機(jī)驅(qū)動為主，引擎驅(qū)動為輔，達(dá)到預(yù)期為減少耗油和廢氣排放的環(huán)保效益。關(guān)鍵技術(shù)： 1.內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)耦合功率分配比的最優(yōu)控制。 2.能量存儲裝置 ( 電池) 要具有較高的比功率。3.需要開發(fā)高性能的電子控制元件。 4.加快電力驅(qū)動系統(tǒng)研究。 用于混合動力汽車的電機(jī)必須要具有良好的可控性和容錯能力。5.需要建立更先進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 (包括靜態(tài)和動態(tài)的)。圖1-2 雪佛蘭mi-ray3燃料電池汽車以燃料電池作

15、為動力電源的汽車。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高23倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。燃料電池汽車的工作原理是，使作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能發(fā)動電動機(jī)，由電動機(jī)帶動汽車中的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動汽車的前后萬向軸、后橋等機(jī)械結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動車輪驅(qū)動汽車。核心部件燃料電池采用的能源間接來源是甲醇、天然氣、汽油等烴類化學(xué)物質(zhì)，通過相關(guān)的燃料重整器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)間接地提取氫元素；直接來源就是石化裂解反應(yīng)提取的純液化氫。電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、控

16、制器技術(shù)。電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)和控制器技術(shù)是電動汽車所特有的技術(shù)，這3項技術(shù)也是一直制約電動汽車大規(guī)模進(jìn)入市場的關(guān)鍵因素。圖1-3本田 fcx clarity1.3電動汽車優(yōu)缺點(diǎn)表1-4 電動汽車優(yōu)缺點(diǎn)純電動汽車優(yōu)點(diǎn)技術(shù)相對簡單成熟，只要有電力供應(yīng)的地方都能夠充電。缺點(diǎn)蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動汽車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，故購買價格較貴，至于使用成本，有些使用價格比汽車貴，有些價格僅為汽車的1/3，這主要取決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠?、電價格?；旌蟿恿ζ噧?yōu)點(diǎn)1采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時

17、，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。2因?yàn)橛辛穗姵?，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。3在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)“零”排放。4有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。5可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。6可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。缺點(diǎn)長距離高速行駛基本不能省油。燃料電車汽車優(yōu)點(diǎn)1零排放或近似零排放。2減少了機(jī)油泄露帶來的水污染。3降低了溫室氣體的排放。4提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。5提高了發(fā)動機(jī)

18、燃燒效率。6運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲。缺點(diǎn)技術(shù)限制比較多第2章 電動汽車的電池2.1電動汽車電池的分類盡管由于化學(xué)電源品種繁多，用途廣泛，外形差別大，使分類方法難以統(tǒng)一，但習(xí)慣上按其工作性質(zhì)及存貯方式不同，一般分為四類表2-1 電動汽車電池分類概念類型一次電池一次電池，又稱“原電池”，即放電后不能用充電的方法使它復(fù)原的電池。換言之，這種電池只能使用一次，放電后電池只能被遺棄了。這類電池不能再充電的原因，或是電池反應(yīng)本身不可逆，或是條件限制使可逆反應(yīng)很難進(jìn)行。銀鋅電池 znkohag2o鋅錳干電池 znnh4clzncl2mno2(c)鋅汞電池 znkohhgo銀鋅電池 znkohag2o二次電池二次電

19、池，又稱“蓄電池”， 即放電后又可用充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而能再次放電，且可反復(fù)多次循環(huán)使用的一類電池。這類電池實(shí)際上是一個化學(xué)能量貯存裝置，用直流電將電池充足，這時電能以化學(xué)能的形式貯存在電池中，放電時，化學(xué)能再轉(zhuǎn)換為電能鉛酸電池 pbh2so4pbo2鎳鎘電池 cdkohniooh鎳氫電池 h2kohniooh鋰離子電池 licoo2有機(jī)溶劑6c鋅空氣電池 znkoho2(空氣)儲備電池儲備電池，又稱“激活電池”，是正、負(fù)極活性物質(zhì)和電解液不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電池。這類電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)變質(zhì)或自放電，因與電解液的隔離而基本上被排除，從而使

20、電池能長時間儲存。鎂銀電池 mgmgcl2agcl鈣熱電池 calicl-kclcacro4(ni)鉛高氯酸電池 pbhclo4pbo2燃料電池燃料電池，又稱“連續(xù)電池”，即只要活性物質(zhì)連續(xù)地注入電池，就能長期不斷地進(jìn)行放電的一類電池。它的特點(diǎn)是電池自身只是一個載體，可以把燃料電池看成一種需要電能時將反應(yīng)物從外部送入電池的一種電池。氫燃料電池 h2koho2肼空燃料電池 n2h4koho2(空氣)2.2電池的性能參數(shù)化學(xué)電池品種繁多，性能各異。常用以表征其性能的指標(biāo)有：電性能、機(jī)械性能、貯存性能等，有時還包括使用性能和經(jīng)濟(jì)成本。我們主要介紹其電性能和貯存性能。電性能包括：電動勢、額定電壓、開路

21、電壓、工作電壓、終止電壓、充電電壓、內(nèi)阻、容量、比能量和比功率、貯存性能和自放電、壽命等。貯存性能主要取決于電池的自放電大小。1.電動勢a.電池的電動勢，又稱電池標(biāo)準(zhǔn)電壓或理論電壓，為電池斷路時正負(fù)兩極間的電位差。b.額定電壓：指該電化學(xué)體系的電池工作時公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓。c.開路電壓:電池的開路電壓是無負(fù)荷情況下的電池電壓。d.工作電壓:系指電池在某負(fù)載下實(shí)際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍。e.終止電壓:系指放電終止時的電壓值，視負(fù)載和使用要求不同而異。f.充電電壓:系指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般的充電電壓要大于電池的開路電壓，通常在一定的范圍內(nèi)。2.內(nèi)阻a.蓄電池的內(nèi)阻包括：正負(fù)極

22、板的電阻，電解液的電阻，隔板的電阻和連接體的電阻等。b.正負(fù)極板電阻目前普遍使用的鉛酸蓄電池正、負(fù)極板為涂膏式，由鉛銻合金或鉛鈣合金板柵架和活性物質(zhì)兩部分構(gòu)成。因此，極板電阻也由板柵電阻和活性物質(zhì)電阻組成。板柵在活性物質(zhì)內(nèi)層，充放電時，不會發(fā)生化學(xué)變化，所以它的電阻是板柵的固有電阻?；钚晕镔|(zhì)的電阻是隨著電池充放電狀態(tài)的不同而變化的。當(dāng)電池放電時，極板的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U(pbso4)，硫酸鉛含量越大，其電阻越大。而電池充電時將硫酸鉛還原為鉛(pb)，硫酸鉛含量越小，其電阻越小。3.容量電池的容量單位為庫侖(c)或安時(ah)。表征電池容量特性的專用術(shù)語有三個：a. 理論容量b. 額定容量c.

23、 實(shí)際容量電池的實(shí)際容量通常比額定容量大10%20%。2.3 電池組電動汽車電池組由多個電池串聯(lián)疊置組成。一個典型的電池組大約有96個電池，充電到4.2v的鋰離子電池而言，這樣的電池組可產(chǎn)生超過400v的總電壓。盡管汽車電源系統(tǒng)將電池組看作單個高壓電池，每次都對整個電池組進(jìn)行充電和放電，但電池控制系統(tǒng)必須獨(dú)立考慮每個電池的情況。如果電池組中的一個電池容量稍微低于其他電池，那么經(jīng)過多個充電/放電周期后，其充電狀態(tài)將逐漸偏離其它電池。如果這個電池的充電狀態(tài)沒有周期性地與其它電池平衡，那么它最終將進(jìn)入深度放電狀態(tài)，從而導(dǎo)致?lián)p壞，并最終形成電池組故障。為防止這種情況發(fā)生，每個電池的電壓都必須監(jiān)視，以確

24、定充電狀態(tài)。此外，必須有一個裝置讓電池單獨(dú)充電或放電，以平衡這些電池的充電狀態(tài)。電池組監(jiān)視系統(tǒng)的一個重要考慮因素是通信接口。就pc板內(nèi)的通信而言，常用的選項包括串行外設(shè)接口(spi)總線、i2c總線，每種總線的通信開銷都很低，適用于低干擾環(huán)境。另一個選項是控制器局域網(wǎng)(can)總線，這種總線在汽車應(yīng)用中被廣泛使用。can總線性能非常好，具有誤差檢測和故障容限特性，但是它的通信開銷很大，材料成本也很高。2.4電池保養(yǎng)一、嚴(yán)禁存放時虧電蓄電池在存放時嚴(yán)禁處于虧電狀態(tài)。虧電壯態(tài)是指電池使用后沒有及時充電。在虧電狀態(tài)存放電池，很容易出現(xiàn)硫酸鹽化，硫酸鉛結(jié)晶物附著在極板上，堵塞了電離子通道，造成充電不足

25、，電池容量下降。虧電狀態(tài)閑置時間越長，電池?fù)p壞越嚴(yán)重。因此電池閑置不用時，應(yīng)每月補(bǔ)充電一次，這樣能較好地保持電動汽車電池保養(yǎng)健康狀態(tài)。二、定期檢驗(yàn)在使用過程中，如果電動汽車的續(xù)行里程在短時間內(nèi)突然下降很厲害，則很有可能是電池組中最少有一塊電池出現(xiàn)斷格、極板軟化、極板活性物質(zhì)脫落等短路現(xiàn)象。因此，應(yīng)及時到專業(yè)電池修復(fù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查、修復(fù)或配組。這樣能相對延長電池組的壽命，最大程度地節(jié)省開支。三、避免大電流放電電動汽車在使用過程中，盡量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導(dǎo)致產(chǎn)生硫酸鉛結(jié)晶，從而損害電池極板的物理性能4、 掌握充電時間在使用過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況準(zhǔn)確把握充電時間，參考平時使用頻率及行駛

26、里程情況，也要注意電池廠家提供的容量大小說明，以及配套充電器的性能、充電電流的大小等參數(shù)把握充電頻次。五、防止曝曬電動汽車嚴(yán)禁在陽光下曝曬。溫度過高的環(huán)境會使蓄電池內(nèi)部壓力增加而使電池限壓閥被迫自動開啟，直接后果就是增加電池的失水量，而電池過度失水必然引發(fā)電池活性下降，加速極板軟化，充電時殼體發(fā)熱，殼體起鼓、變形等致命損傷。六、避免充電時插頭發(fā)熱充電器輸出插頭松動、接觸面氧化等現(xiàn)象都會寺導(dǎo)致充電插頭發(fā)熱，發(fā)熱時間過長會導(dǎo)致充電插頭短路，直接損害充電器，帶來不必要的損失。所以發(fā)現(xiàn)上述情況時，應(yīng)及時清除氧化物或更換接插件。第3章 電動汽車的電動機(jī)3.1電動機(jī)的分類及要求一.電機(jī)分類除了發(fā)電功能外，

27、電動汽車的電機(jī)主要還是起電動機(jī)的，所以我們以電動機(jī)來分類：（只作簡單分類）表3-1 電動機(jī)的分類按工作原理可劃分1.直流電機(jī)2.交流電機(jī)按結(jié)構(gòu)可劃分1.無刷直流電機(jī)2.有刷直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)按材料1.稀土永磁直流電機(jī)2.鐵氧體永磁直流電機(jī)3.鋁鎳鈷永磁直流電機(jī)按用途分1.有驅(qū)動電機(jī)2.控制用電機(jī)。按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分1高速電機(jī)2.低速電機(jī)3.恒速電機(jī)和調(diào)速電機(jī)二電機(jī)要求他們在負(fù)載要求、技術(shù)性能和工作環(huán)境等方面有著特殊的要求：1、電動汽車驅(qū)動電機(jī)需要有4-5倍的過載以滿足短時加速或爬坡的要求，而工業(yè)電機(jī)只要求有2倍的過載就可以了。2、電動汽車的最高轉(zhuǎn)速要求達(dá)到在公路上巡航時基本速度的4-5倍，而工業(yè)

28、電機(jī)只需要達(dá)到恒功率是基本速度的2倍即可。3、電動汽車驅(qū)動電機(jī)需要根據(jù)車型和駕駛員的駕駛習(xí)慣設(shè)計，而工業(yè)電機(jī)只需根據(jù)典型的工作模式設(shè)計。4、電動汽車驅(qū)動電機(jī)要求有高度功率密度（一般要求達(dá)到1kw/kg以內(nèi)）和好的效率圖（在較寬的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率），從而能夠降低車重，延長續(xù)駛里程；而工業(yè)電機(jī)通常對功率密度、效率和成本進(jìn)行綜合考慮，在額定工作點(diǎn)附近對效率進(jìn)行優(yōu)化。5、電動汽車驅(qū)動電機(jī)要求工作可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好；而工業(yè)電機(jī)只有某一種特定的性能要求。6、電動汽車驅(qū)動電機(jī)被裝在機(jī)動車上，空間小，工作在高溫、壞天氣、及頻繁振動等等惡劣環(huán)境下。而工業(yè)電機(jī)通常在某一個固定位置工

29、作。3.2電動機(jī)的工作原理1.交流電機(jī)圖3-2 交流電機(jī)單相異步電機(jī)通過電容移相作用，將單相交流電分離出另一相相位差90度的交流電。將這兩相交流電分別送入兩組或四組電機(jī)線圈繞組，就在電機(jī)內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，被旋轉(zhuǎn)磁場推拉進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子必須切割磁力線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)速，故稱異步電機(jī)。三相異步電機(jī)不必通過電容移相，本身就有相差120度的三相交流電，故產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場更均勻，效率更高。永磁同步交流電動機(jī)的磁場由永久磁鐵產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子線圈通過電刷供電，轉(zhuǎn)速與交流電頻率為整倍數(shù)（分?jǐn)?shù)）關(guān)系（視轉(zhuǎn)子線圈繞

30、組數(shù)而定），故稱同步電機(jī)。轉(zhuǎn)子線圈通過電刷供電，定子通過線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的電機(jī)，按轉(zhuǎn)子線圈與定子線圈的串、并聯(lián)關(guān)系分別稱串勵、并勵電機(jī)。1. 直流電機(jī)圖3-3 直流電機(jī)直流電機(jī)有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子上有磁極（繞組式或永磁式），轉(zhuǎn)子有繞組，通電后，轉(zhuǎn)子上形成磁場（磁極），定子和轉(zhuǎn)子的磁極之間有一個夾角，在定轉(zhuǎn)子磁場（n極和s極之間）的相互吸引下，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。改變電刷的位置，就可以改變定轉(zhuǎn)子磁極夾角（假設(shè)以定子的磁極為夾角起始邊，轉(zhuǎn)子的磁極為另一邊，由轉(zhuǎn)子的磁極指向定子的磁極的方向就是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向）的方向，從而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。3.3電機(jī)結(jié)構(gòu)1.永磁式直流電機(jī)：由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電

31、刷、外殼等組成。定子磁極采用永磁體（永久磁鋼），有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間（三槽即有三個繞組），其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電機(jī)的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。1-軸 2-軸承 3-后端蓋 4-風(fēng)扇 5電樞鐵心 6-主極繞組 7-主極鐵心 8-機(jī)座 9-換向極鐵心 10-換向極繞組 11-電樞繞組 12-換向器 13-電刷 14-刷架 15-前端蓋 16-出線盒 17-軸承蓋圖3-2 永磁式直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖2

32、.無刷直流電機(jī)：由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)是無刷，采用半導(dǎo)體開關(guān)器件（如霍爾元件）來實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。位置傳感器按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流（即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換）。位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐?/p>

33、等）裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。電動汽車多用的是霍爾元件。采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器、接近開關(guān)、lc諧振電路等），當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。圖3-3無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.4電機(jī)性

34、能要求汽車行駛的特點(diǎn)是頻繁地啟動、加速、減速、停車等。在低速或爬坡時需要高轉(zhuǎn)矩，在高速行駛時需要低轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)能滿足汽車從零到最大行駛速度的要求，即要求電動機(jī)具有高的比功率和功率密度。電動汽車電動機(jī)應(yīng)滿足的主要要求可歸納為如下10個方面:圖3-4 電動汽車電機(jī)1高電壓。在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，可以減小電動機(jī)的尺寸和導(dǎo)線等裝備的尺寸，特別是可以降低逆變器的成本。工作電壓由ths的274 v提高到ths b的500 v;在尺寸不變的條件下，最高功率由33 kw提高到50 kw,最大轉(zhuǎn)矩由350 n*m提高到400on*m?？梢姡瑧?yīng)用高電壓系統(tǒng)對汽車動力性能的提高極為有利。2.

35、轉(zhuǎn)速高。電動汽車所采用的感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到8 000-12 000 r/min，高轉(zhuǎn)速電動機(jī)的體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低裝車的裝備質(zhì)量。3.質(zhì)量輕，體積小。電動機(jī)可通過采用鋁合金外殼等途徑降低電動機(jī)的質(zhì)量，各種控制裝置和冷卻系統(tǒng)的材料等也應(yīng)盡可能選用輕質(zhì)材料。電動汽車驅(qū)動電動機(jī)要求有高的比功率(電動機(jī)單位質(zhì)量的輸出功率)和在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率，以實(shí)現(xiàn)降低車重，延長續(xù)駛里程;而工業(yè)驅(qū)動電動機(jī)通常對比功率、效率及成本進(jìn)行綜合考慮，在額定工作點(diǎn)附近對效率進(jìn)行優(yōu)化。4.電動機(jī)應(yīng)具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，以滿足啟動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與轉(zhuǎn)矩。電動

36、機(jī)應(yīng)具有自動調(diào)速功能，以減輕駕駛員的操縱強(qiáng)度，提高駕駛的舒適性，并且能夠達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車加速踏板同樣的控制響應(yīng)。5.電動汽車驅(qū)動電動機(jī)需要有4-5倍的過載，以滿足短時加速行駛與最大爬坡度的要求，而工業(yè)驅(qū)動電動機(jī)只要求有2倍的過載就可以了。6.電動汽車驅(qū)動電動機(jī)應(yīng)具有高的可控性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能，以滿足多部電動機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，而工業(yè)驅(qū)動電動機(jī)只要求滿足某一種特定的性能。7.電動機(jī)應(yīng)具有高效率、低損耗，并在車輛減速時，可進(jìn)行制動能量回收。8.電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性應(yīng)達(dá)到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。電動汽車的各種動力電池組和電動機(jī)的工作電壓可以達(dá)到300 v以上，因此必須裝備高壓保護(hù)設(shè)備以保證安全。9

37、.能夠在惡劣條件下可靠工作。電動機(jī)應(yīng)具有高的可靠性、耐溫和耐潮性，并在運(yùn)行時噪聲低，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。10.結(jié)構(gòu)簡單，適合大批量牛產(chǎn)，使用維修方便.價格便宜等。第4章 電動汽車的速度控制器4.1速度控制器的功能1.超靜音設(shè)計技術(shù)：獨(dú)特的電流控制算法，能適用于任何一款。無刷電動汽車電機(jī)，并且具有相當(dāng)?shù)目刂菩Ч?，提高了電動汽車控制器的普遍適應(yīng)性，使電動汽車電機(jī)和控制器不再需要匹配。2.恒流控制技術(shù)：電動汽車控制器堵轉(zhuǎn)電流和動態(tài)運(yùn)行電流完全一致，保證了電池的壽命，并且提高了電動汽車電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩。3.自動識別電機(jī)模式系統(tǒng)：自動識別電動汽車電機(jī)的換相角度、霍爾相位和電機(jī)輸出相位，只要控制器

38、的電源線、轉(zhuǎn)把線和剎車線不接錯，就能自動識別電機(jī)的輸入及輸出模式，可以省去無刷電動汽車電機(jī)接線的麻煩，大大降低了電動汽車控制器的使用要求。4.隨動abs系統(tǒng)：具有反充電/汽車eabs剎車功能，引入了汽車級的eabs防抱死技術(shù)，達(dá)到了eabs剎車靜音、柔和的效果。電機(jī)鎖系統(tǒng)：在警戒狀態(tài)下，報警時控制器將電機(jī)自動鎖死，控制器幾乎沒有電力消耗，對電機(jī)沒有特殊要求，在電池欠壓或其他異常情況下對電動汽車正常推行無任何影響。5.自檢功能：分動態(tài)自檢和靜態(tài)自檢，控制器只要在上電狀態(tài)，就會自動檢測與之相關(guān)的接口狀態(tài)，如轉(zhuǎn)把，剎把或其它外部開關(guān)等等，一旦出現(xiàn)故障，控制器自動實(shí)施保護(hù)，充分保證行駛的安全，當(dāng)故障排

39、除后控制器的保護(hù)狀態(tài)會自動恢復(fù)。6.反充電功能：剎車、減速或下坡滑行時將eabs產(chǎn)生的能量反饋給電池，起到反充電的效果，從而對電池進(jìn)行維護(hù)，延長電池壽命，增加續(xù)行里程。堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，自動判斷電機(jī)在過流時是處于完全堵轉(zhuǎn)狀態(tài)還是在運(yùn)行狀態(tài)或電機(jī)短路狀態(tài)，如果過流時是處于運(yùn)行狀態(tài)，控制器將限流值設(shè)定在固定值，以保持整車的驅(qū)動能力。動靜態(tài)缺相保護(hù)，指在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時，電動汽車電機(jī)任意一相發(fā)生斷相故障時，控制器實(shí)行保護(hù)，避免造成電機(jī)燒毀，同時保護(hù)電動汽車電池、延長電池壽命。7.功率管動態(tài)保護(hù)功能：控制器在動態(tài)運(yùn)行時，實(shí)時監(jiān)測功率管的工作情況，一旦出現(xiàn)功率管損壞的情況，控制器馬上實(shí)施保護(hù)，以防止由于連鎖反

40、應(yīng)損壞其他的功率管后，出現(xiàn)推車比較費(fèi)力的現(xiàn)象。8.防飛車功能：解決了無刷電動汽車控制器由于轉(zhuǎn)把或線路故障引起的飛車現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的安全性。9.1+1助力功能：用戶可自行調(diào)整采用自向助力或反向助力，實(shí)現(xiàn)了在行駛中輔以動力，讓行駛者感覺更輕松。10.巡航功能：自動/手動巡航功能一體化，用戶可根據(jù)需要自行選擇，8秒進(jìn)入巡航，穩(wěn)定行駛速度，無須手柄控制。11.模式切換功能：用戶可切換電動模式或助力模式。12.防盜報警功能：超靜音設(shè)計，引入汽車級的遙控防盜理念，防盜的穩(wěn)定性更高，在報警狀態(tài)下可鎖死電機(jī)，報警喇叭音效高達(dá)125db以上，具有極強(qiáng)的威懾力。并具有自學(xué)習(xí)功能，遙控距離長達(dá)150米不會有誤碼產(chǎn)

41、生。13.倒車功能：控制器增加了倒車功能，當(dāng)用戶在正常行駛時，倒車功能失效；當(dāng)用戶停車時，按下倒車功能鍵，可進(jìn)行輔助倒車，并且倒車速度最高不超過10km/h。14.遙控功能：采用先進(jìn)的遙控技術(shù)，長達(dá)256的加密算法，靈敏度多級可調(diào)，加密性能更好，并且絕無重碼現(xiàn)象發(fā)生，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有自學(xué)習(xí)功能，遙控距離長達(dá)150米不會有誤碼產(chǎn)生。15.高速控制：采用最新的為馬達(dá)控制設(shè)計專用的單片機(jī)，加入全新的bldc控制算法，適用于低于6000rpm高速、中速或低速電機(jī)控制。16.電機(jī)相位：60度120度電機(jī)自動兼容，不管是60度電機(jī)還是120度電機(jī)，都可以兼容，不需要修改任何設(shè)置。4.2速度

42、控制器的分類電動汽車控制器從結(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。1、分離式：所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動箱內(nèi)，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機(jī)間連線距離縮短，車體外觀顯得簡潔。2、一體式：控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開有數(shù)量不等的小孔，孔徑4-5mm，外敷透明防水膜?？變?nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量。4.3速度控制器的系統(tǒng)1.主要形式速度（轉(zhuǎn)速）控制的主要形式有調(diào)速、穩(wěn)速和加減速控制三類。 調(diào)速指在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)分

43、檔（有級）地或平滑（無級）地調(diào)節(jié)生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速。調(diào)速系統(tǒng)由生產(chǎn)機(jī)械和調(diào)速器所組成。調(diào)速器通過適當(dāng)改變流進(jìn)和流出生產(chǎn)機(jī)械的能量來調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速。調(diào)速器不僅可使生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某個指定的轉(zhuǎn)速，而且還能在負(fù)載變動時保持轉(zhuǎn)速恒定或基本不變。保持轉(zhuǎn)速恒定的調(diào)速器稱為無差調(diào)速器。只能使轉(zhuǎn)速基本不變的調(diào)速器稱為有差調(diào)速器。 穩(wěn)速可使生產(chǎn)機(jī)械以一定的精度穩(wěn)定在所需轉(zhuǎn)速上運(yùn)行的一種速度控制。在穩(wěn)速系統(tǒng)中，調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用能使生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速（速度）完全或基本上不受負(fù)載變化、電源電壓變化、溫度變化等外部和內(nèi)部擾動的影響。 加減速控制常用于頻繁起動和制動的生產(chǎn)機(jī)械。對加減速控制的基本要求是盡量縮短起動和制動時間以提高生產(chǎn)效

44、率，并使生產(chǎn)機(jī)械的起動和制動過程盡量平穩(wěn)。 在生產(chǎn)過程中，從工藝要求出發(fā)，不同的生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速（速度）的控制形式具有不同的要求。例如軋鋼機(jī)主、輔傳動要求盡可能地縮短起動、制動和反轉(zhuǎn)的時間，同時又能在較大范圍內(nèi)調(diào)速。而高速卷紙機(jī)則既要求有高的穩(wěn)速精度和一定調(diào)速范圍，又要求起動和制動平穩(wěn)。2.實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)速度控制的方法很多，有機(jī)械的、液壓的和電氣的。電氣的方法比較簡單，控制性能好，經(jīng)濟(jì)，易于維護(hù)，所以應(yīng)用最廣。速度控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以是單環(huán)或多環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。速度控制系統(tǒng)可應(yīng)用自動控制理論的方法來進(jìn)行設(shè)計。速度控制系統(tǒng)的一些實(shí)例有調(diào)速系統(tǒng)、多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流頻變調(diào)

45、速系統(tǒng)、交流串級調(diào)速系統(tǒng)等。電動汽車電動機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)其控制算法的復(fù)雜程度，選擇比較合適的微處理器系統(tǒng)。較為簡單的有選用單片機(jī)控制器，復(fù)雜的可使用dsp控制器，最新出現(xiàn)的電動機(jī)驅(qū)動專用芯片可以滿足一些輔助系統(tǒng)電機(jī)控制需求。對電動汽車電動機(jī)控制器而言，一般較為復(fù)雜宜使用dsp處理器?？刂齐娐分饕ㄒ韵聨撞糠郑嚎刂菩酒捌潋?qū)動系統(tǒng)、ad采樣系統(tǒng)、功率模塊及其驅(qū)動系統(tǒng)、硬件保護(hù)系統(tǒng)、位置檢測系統(tǒng)、母線支撐電容等。功率主回路采用三相逆變?nèi)珮颍渲兄鞴β书_關(guān)器件為ig-bt。在大電流、高頻開關(guān)狀態(tài)下，從電解電容到功率開關(guān)模塊的雜散電感對功率回路的能耗、模塊上的尖峰電壓影響較大，因而采用層疊式母線基板

46、使電路的雜散電感盡可能小，以適應(yīng)控制系統(tǒng)低電壓、大電流工作的特點(diǎn)。4.4速度控制器的維修方法一：當(dāng)電動汽車有刷控制器沒有輸出時1、將萬用表設(shè)置在+20發(fā)(dc)檔位，先測量閘把輸出信號的高、低電位。2、如捏閘把時，閘把信號有超過4v的電位變化，則可排除閘把故障。3、然后按照有刷控制器常用世道上腳功能表，與測量出的主控世道民邏輯芯片的電壓值進(jìn)行電路分析，并檢查各芯片外圍器件(電阻、電容、二極管)的數(shù)值是否和元件表面的標(biāo)識相一致。4、最后檢查外圍器件或是集成電路出現(xiàn)故障，我們可以通過更換同型號的器件來排除故障。二：當(dāng)電動汽車無刷控制器完全沒有輸出時1、參照無刷電機(jī)控制器主相位檢查測量圖，用萬用表直

47、流電壓+50v檔，檢測6路mos管柵極電壓是否與轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動角度呈對應(yīng)關(guān)系。2、如沒有對，表示控制器里的pwm電路或mos管驅(qū)動電路有故障。3、參照無刷控制器主相位檢查圖，測量芯片的輸入輸出引腳的電壓是否與轉(zhuǎn)把轉(zhuǎn)動角度有對應(yīng)關(guān)系，可以判斷哪些芯片有故障，更換同型號芯片即可排除故障。三：當(dāng)電動汽車有刷控制器控制部件的電源不正常時1、電動汽車控制器內(nèi)部電源一般采用三端穩(wěn)壓集成電路，一般用7805、7806、7812、7815三端 穩(wěn)壓集成電路，它們的輸出電壓分別是5v、6v、12v、15v。2、將萬用表設(shè)置在直流電壓+20v(dc)檔位，將萬用表黑表筆與紅表筆分別靠在轉(zhuǎn)把的黑線和紅線上，觀察萬用表讀

48、數(shù)是否與標(biāo)稱電壓相符，它們的上下電壓差不應(yīng)超過0.2v。3、否則說明控制器內(nèi)部電源出現(xiàn)故障了，一般有刷控制器可以通過更換三端穩(wěn)壓集成電路排除故障。四：當(dāng)電動汽車無刷控制器缺相時電動汽車無刷控制器電源與閘把的故障可以參考有刷控制器的故障排除方法先予排除，對無刷控制器而言，還有其特有故障現(xiàn)象，比如缺相。電動汽車無刷控制器缺相現(xiàn)象可以分為主相位缺相和霍爾缺相兩種情況。1、主相位缺相的檢測方法可以參照電動汽車有刷控制器飛車故障排除法，檢測mos管是否擊穿，無刷控制器mos管擊穿一般是某一個相位的上下兩個一對mos管同時擊穿，更換時確保同時更換。檢查測量點(diǎn)。2、電動汽車無刷控制器的霍耳缺相表現(xiàn)為控制器不

49、能識別電機(jī)霍爾信號。第5章 電動汽車的發(fā)展及建議5.1行業(yè)發(fā)展我國電動汽車重大科技項目的研發(fā)開始于2001年，經(jīng)過兩個五年計劃的科技攻關(guān)以及奧運(yùn)、世博、“十城千輛”示范平臺的應(yīng)用拉動，中國電動汽車從無到有，技術(shù)處于持續(xù)進(jìn)步狀態(tài)，建立起了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電動汽車全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)體系。經(jīng)過十年一劍的歷程，我國的電動汽車已經(jīng)開始從研究開發(fā)的階段進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化的階段，冉冉升起的中國電動汽車產(chǎn)業(yè)正在呈現(xiàn)出蓬勃的生機(jī)。當(dāng)前，在各種新能源汽車的技術(shù)路線中，以混合動力、純電動汽車和燃料電池汽車為代表的電動汽車被普遍認(rèn)為是未來汽車能源動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要方向，已經(jīng)成為世界汽車強(qiáng)國和主要汽車制造商發(fā)展重點(diǎn)。中國已經(jīng)是世界汽車產(chǎn)業(yè)大國，但“大而不強(qiáng)”，中國未來的汽車工業(yè)必須探求新的思路。電動汽車產(chǎn)業(yè)有望為中國汽車工業(yè)開拓新的增長點(diǎn)。未來10年是我國新能源汽車發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期，中國高度重視電動汽車的發(fā)展，在2011年3月出臺的“十二五”規(guī)劃綱要中，中國把新能源汽車列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，提出要重點(diǎn)發(fā)展插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車技術(shù)，開展插電式混合動力汽車、純電動汽車研發(fā)及大規(guī)模商業(yè)化示范工程，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。未來我國電動汽車將迎來新一輪的高速發(fā)展。5.2發(fā)展電動汽車的必要性降低交通領(lǐng)域溫室氣體排放是解決全球氣候變化重要手段，是建設(shè)可持續(xù)發(fā)展電動汽