12座電動(dòng)防爆無(wú)軌膠輪車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、12座電動(dòng)防爆無(wú)軌膠輪車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【摘要】根據(jù)純電動(dòng)汽車的運(yùn)行特點(diǎn)，研究了電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。對(duì)12座電動(dòng)防爆無(wú)軌膠輪車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，并進(jìn)行底盤方案布置。為電動(dòng)防爆無(wú)軌膠輪車的設(shè)計(jì)，提供了理論依據(jù)和方法?！娟P(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車;電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);電動(dòng)機(jī);動(dòng)力電池中圖分類號(hào)：U469.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2457202111-0011-002【Abstract】Accordingtotheoperatingcharacteristicsofthepureelectricvehicle，thedesignflowoftheelectri

2、cdrivesystemoftheelectricvehicleisstudied.Thecorecomponentsof12electricexplosion-prooftracklessrubber-tyredwheelelectricdrivesystemareselectedanddesigned，andthechassisschemeisarranged.Itprovidestheoreticalbasisandmethodforthedesignofelectricexplosion-prooftracklessrubbertirevehicle.【Keywords】Electri

3、cVehicle;Electricdrivesystem;Electricmotors;PowerBattery煤礦輔助運(yùn)輸最主要的運(yùn)輸工具是防爆無(wú)軌膠輪車，目前無(wú)軌膠輪車的動(dòng)力系統(tǒng)主要是采用防爆柴油機(jī)。由于防爆柴油機(jī)的技術(shù)缺陷以及防爆無(wú)軌膠輪車自重較重的原因，在煤礦輔助運(yùn)輸工程中，一直存在著高污染、高油耗、高噪聲的問(wèn)題。目前汽車的開(kāi)展趨勢(shì)是具有無(wú)污染、舒適性好的新能源汽車電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車噪聲小，而且能量轉(zhuǎn)化效率高，還可以將車輪上的制動(dòng)能量回收到蓄電池中。與傳統(tǒng)的柴油機(jī)防爆車輛相比，電動(dòng)防爆車不僅改善了井下運(yùn)輸環(huán)境，而且降低了輔助運(yùn)輸本錢。本文重點(diǎn)研究電動(dòng)防爆汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1電驅(qū)動(dòng)系

4、統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程輛設(shè)計(jì)過(guò)程中，在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，需要初步確定車輛的根本技術(shù)參數(shù)，主要有輪廓尺寸參數(shù)：包括長(zhǎng)寬高等參數(shù)，此類參數(shù)關(guān)系到車輛迎風(fēng)面積的計(jì)算以及整備質(zhì)量的預(yù)估;車輛整備質(zhì)量：根據(jù)車型參數(shù)預(yù)估;載重量：設(shè)計(jì)之前確定;動(dòng)力性能指標(biāo)：包括最高車速、爬坡能力、原地起步加速時(shí)間要求、過(guò)載能力要求。此類參數(shù)根據(jù)車輛設(shè)計(jì)要求、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初步確定，設(shè)計(jì)中可作微調(diào)。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)車輛的技術(shù)參數(shù)：動(dòng)力性能指標(biāo)、道路工況和續(xù)航里程等要求，來(lái)確定電機(jī)的類型、性能參數(shù)功率、扭矩以及動(dòng)力電池的參數(shù)容量和電壓，并根據(jù)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池來(lái)確定電機(jī)控制系統(tǒng)及電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程如圖

5、1。2電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、動(dòng)力電池和電池管理系統(tǒng)組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)替代內(nèi)燃機(jī)，為汽車的動(dòng)力輸出源，電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器采集的制動(dòng)踏板、加速踏板等信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。動(dòng)力電池和電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的主能源供給系統(tǒng)，動(dòng)力電池的功用是提供汽車運(yùn)行所需的能源【1】，電池管理系統(tǒng)主要是對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行監(jiān)控、均衡和保護(hù)的作用。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。電池管理系統(tǒng)主要由傳感器，微機(jī)控制模塊，執(zhí)行元件和顯示器等局部組成。系統(tǒng)在工作時(shí)通過(guò)傳感器采集各電池的電壓、電流以及溫度等參數(shù)，并通過(guò)總線將參數(shù)信息傳遞給微機(jī)控制模塊，微機(jī)控制模塊根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的

6、電池性能參數(shù)，確定電池的工作狀態(tài)。通過(guò)電機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力輸出，從而控制汽車的運(yùn)行，并通過(guò)顯示模塊向駕駛員展示以下信息：目前的系統(tǒng)電壓，已運(yùn)行里程，剩余續(xù)航里程，系統(tǒng)充電提示，每一節(jié)電池的性能狀態(tài)參數(shù)。技術(shù)優(yōu)異的電池管理系統(tǒng)可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，從而降低電動(dòng)汽車的使用本錢。3電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)主要是驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池的選型設(shè)計(jì)。在選型設(shè)計(jì)前需初定以下參數(shù)：整車總裝質(zhì)量、最大總質(zhì)量、迎風(fēng)面積、風(fēng)阻系數(shù)、最大爬坡度滾動(dòng)阻力系數(shù)、輪胎半徑、傳動(dòng)效率、最高車速等。電機(jī)的選型主要是確定電機(jī)的額定功率，額定轉(zhuǎn)矩以及最大功率和最大轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)汽車整車動(dòng)力性能指標(biāo)中最高車速對(duì)應(yīng)的是

7、持續(xù)工作區(qū)，即電動(dòng)機(jī)的額定功率。而最大爬坡度和全力加速時(shí)間對(duì)應(yīng)的是短時(shí)工作區(qū)15min，即電動(dòng)機(jī)的峰值功率【2】。取兩者之間功率最大值為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率。本文以一款5.5m長(zhǎng)礦用防爆電動(dòng)車為例進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。該車根本技術(shù)參數(shù)如表1。3.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算根據(jù)車輛動(dòng)力性能的要求，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大功率Pmax必須滿足最高車速時(shí)的功率要求PMaxV;必須滿足加速以及爬坡時(shí)的功率PMaxGra、PMaxJ要求【3】;即PmaxmaxPMaxV、PMaxGra、PMaxJ。電機(jī)的額定功率是指車輛在平道上所能到達(dá)的最高巡航速度時(shí)所需要的功率，不涉及坡道阻力以及加速阻力。根據(jù)以上不同工況條件下電機(jī)功率分別為：

8、式中各參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)Pmax選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率，本文選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為50kW，峰值功70kW。3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩包括額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩Tmax需要克服汽車起動(dòng)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的最大傳動(dòng)比imax和最大爬坡度max可以確定最大轉(zhuǎn)矩。額定轉(zhuǎn)矩由額定功率和額定轉(zhuǎn)速確定。式中各參數(shù)見(jiàn)表1。目前電動(dòng)汽車上常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)，由于永磁同步電機(jī)具有較高的功率密度與轉(zhuǎn)矩密度，所以本文選擇永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。主電機(jī)額定功率/最大功率：60kw/108kw;額定轉(zhuǎn)速/最高轉(zhuǎn)速：1200/4000轉(zhuǎn)/分;額定

9、轉(zhuǎn)矩/最大轉(zhuǎn)矩：430Nm/720Nm;額定電壓：180V。式中各參數(shù)見(jiàn)表1。3.3動(dòng)力電池參數(shù)匹配及選型設(shè)計(jì)動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的能量供給系統(tǒng)，電池參數(shù)確實(shí)定主要包括單體電池的選擇，電池總?cè)萘亢涂傠妷捍_實(shí)定。煤礦安標(biāo)要求單體電池箱內(nèi)的電池只能串聯(lián)不允許并聯(lián)，且單體電池箱的電壓不可以超過(guò)320V。本文選取的電芯為標(biāo)稱電壓3.2V，容量100Ah的大容量磷酸鐵鋰電池。電池的總?cè)萘扛鶕?jù)車輛的動(dòng)力性能要求和續(xù)航里程確定，電壓與選定的電池特性、整車的總量以及電池的布置型式相關(guān)。理論需要的總電能為QL式中：f為車輛總質(zhì)量;S為目標(biāo)續(xù)駛里程;為單位質(zhì)量能耗系數(shù)。為了保證車輛行駛到規(guī)定的續(xù)航里程后還有一定的富

10、裕電量，同時(shí)防止溫度等外界因素對(duì)電池的影響，通常在電池的理論總能量之前乘以一個(gè)系數(shù)，作為整車的總電能系數(shù)。通常這個(gè)系數(shù)選擇1.21.3，經(jīng)計(jì)算總電量Q為51.2KWH，電池?cái)?shù)量為160節(jié)。考慮到煤礦電氣設(shè)備安標(biāo)要求，將電池分為四個(gè)箱體安裝，每個(gè)箱體包含40節(jié)電池，。四個(gè)箱體采用兩并兩串的連接方式。系統(tǒng)電壓平臺(tái)為3.2×80=256V，可以滿足整車高壓平臺(tái)要求。4電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方案純電動(dòng)汽車去除了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、同時(shí)省去了內(nèi)燃機(jī)正常工作所需要的冷卻系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)以及燃料供給系統(tǒng)。有效的減輕了汽車自重，同時(shí)也留出了許多空間，其整車結(jié)構(gòu)變化很大。車輛整體布置需重新設(shè)計(jì)并全面考慮各種

11、因素。純電動(dòng)汽車是單純用動(dòng)力電池作為驅(qū)動(dòng)能源的汽車，對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的布置不但可以合理利用空間，還能充分發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置的原那么是：符合車輛動(dòng)力學(xué)對(duì)汽車重心位置的要求，并盡可能降低車輛質(zhì)心高度【4】。本文電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在整車上的布置，主要是考慮電機(jī)和電池箱的合理布置。傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化，車輛的質(zhì)量分布要合理，同時(shí)要考慮裝配維修的方便性因此采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)中置式。因此將電池分為四組，由于本文采用的后驅(qū)方式，所以電池組分別布置在底盤車架兩側(cè)，以及前后排座椅下方。以到達(dá)均布車身載荷，同時(shí)起到增加驅(qū)動(dòng)橋的附著力的作用，充分發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出動(dòng)力。系統(tǒng)布置框圖如圖3。根據(jù)選型設(shè)計(jì)，參數(shù)信息和底盤的方案布置，對(duì)本文的電動(dòng)汽車底盤進(jìn)行三維建模。通過(guò)底盤的三維布置設(shè)計(jì)，可以了解設(shè)計(jì)過(guò)程裝配布置的情況以及方便地對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方案進(jìn)行修改。三維布置如圖4。5結(jié)論純電動(dòng)汽車的核心是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)也是研發(fā)與設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)12座電動(dòng)防爆無(wú)軌膠輪車的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)功率、扭矩和電池的容量進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，以及底盤三維布置，來(lái)說(shuō)明純電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。為電動(dòng)汽車的研發(fā)提供了理論計(jì)算方法，不僅適合防爆無(wú)軌膠輪車，同樣適合路面普通電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)。【參考文獻(xiàn)】【