純電動(dòng)公交車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

1、湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文純電動(dòng)公交車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2011姓名：張濤湖北汽車工業(yè)學(xué)院指導(dǎo)老師：王貴山教授2011-9-22 摘要面對(duì)日趨嚴(yán)重的能源短缺與環(huán)境惡化問題，新能源車輛的開發(fā)利用愈來愈受到各國政府和工業(yè)界的高度重視。在這種背景下：清潔無污染、零排放的純電動(dòng)公交車成為當(dāng)今最有發(fā)展前途的交通工具之一。純電動(dòng)公交車作為一種有限能量電源供電系統(tǒng),其能量控制與利用：即能量管理和動(dòng)力問題的研究意義十分顯著，正成為電動(dòng)公交車領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的推廣和應(yīng)用,純電動(dòng)公交車的動(dòng)力系統(tǒng)系統(tǒng)不斷完善。本文介紹了EQ6102純電動(dòng)公交的整車結(jié)

2、構(gòu)，包括電氣及控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。電氣及控制系統(tǒng)包括低壓電氣系統(tǒng)、高壓電氣系統(tǒng)和整車控制與能量管理系統(tǒng)。該車采用高性能水平磷酸鐵釩鋰電池，并且對(duì)電池包進(jìn)行了專門分析和設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用整體電動(dòng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，既節(jié)約了能耗又使轉(zhuǎn)向輕便。完成了電氣系統(tǒng)參數(shù)的匹配計(jì)算，包括電動(dòng)機(jī)和電池參數(shù)的選擇。關(guān)鍵字：公交車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量管理、匹配參數(shù)、AbstractAbstract: Faced with increasingly serious energy shortage and environmental degradation, development and utilization of

3、 new vehicles become more and more governments and industry attention.In this context, clean pollution-free, zero-emission electric cars become the most promising of transport.Pure electric vehicles as a limited energy supply system, its control and use of energy, energy management and power issues

4、that the research is very去significant sense, the field of electric vehicles is becoming a hot issue.With the power electronics and computer technology in the automotive sector in the promotion and application of pure electric vehicle powertrain system of continuous improvement.This article describes

5、 the EQ6102 pure electric bus in the vehicle structure, including electrical and control systems and mechanical systems. Electrical and control systems, including low-voltage electrical systems, high voltage electrical system and vehicle control and energy management system .High levels of car use v

6、anadium lithium iron phosphate batteries, and battery pack for a special analysis and design.Steering system using integrated electro-hydraulic power steering system, which saves energy and so turned to light.Completion of the electrical system parameters matching calculation, including the choice o

7、f motor and battery parameters. Keywords: Bus, New Energy,Motor Driven Propulsion, Energy Management, Matching Parameters.目錄摘要- 2 -Abstract- 3 -目錄- 4 -第一章 緒論- 7 -1.1目的及意義- 7 -1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r- 8 -1.2.1純電動(dòng)公交車發(fā)展歷程、國外發(fā)展現(xiàn)狀.- 8 -1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀.- 8 -1.3純電動(dòng)公交車的基本結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)- 9 -1.3.1純電動(dòng)公交車的基本結(jié)構(gòu)- 9 -1.3.2純電動(dòng)公交車的關(guān)鍵技術(shù)- 11

8、 -1.4課題來源- 12 -1.5本文主要研究內(nèi)容- 12 -第二章 純電動(dòng)公交車的能量管理系統(tǒng)- 13 -2.1純電動(dòng)公交車的能量- 13 -2.1.1電池發(fā)展現(xiàn)狀- 13 -2.1.2電池的匹配選擇- 14 -2.2電池包的性能及優(yōu)化設(shè)計(jì)- 17 -2.2.1 電池包的結(jié)構(gòu)介紹- 18 -2.2.2鋰離子電池包熱管理的重要性以及管理內(nèi)容- 19 -2.2.3電池包熱管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)- 20 -2.3充電技術(shù)- 27 -2.3.1 純電動(dòng)公交車充電系統(tǒng)分類- 27 -2.3.2 純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)構(gòu)成- 29 -2.3.3電動(dòng)公交車對(duì)充電技術(shù)的要求- 30 -2.3.4電動(dòng)公交車快速充電

9、技術(shù)原理介紹- 31 -2.4能量管理與控制- 33 -2.4.1.電池管理系統(tǒng)分析- 34 -2.5線束的安全與設(shè)計(jì)- 37 -2.5.1整車電路設(shè)計(jì)- 38 -第3章純電動(dòng)公交車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及匹配- 45 -3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式與系統(tǒng)構(gòu)成- 47 -3.1.1機(jī)械驅(qū)動(dòng)布置方式- 48 -3.1.2機(jī)電集成化驅(qū)動(dòng)布置方式- 48 -3.1.3機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)布置方式- 49 -3.1.4輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置方式- 50 -3.1.5電動(dòng)公交車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成- 51 -3.2電動(dòng)公交車對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特殊要求- 52 -3.3電動(dòng)公交車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類與選擇- 52 -3.3.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

10、- 53 -3.3.2交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)- 53 -3.3.3永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)- 54 -3.3.4開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)- 54 -3.3.5電動(dòng)公交車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇- 54 -3.4三相異步動(dòng)機(jī)電- 56 -3.5客車整車參數(shù)及性能指標(biāo)- 59 -3.6電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配- 60 -3.6.1電動(dòng)機(jī)峰值功率及額定功率的匹配- 60 -3.6.2電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速及最高轉(zhuǎn)速的選擇- 64 -3.6.3電動(dòng)機(jī)額定電壓的參數(shù)選擇- 64 -3.6.4匹配結(jié)果- 65 -3.6.5傳動(dòng)系參數(shù)匹配- 65 -3.7控制器- 65 -3.7.1電動(dòng)公交車電動(dòng)機(jī)控制器系統(tǒng)組成- 65 -3.7.2直流電

11、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制- 65 -3.7.3.電動(dòng)公交車電動(dòng)機(jī)的智能轉(zhuǎn)矩控制- 66 -3.7.4電動(dòng)公交車電動(dòng)機(jī)控制現(xiàn)狀及未來展望- 67 -3.8動(dòng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)- 69 -3.8.1電動(dòng)轉(zhuǎn)向的基本概念- 69 -第4章全文總結(jié)及研究展望- 73 -4.1全文總結(jié)- 73 -4.2研究展望- 74 -致謝- 74 -參考文獻(xiàn)- 75 -第一章 緒論1.1目的及意義汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展的150年里極大的改變了人們的生活方式，提高了人們的生活質(zhì)量，同時(shí)也給我們帶來了巨大的財(cái)富，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。汽車技術(shù)的進(jìn)步也極大的促進(jìn)了機(jī)械、電子、化工等相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步?？梢哉f，汽車的出現(xiàn)改變了整個(gè)世界的面貌。我國汽車工業(yè)面臨

12、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展的壓力，存在產(chǎn)業(yè)安全及經(jīng)濟(jì)安全等問題，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。一方面，石油安全成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的第一制約因素。2009年，我國石油對(duì)外依存度接近52%，預(yù)計(jì)未來會(huì)進(jìn)一步增大。另一方面，我國汽車產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)峻的節(jié)能、減排和減碳?jí)毫?，傳統(tǒng)汽車技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平相比還有較大差距，油耗和碳排放將成為我國汽車走向世界的主要障礙。電動(dòng)公交車資源消耗低、環(huán)境污染少,世界各國紛紛投入巨資發(fā)展電動(dòng)公交車產(chǎn)業(yè)。我國政府也非常重視發(fā)展電動(dòng)公交車,通過“九五”、“十五”“十一五”的發(fā)展,現(xiàn)已具備了電動(dòng)公交車產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)基礎(chǔ),“十二五”計(jì)劃又把電動(dòng)新能源列入計(jì)劃，在今年的全國“兩會(huì)”上，新能源車無疑

13、的成為汽車有關(guān)話題的亮點(diǎn)。電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入快車道,但電動(dòng)公交車產(chǎn)業(yè)發(fā)展還是由于技術(shù)問題受到了一定的制約。純電動(dòng)公交車是由蓄電池輸出電能,采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),單一動(dòng)力源的汽車。其具有零排放的特點(diǎn),與燃料電池汽車,混合動(dòng)力汽車相比,具有許多共同的關(guān)鍵性技術(shù),整車結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,成本較低,特別適用于城市運(yùn)行工況,因而對(duì)純電動(dòng)公交車的研究具有重大意義。在純電動(dòng)客車生產(chǎn)過程中，電池技術(shù)和動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配和結(jié)構(gòu)改進(jìn)是保證車輛整車性能的重要環(huán)節(jié)。動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配決定車輛的動(dòng)力性能，而電池技術(shù)的改進(jìn)對(duì)提高汽車儲(chǔ)能容量具有很大影響。本文從以上兩個(gè)方而分別完成動(dòng)力系統(tǒng)匹配計(jì)算及結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并對(duì)純電動(dòng)客車整車性能進(jìn)行了研究

14、。在參考大量國內(nèi)外純電動(dòng)公交車相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)電動(dòng)車項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)要求，完成了EQ6102型純電動(dòng)客車的動(dòng)力系統(tǒng)概論。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.2.1純電動(dòng)公交車發(fā)展歷程、國外發(fā)展現(xiàn)狀.電動(dòng)公交車起源于一百多年前，1873年英國首先制造了使用鉛一鋅一次性蓄電池的電動(dòng)公交車。其后產(chǎn)生了內(nèi)燃機(jī)汽車，形成了電動(dòng)公交車與內(nèi)燃機(jī)汽車并存的局而。二十世紀(jì)初，隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)汽車的性能得到改進(jìn)和完善，電動(dòng)公交車由于其有限的續(xù)駛里程和較差的動(dòng)力性能而逐漸為內(nèi)燃機(jī)汽車所代替，其應(yīng)用也僅限于一些特殊領(lǐng)域，但人們對(duì)電動(dòng)車的研究、開發(fā)工作并沒有停止。二十世紀(jì)70年代開始人們普遍關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問題及8

15、0年代出現(xiàn)的石油危機(jī)又引發(fā)了人們對(duì)電動(dòng)公交車的興趣，從此，世界各國特別是歐美等發(fā)達(dá)國家開始投入大量的人力、物力、財(cái)力對(duì)電動(dòng)公交車進(jìn)行研發(fā)，并取得了一定的成就。1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀.國內(nèi)電動(dòng)公交車的研究始于60年代。1966年上海公交公司和有關(guān)科研單位合作試制了一臺(tái)電動(dòng)公交車。1977年上海車輛管理所與吉林工業(yè)大學(xué)(現(xiàn)吉林大學(xué))合作試制SHD170型微型電動(dòng)公交車，最高車速為40km/h，連續(xù)放電續(xù)駛里程為70km，該車采用ZXQ型串勵(lì)直流電機(jī)、可控硅控制系統(tǒng)、鉛酸蓄電池。1983年上海汽車拖拉機(jī)研究所試制SHD610型輕型廂式電動(dòng)公交車，最高車速為42km/h，續(xù)駛里程為79km，鉛酸電池，

16、串勵(lì)直流電機(jī)，其致命弱點(diǎn)是蓄電池比能量低，壽命短，它嚴(yán)重制約了整車性能。在80年代末到90年代初，國家科委和國家計(jì)委分別立項(xiàng)，組織汽車研究單位、高等院校等與生產(chǎn)廠家聯(lián)合研制開發(fā)電動(dòng)公交車。1992年天津汽車研究所試制了微型廂式電動(dòng)車；清華大學(xué)在國家計(jì)委支持下，開發(fā)研究鉛酸電池、永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的中型廂式車；武漢長江動(dòng)力公司研制的88座直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙層電動(dòng)大客車；上海新聯(lián)電動(dòng)車公司和新聯(lián)電動(dòng)車研究所研制的全密封管狀蓄電池、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)微型轎車等。隨著我國綜合國力的增強(qiáng)，國家對(duì)電動(dòng)公交車的投入不斷加大，科技部在“十五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）中，特別設(shè)立了電動(dòng)公交車重大專項(xiàng)，組

17、織清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)等高等院校和科研機(jī)構(gòu)同企業(yè)一起聯(lián)合攻關(guān)，使國內(nèi)電動(dòng)公交車的研制和開發(fā)取得了很大的進(jìn)步。如吉林大學(xué)和長春一汽集團(tuán)聯(lián)合研制的解放牌CA6110HEV型混合動(dòng)力客車，該車采用德國道依茨DeutzBF4M1013FC型小排量發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)80kw電動(dòng)機(jī)，百公里油耗為25.9L（北京城市循環(huán)工況）；北京理工大學(xué)研制的BFC6110-EV電動(dòng)旅游客車，該車采用100kw驅(qū)動(dòng)電機(jī)，388.8V、600Ah的鋰離子動(dòng)力電池，最高車速達(dá)到95km/h，續(xù)駛里程306.7km；另外，天津大學(xué)、湖北汽車工業(yè)學(xué)院及相關(guān)科研院所也投入一定的人力物力進(jìn)行電動(dòng)公交車的研制工作。但國內(nèi)目前的研

18、究水平與國外的先進(jìn)車型和資金投入比較還有一定的差距。1.3純電動(dòng)公交車的基本結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)1.3.1純電動(dòng)公交車的基本結(jié)構(gòu)電動(dòng)公交車系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，即電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，主能源管理子系統(tǒng)和整車控制子系統(tǒng)（如圖 1-1） 。其中，電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)車輪等部分組成；主能源管理子系統(tǒng)由主電源和能量管理系統(tǒng)組成，能量管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)能源利用監(jiān)控、協(xié)調(diào)控制等功能的關(guān)鍵部件；而整車控制子系統(tǒng)（整車控制器 vehicle control unit） ，它接受駕駛員的踏板信號(hào)和其它信號(hào)，然后作出相應(yīng)的判斷，控制下層各個(gè)部件作出動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)汽車正常行駛，并盡可能實(shí)現(xiàn)比較高的能量

19、使用效率。電動(dòng)公交車與傳統(tǒng)汽車相比結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力是通過剛性聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸傳遞的，而電動(dòng)公交車的能量則基本上是通過柔性的電纜傳輸?shù)?，并且其電?dòng)機(jī)及傳動(dòng)系可以有多種不同的選擇，因此電動(dòng)公交車各個(gè)部件的選擇和布置有很大的靈活性。根據(jù)其動(dòng)力系統(tǒng)組件的多少和布置形式可把電動(dòng)公交車可分為以下四類：第一類為常規(guī)（傳統(tǒng)）型純電動(dòng)公交車，其動(dòng)力傳遞路線如圖1-2。 這類電動(dòng)公交車是最早的形式，可直接由傳統(tǒng)汽車改裝得到。其特點(diǎn)是僅用電動(dòng)機(jī)和蓄電池系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和燃油系統(tǒng)，由于保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的變速器、主減速器和差速器等，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求低。圖 1-2 常規(guī)型純電動(dòng)公交車動(dòng)力系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

20、第二類為無變速器型電動(dòng)公交車，其動(dòng)力傳動(dòng)路線見圖1-3。 這類電動(dòng)公交車的特點(diǎn)是用電動(dòng)機(jī)和蓄電池系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和燃油系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)通過行星齒輪減速器或單級(jí)式減速器直接連接到傳動(dòng)軸，通過電動(dòng)機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)變速功能，雖然減少了整車的質(zhì)量，但要求電動(dòng)機(jī)的低速大扭矩性能要求較高。1.3.2純電動(dòng)公交車的關(guān)鍵技術(shù)1動(dòng)力電池的性能 動(dòng)力電池是純電動(dòng)公交車最主要的能量源，其性能直接影響整車動(dòng)力性，是電動(dòng)公交車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。其性能指標(biāo)主要包括比能量、能量密度、比功率、功率密度、循環(huán)充放電次數(shù)及成本等。2驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率的將動(dòng)力電池儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，或者在能量回收過

21、程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能反饋到動(dòng)力電池中。電動(dòng)機(jī)種類繁多，有多種分類方法，本文根據(jù)有無換向器將電動(dòng)機(jī)分為兩大類（如圖） ，并將可作為純電動(dòng)公交車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的用黑體字表示。1.4課題來源本課題來源于東風(fēng)旅行車公司的新能源計(jì)劃項(xiàng)目。隨著我國對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的重視以節(jié)能減排重視程度不斷加深，原有汽車排放模式對(duì)環(huán)境污染造成很多負(fù)面影響，電動(dòng)公交車的發(fā)展已經(jīng)成了社會(huì)迫切需要。本課題主要對(duì)純電動(dòng)公交車的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的概論分析，簡明扼要地反映出動(dòng)力系統(tǒng)中的新技術(shù)。樣車的技術(shù)指標(biāo):最高車速80km/h,0-50km/h的加速時(shí)間_18s，最大爬坡度大于28%，續(xù)駛里程大于等于230km。1.5本文主要研究內(nèi)容對(duì)電池

22、包進(jìn)行了專門分析和設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用整體電動(dòng)液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，既節(jié)約了能耗又使轉(zhuǎn)向輕便。完成了電氣系統(tǒng)參數(shù)的匹配計(jì)算，包括電動(dòng)機(jī)的選擇。第二章 純電動(dòng)公交車的能量管理系統(tǒng)本節(jié)的研究主要針對(duì)電動(dòng)公交車電池包內(nèi)部電池模塊的布置，同時(shí)研究了冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。并對(duì)電池包熱管理做了相關(guān)分析和歸納總結(jié)，指導(dǎo)電動(dòng)公交車電池包的設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)電池包的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法做了相關(guān)的歸納總結(jié)，總結(jié)出最佳的設(shè)計(jì)流程。并且針對(duì)有利于電池包熱管理的電池選型作出相關(guān)介紹，指導(dǎo)電池的設(shè)計(jì)。2.1純電動(dòng)公交車的能量2.1.1電池發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)階段在電動(dòng)公交車車用蓄電池的應(yīng)用方面鋰離子電池已經(jīng)完全占據(jù)了主導(dǎo)地位。除了一些場(chǎng)館車仍舊使用

23、鉛酸電池，或者一些中、輕度混合動(dòng)力汽車使用鎳氫電池作為車載動(dòng)力電源外，無論是PHIEV也好。還是BEV,都把鋰離子電池作為了車載動(dòng)力電源的首要選擇。而在未來的很長一段時(shí)間內(nèi),鋰離子動(dòng)力電池將會(huì)一直占據(jù)車載動(dòng)力蓄電池的頭把交椅,鋰離子動(dòng)力電池的應(yīng)用將會(huì)深化到各種類型的電動(dòng)公交車內(nèi)。但是,鋰離子電池作為電動(dòng)公交車的儲(chǔ)能裝置，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化方面還是存在著一定的瓶頸，一輛能夠完全取代傳統(tǒng)車的電動(dòng)公交車，其儲(chǔ)能裝置至少必須滿足能量密度與汽油相當(dāng)達(dá)到lOO1000wh/kg，,功率密度達(dá)到3001500W/kg，壽命必須與車相同，工作溫度范圍要足夠?qū)?，能?4580C內(nèi)都能運(yùn)行。此外電池作為儲(chǔ)能裝置，成本要

24、小于等于100$/kWh，并具有較高的安全性與可靠性，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)業(yè)化。而相對(duì)于上述標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池還是有所欠缺的。因此，未來的發(fā)展目標(biāo)是需要通過改進(jìn)鋰離子電池的正極、負(fù)極、電解質(zhì)材料選擇與制造工藝，提升鋰離子電池的性能與核心競(jìng)爭(zhēng)力。2.1.2電池的匹配選擇如今，國際電動(dòng)公交車界逐步形成三橫、三縱、三系統(tǒng)，的產(chǎn)業(yè)框架。三橫是指純電池電動(dòng)公交車、混合動(dòng)力電動(dòng)公交車和燃料電池電動(dòng)公交車。三縱是指高效能專用電池、先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)技術(shù)和信息化的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。三系統(tǒng)是指新型的電動(dòng)公交車產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)、社會(huì)配套與應(yīng)用工程系統(tǒng)以及新型的能源開發(fā)和管理系統(tǒng)。電動(dòng)公交車的電池，并不只是單純地指動(dòng)力蓄

25、電池。從嚴(yán)格意義上來說，電動(dòng)公交車的電池是通過動(dòng)力蓄電池單體、動(dòng)力蓄電池模塊、動(dòng)力蓄電池包、動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)這樣自下而上的一級(jí)級(jí)的搭建而構(gòu)成的。只有電池系所包含的動(dòng)力蓄電池、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及管理系統(tǒng)能夠都達(dá)到電動(dòng)公交車的標(biāo)準(zhǔn)，這樣的電池才是電動(dòng)公交車所真正需要的。常用電池主要是干電池、蓄電池以及體積小的微型電池。此外，還有金屬-空氣電池、燃料電池以及其他能量轉(zhuǎn)換電池如太陽電池、飛輪電池、溫差電池、核電池等。而真正在安全性、效率、性價(jià)比上都能滿足電動(dòng)公交車需要的，除了少部分的汽車使用的是燃料電池與飛輪電池以外，應(yīng)用最多的正是蓄電池。在電池中，蓄電池的種類是最多的，共同的特點(diǎn)是可以經(jīng)歷多次充電、放電循環(huán)

26、反復(fù)使用，這也正是蓄電池作為電動(dòng)公交車動(dòng)力源的基礎(chǔ)。當(dāng)然，并不是所有的蓄電池都適合應(yīng)用于電動(dòng)公交車，最常用的還是鉛酸電池、鎳氫電池以及鋰離子電池。鉛酸電池是最為常用的一種車用蓄電池，鉛酸電池的極板是用鉛合金制成的格柵，電解液為稀硫酸，兩極板均覆蓋有硫酸鉛。但充電后，正極處極板上硫酸鉛轉(zhuǎn)變成二氧化鉛，負(fù)極處硫酸鉛轉(zhuǎn)變成金屬鉛。放電時(shí)，則發(fā)生反方向的化學(xué)反應(yīng)。鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為2V，常用串聯(lián)方式組成6V或12V的蓄電池組。電池放電時(shí)硫酸濃度減小，可用測(cè)電解液比重的方法來判斷蓄電池是否需要充電或者充電過程是否可以結(jié)束。鉛蓄電池的優(yōu)點(diǎn)是放電時(shí)電動(dòng)勢(shì)較穩(wěn)定，缺點(diǎn)是比能量(單位重量所蓄電能)小，對(duì)環(huán)境腐

27、蝕性強(qiáng)。鎳氫電池是電動(dòng)公交車用電池的另一個(gè)主要選擇，尤其是在混合動(dòng)力汽車上有著廣泛的應(yīng)用。鎳氫電池相比于鉛酸電池和鎳鎘電池有著較大的能量密度比，這意味著可以在不為電動(dòng)公交車增加額外重量的情況下，使用鎳氫電池能有效地延長車輛的行駛時(shí)間。同時(shí)鎳氫電池在電學(xué)特性方面與鎳鎘電池亦基本相似，但又大大減小了鎳鎘電池中存在的“記憶效應(yīng)”， 鎳氫電池放電特性平穩(wěn)，放電曲線非常平滑，發(fā)熱量小，這都是鎳氫電池的優(yōu)勢(shì)，也是電動(dòng)公交車選用其作為動(dòng)力蓄電池的依據(jù)。但是鎳氫電池具有較高的自放電效應(yīng)，約為每個(gè)月30或更多，這是制約其在車輛上廣泛應(yīng)用的瓶頸。電池充得越滿自放電速率就越高；當(dāng)電量下降到一定程度時(shí)，自放電速率又會(huì)

28、稍微下降。電池存放處的溫度對(duì)自放電速率有十分大的影響。此外，鎳氫電池較高的成本也是制約其在車輛上廣泛應(yīng)用的瓶頸。相對(duì)于傳統(tǒng)的鉛酸電池與鎳氫電池鋰離子電池的歷史很短。鋰離子電池被認(rèn)為性能最為優(yōu)越的可充電電池，鋰離子電池負(fù)極一般是可大量儲(chǔ)鋰的碳素材料，正極是含鋰的過渡金屬氧化物或磷化物電解質(zhì)是鋰鹽的有機(jī)溶液。作為電動(dòng)公交車最新也是最佳的車用蓄電池選擇鋰離子電池相對(duì)于鎳氫電池、鉛酸電池有以下十個(gè)優(yōu)點(diǎn):1)鋰離子電池單體標(biāo)稱電壓高達(dá)36V，是鎳氫電池的3倍鉛酸電池的近2倍2)鋰離子電池重量輕比能量大，高達(dá)150Wh/kg是鎳氫電灌的2倍。鉛酸池的4倍，因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一這

29、個(gè)特點(diǎn)是鋰離子電池作為車用動(dòng)力蓄電池的一個(gè)十分大的優(yōu)勢(shì)。3)鋰離子電池體積小，高達(dá)400Wh/L，因此體積是相同能量的鉛酸電池的二分之一到三分之一，提供了更合理的結(jié)構(gòu)和更美觀的外形的設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)空間和可能性，為電動(dòng)公交車合理高效的整車布置保證。4)鋰離子電池循環(huán)壽命長，循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000次，以容量保持60計(jì)算，電池組100充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到600次以上，使用年限可達(dá)35年，壽命約為鉛酸電池的兩到3倍。5)鋰離子電池自放電率低。6)鋰離子電池允許工作溫度寬，低溫性能好，鋰離子電池在-2055之間工作。7)鋰離子電池?zé)o記憶效應(yīng)，而鎳氫電池有輕微的記憶效應(yīng)。所以鋰離子電池每次充電前不必像鎳氫

30、電池一樣需要放電，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行充電。電池充放電深度，對(duì)電池的壽命影響不大，可以全充全放。8)鋰離子電池中基本不存在有毒物質(zhì)，無污染，比鉛酸電池綠色環(huán)保9)鋰離子動(dòng)力電池的主要材料鋰(Li)，錳(Mn、鐵(Fe)釩(V)等在我國都是富產(chǎn)資源，為鋰電汽車提供了材料保證，也對(duì)成本的控制起到相當(dāng)大的作用。10)我國的小功率鋰離子電池早已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，形成了上下游結(jié)合的產(chǎn)業(yè)鏈鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，產(chǎn)業(yè)化條件也基本成熟。因此，我們認(rèn)為，無論是鋰離子本身特點(diǎn)，還是我國目前的現(xiàn)狀發(fā)展鋰離子動(dòng)力電池都將是我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的主要方向。下面先來介紹電動(dòng)公交車對(duì)動(dòng)力蓄電池的要求:第一，從宏觀上來

31、說，動(dòng)力蓄電池在電動(dòng)公交車的發(fā)展中需要做的是要求動(dòng)力蓄電池在電動(dòng)公交車的動(dòng)力能源中所占的比重，應(yīng)該逐步增加。要求在不降低電動(dòng)公交車的性能的同時(shí)電動(dòng)公交車所攜帶動(dòng)力蓄電池的數(shù)量、質(zhì)量與體積應(yīng)該逐步地減少。因此，未來在電動(dòng)公交車大行其道的背景下，如果不想客車的底盤一半空間需要被車輛本身所擁有的動(dòng)力蓄電池所擠占，在不降低電動(dòng)公交車的性能的同時(shí)電動(dòng)公交車所攜帶動(dòng)力蓄電池的數(shù)量、質(zhì)量與體積的減少是勢(shì)在必行的。同時(shí)減少電動(dòng)公交車所攜帶動(dòng)力蓄電池的數(shù)量、質(zhì)量與體積，對(duì)控制電動(dòng)公交車的成本、降低電動(dòng)公交車電池系統(tǒng)的復(fù)雜性，增強(qiáng)電動(dòng)公交車的動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性能都有著極其重要的意義。第二，從具體來看，動(dòng)力蓄電池在電動(dòng)公

32、交車的發(fā)展中，主要需要滿足。一低二高”，即車用動(dòng)力蓄電池的低成本要求、高容量要求以及高安全要求。第三，從專業(yè)角度來看，電動(dòng)公交車對(duì)車用動(dòng)力蓄電池的外觀、額定容量、額定、電壓充放電速率、阻抗、壽命和自放電率等各方面都作了嚴(yán)格而詳細(xì)的要求。電動(dòng)公交車所選用的動(dòng)力蓄電池，外觀不得有變形及裂紋。表面應(yīng)平整。干燥，無外傷、無污物等，且標(biāo)志清晰、正確。絕緣性能良好。動(dòng)力蓄電池的端予極性應(yīng)正確，并應(yīng)有正負(fù)極的清晰標(biāo)識(shí)。動(dòng)力蓄電池外形尺寸、質(zhì)量、能量密度應(yīng)符合生產(chǎn)企業(yè)提供的技術(shù)條件。電動(dòng)公交車與傳統(tǒng)汽車最大的不同之一就是傳統(tǒng)汽車即使很長時(shí)間不使用，只要油箱里還有汽油，那就隨時(shí)隨地能夠立即上路行駛。而電動(dòng)公交車

33、因?yàn)檐囉眯铍姵卮嬖谧苑烹姮F(xiàn)象，雖然自放電消耗的能量與整個(gè)蓄電池的容量相比是十分微不足道的但如果長時(shí)間不使用電動(dòng)公交車，也不對(duì)蓄電池進(jìn)行充電操作，日積月累之后，蓄電池也是會(huì)被放空的。此時(shí)如果再想起動(dòng)電動(dòng)公交車就需要先對(duì)蓄電池進(jìn)行充電操作，直到蓄電池恢復(fù)了一定容量為止。因此電動(dòng)公交車對(duì)于蓄電池的容量恢復(fù)能力、自放電率有著嚴(yán)格的要求。電動(dòng)公交車對(duì)于車用蓄電池的使用環(huán)境限制也是十分關(guān)注的。蓄電池對(duì)于溫度的變化十分敏感，只有在2030的溫度區(qū)間內(nèi)才能發(fā)揮電池的最佳性能，但是無論是在沒有附加的加溫裝置的情況下，蓄電池能夠在20的條件下進(jìn)行小功率的工作，還是整個(gè)系統(tǒng)在擁有適宜的散熱裝置后，能夠在55的條件下

34、進(jìn)行長時(shí)間的工作，對(duì)于現(xiàn)階段的車用蓄電池，都是必須做到的。電動(dòng)公交車對(duì)于電池濕度與酸堿度的要求是必須確保電池在高濕、高酸等惡劣情況下，不發(fā)生腐蝕、漏液，短路等危險(xiǎn)事故?？傮w來說。車用蓄電池作為電動(dòng)公交車最重要的零部件之，必須滿足電動(dòng)汽事為其指定的各項(xiàng)行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)以及國際標(biāo)準(zhǔn)，并且根據(jù)電動(dòng)公交車具體設(shè)計(jì)要求找準(zhǔn)自身特性，以夠滿足電動(dòng)公交車的實(shí)際需要。所以我們選用了比較符合實(shí)際運(yùn)用的磷酸鐵釩鋰電池作為動(dòng)力源。2.2電池包的性能及優(yōu)化設(shè)計(jì) 鋰離子電池因其性能優(yōu)異在電動(dòng)公交車上得到了大量應(yīng)用，但其在使用過程中會(huì)大量發(fā)熱是一個(gè)必須注意的問題.這不僅影響鋰離子電池的性能，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)安全問題。因此

35、電池包的熱管理是電動(dòng)公交車在所有氣候條件下有效運(yùn)行必不可少的。本節(jié)的研究主要針對(duì)電動(dòng)公交車電池包內(nèi)部電池模塊的布置，同時(shí)研究了冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。并對(duì)電池包熱管理做了相關(guān)分析、歸納總結(jié)和電動(dòng)公交車電池包的設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)電池包的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法做了相關(guān)的歸納總結(jié)，總結(jié)出較好的設(shè)計(jì)流程。2.2.1 電池包的結(jié)構(gòu)介紹純電動(dòng)公交車是由動(dòng)力蓄電池提供電力驅(qū)動(dòng)的。純電動(dòng)公交車省去了油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)和控制器的成本更低，且純電動(dòng)公交車能量轉(zhuǎn)換效率更高。電動(dòng)車的能量來源蓄電池。目前，純電動(dòng)公交車技術(shù)基本成熟，但是由于動(dòng)力蓄電池的比能量、比功率較小

36、、價(jià)格高、壽命短、外向尺寸和重量大、充電時(shí)間長等問題，使得純電動(dòng)公交車的發(fā)展受到制約。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車上，所需要的蓄電池的電能容量較小，工作時(shí)間較短，作為輔助設(shè)施的使用。但是在純電動(dòng)車上，蓄電池能量是作為動(dòng)力電源，必須是具有強(qiáng)大能量的動(dòng)力電池，且大量電池成組后才能提供足夠能量。蓄電池除了作為驅(qū)動(dòng)力能源外，還要向空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等設(shè)施提供電能。另一方面還要為照明、信號(hào)系統(tǒng)、刮水器和噴淋器以及車載娛樂和通訊設(shè)備等設(shè)施提供低壓電源。在純電動(dòng)車上蓄電池是唯一的電能源，用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)車，且為車輛上其它附屬設(shè)施供電。由于動(dòng)力源能量要求較大，電池單體的需求數(shù)量也較大。就需要將電池單體、模塊以最有利

37、于熱管理的方式排列擺放固定在車輛上。電池包就是這樣的一個(gè)元件，它的設(shè)計(jì)要考慮到電池組的重量和體積在車輛空間上的分配，合理的裝載電池單體、模塊，并且其中還有相應(yīng)的管理控制監(jiān)控設(shè)施結(jié)構(gòu)為電池提供最優(yōu)的工作環(huán)境，同時(shí)檢測(cè)控制電池組的正常運(yùn)行。一般電池包是由許多個(gè)模塊組成。一個(gè)模塊又由多個(gè)單電池組成。電池裝載在一個(gè)有電池管理系統(tǒng)的箱體中，這個(gè)箱體內(nèi)還有整個(gè)電拖系統(tǒng)與車輛其它組成部分的接口設(shè)施以及電池管理系統(tǒng)。每個(gè)模塊也有其適當(dāng)?shù)陌b、熱控制和機(jī)械或電子設(shè)備。這個(gè)裝載有電池、熱控制和電子設(shè)備以及裝載其它部件的箱體整體就是通常所說的電池包。電池包由于所組成的電池形狀各異，還有電池?cái)?shù)量不一，排列擺放的方式不

38、同，加之電池包中電池固定的方式，以及散熱通風(fēng)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同，以及受車輛擺放電池包的有效空間影響等等使得電池包的形狀各不相同。其實(shí)根據(jù)車輛實(shí)際需求單體電池組成模塊的數(shù)目模式各不相同。電池的形狀尺寸各異，考慮到電池包的通風(fēng)散熱要設(shè)計(jì)風(fēng)道，由模塊組成電池包就差異更大了。電池包結(jié)構(gòu)上不一定是長方形，可以有很多形狀，可以是一個(gè)也可以是兩個(gè)?？梢匝b載有控制系統(tǒng)集成的整體箱體，也可是和管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)等分開的。電池包中電池管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和它們?cè)陔姵匕械木唧w位置一樣也不相同。同時(shí)電池包除了其裝載固定電池的作用外。還起著要起到密封，防水，保護(hù)電池免受外界沖擊，免受外界熱量干擾等等功能。為使電池組發(fā)

39、揮最佳的性能，減少其它由于在車輛上的應(yīng)用而產(chǎn)生的不利因素的影響。根據(jù)在車上運(yùn)行的具體情況而定。加上在車輛上可以裝載的空間位置不一，導(dǎo)致電池包的電池包的結(jié)構(gòu)具有很大的多樣性。2.2.2鋰離子電池包熱管理的重要性以及管理內(nèi)容電池包作為電動(dòng)公交車上裝載有電池組的主要儲(chǔ)能元件，是電動(dòng)公交車的關(guān)鍵部件，直接影響到電動(dòng)公交車的性能。鋰離子動(dòng)力電池因其優(yōu)異的功率輸出特性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)，目前在電動(dòng)公交車上電池包中得到良好應(yīng)用。但鋰離子動(dòng)力電池性能對(duì)溫度變化較敏感，特別是運(yùn)用于汽車上的大容量、高功率鋰離子電池。優(yōu)化電池性能的實(shí)現(xiàn)需要保持在一個(gè)合適的溫度范圍運(yùn)行，從而盡可能均一整個(gè)大型電池堆的溫度分散。某個(gè)電池的

40、失靈或者濫用會(huì)導(dǎo)致電池包內(nèi)部溫度的顯著升高即熱失控，所以鋰離子電池在熱學(xué)上處理的核心問題是怎樣避免在整個(gè)大型電池包體系內(nèi)部溫度的顯著上升和由此產(chǎn)生的熱失控。由于車輛上空間有限，電池都是緊密連接裝載在汽車電池包中，電池在工作中產(chǎn)生大量熱量受空間影響而累積，并且造成各處溫度不均勻影響電池單體一致性。如果電動(dòng)公交車電池組得不到良好的均勻通風(fēng)散熱而長時(shí)間處于比較惡劣的溫度環(huán)境中，其結(jié)果一方面將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致熱失控，影響系統(tǒng)安全性與可靠性;因此為了提高整車的性能，使電池組發(fā)揮最佳的性能和壽命，就需要優(yōu)化電池包的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)。具體而言溫度對(duì)電池系統(tǒng)

41、的運(yùn)行充放電效率功率與能量安全與可靠性壽命和成本都有重要影響。車用動(dòng)力電池系統(tǒng)是把電池串或并聯(lián)組合使用的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅要求各個(gè)電池單體在容量、內(nèi)阻、放電平臺(tái)等方面匹配一致，還要考慮電池組的整體平衡與熱管理。如不能很好的管理，對(duì)某個(gè)單體而言，無異于濫用(大的熱擾動(dòng))，進(jìn)而由于單個(gè)電池的熱失控會(huì)引發(fā)整個(gè)電池模塊的熱失控，最終導(dǎo)致電池包出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。對(duì)于電池組而言，其表面不同位置(點(diǎn))存在溫差，組間阻抗不一致，而電池局部熱傳導(dǎo)的差異，可進(jìn)一步增大阻抗的差異，同時(shí)電池組間熱傳輸效率也存在差異，其強(qiáng)烈依賴于電池的形狀與尺寸及組合方式，從而進(jìn)一步增大電池組間溫差與阻抗。因此運(yùn)用在電動(dòng)車輛上的

42、大型鋰離子電池包體系就必須有熱管理。熱管理的主要有如下幾個(gè)功能:保持電池的溫度均衡;降低電池包中溫度分布不均，以避免電池間不平衡而降低性能;消除與失控溫度有關(guān)的潛在危險(xiǎn);通過使用空氣、液體與電池直接或間接接觸來主動(dòng)或被動(dòng)加熱/冷卻電池包。并提供通風(fēng)，保證電池所產(chǎn)生的潛在的有害氣體能及時(shí)排出，從而保證電池能夠安全運(yùn)行。2.2.3電池包熱管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)由于電池包中電池的種類特性各不一樣，電池包的結(jié)構(gòu)也不一樣。運(yùn)用在不同類車輛上的電池包結(jié)構(gòu)大不一樣。電池包有很大的多樣性。針對(duì)電池包的熱管理就各不一樣。我們針對(duì)電池包的熱管理方式方法也各異。熱管理就是指在電池包過熱時(shí)散熱，在電池包溫度低是加熱，以保

43、證電池一直在最佳溫度范圍內(nèi)工作，以保證發(fā)揮電池最佳性能。比較目前國內(nèi)外各種電池包熱管理，主要針對(duì)熱管理的散熱加熱方式，以及主被動(dòng)系統(tǒng)來說明目前的熱管理類型。1、主動(dòng)系統(tǒng)與被動(dòng)系統(tǒng)采用主動(dòng)方式還是被動(dòng)方式的加熱和散熱，效率會(huì)有很大差別。被動(dòng)系統(tǒng)所要求的成本會(huì)比較低，采取的設(shè)施也會(huì)相對(duì)較簡單。主動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就相對(duì)復(fù)雜一些，且需要更大的附加功率，但它的熱管理會(huì)更加有效?？紤]成本、質(zhì)量、空間的布置，早期在溫和氣候條件下使用的車輛都是沒有使用加熱或冷卻單元并且只依靠空氣來散熱電池(如圖1)。目前生產(chǎn)的一些純電動(dòng)公交車也是使用環(huán)境空氣來被動(dòng)冷卻/加熱電池包。盡管空氣是經(jīng)過汽車空調(diào)(交流)或供暖系統(tǒng)加熱和冷卻

44、的，但它仍然被認(rèn)為是一種被動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)用這種被動(dòng)系統(tǒng)，環(huán)境空氣必須在一定溫度范圍(10-35)中才能正常進(jìn)行熱管理，在環(huán)境極冷或極熱條件下運(yùn)行電池包可能會(huì)產(chǎn)生更大的不均勻。相關(guān)實(shí)驗(yàn)也證明被動(dòng)系統(tǒng)中，由于引入環(huán)境空氣的溫度的不一致性，冷卻加熱電池包會(huì)導(dǎo)致電池包更大的不均勻性。2、散熱系統(tǒng)根據(jù)傳熱學(xué)理論，固體與氣體，固體與液體接觸產(chǎn)生傳熱現(xiàn)象。氣體的對(duì)流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有液體的對(duì)流換熱系數(shù)大，液體和固體接觸對(duì)流換熱能力更強(qiáng)。傳熱系數(shù)越大所交換的熱量越多，換熱效果更明顯，因此我們要選擇合適的傳熱介質(zhì)。各種傳熱現(xiàn)象的傳熱系數(shù)范圍如下表所示:使用液體作為傳熱介質(zhì)，這需要考慮到導(dǎo)電性，安全性，還有密封性，以及

45、以后的維修方便性，還要考慮到電池包整體的重量。相變材料(例如液體石蠟)的傳熱蓄熱能力最強(qiáng)，且在達(dá)到相變溫度時(shí)可以大量吸熱或放熱而不升溫降溫。通過選用合適的相變材料能夠使電池單體有效地達(dá)到熱平衡，很好的控制電池溫度上下限，避免產(chǎn)生溫度過高過低的現(xiàn)象。但是考慮到材料的研發(fā)還有制造成本等問題，目前最有效且最常用的還是采用空氣作為散熱介質(zhì)。目前多采用的空冷主要有并行和串行兩種通風(fēng)方式，如下圖所示.這就要求在電池包結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)相應(yīng)導(dǎo)風(fēng)口，盡量減小空氣流動(dòng)阻力，保證氣流的均勻性。串行情況下一般是使空氣從電池包一側(cè)流往另外一側(cè)，從而達(dá)到帶走熱量的效果。這里氣流會(huì)將先流過的地方的熱量帶到后流過的地方，從而導(dǎo)致

46、兩處溫度不一致且溫差較大。而并行情況下模塊間空氣都是直立上升氣流。這樣能夠更均勻的分配氣流，從而保證電池包中各處的散熱一致性。在設(shè)計(jì)電池包散熱加熱系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮各因素?？梢钥闯觯捎脷怏w(空氣)作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕;有害氣體產(chǎn)生時(shí)能有效通風(fēng)，成本較低。不足之處就在于，與電池壁面之間換熱系數(shù)低，冷卻速度慢，效率低。目前應(yīng)用較多。采用液體作為傳熱介質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)有:與電池壁面之間換熱系數(shù)高、冷卻、加熱速度快;不足之處在于:密封性要求高、重量相對(duì)較大、維修和保養(yǎng)復(fù)雜、需要水套、換熱器等部件，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。采用相變材料的主要優(yōu)點(diǎn)有:與電池壁面之間換熱系數(shù)高，冷卻、加熱速度快，

47、效率高，還能一定程度上控制溫度上下限;不足之處在于研發(fā)制造成本高。3、加熱系統(tǒng)在氣候嚴(yán)寒溫度較低的季節(jié)中使用電池時(shí)，必須加熱才能夠保證電池的正常運(yùn)行，同時(shí)保證整車的正常啟動(dòng)和運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)磷酸鐵釩鋰電池在不同放電倍率，不同溫度下發(fā)熱量不同?？梢钥闯鲭姵卦诘蜏叵拢鸁崧首畲?。這樣就導(dǎo)致車輛在嚴(yán)寒氣候條件下啟動(dòng)時(shí)，電池包產(chǎn)生的能量大部分會(huì)用來發(fā)熱而不是產(chǎn)生車輛運(yùn)行的電流。如果在低溫下啟動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電池包中電流不穩(wěn)定，同時(shí)還會(huì)影響到電池的壽命。為了保證電池的正常有效運(yùn)行，必須在低溫下對(duì)電池包加熱。同散熱一樣我們可以通過流體加熱。將空氣或液體加熱后引入到在電池包中，然后將熱量傳遞給電池。由十常用空氣作為傳熱介

48、質(zhì)，可以將空氣加熱后引入到電池包，但是由于電池包中流速及空間的限制，且氣態(tài)空氣將熱量傳導(dǎo)到固態(tài)電池上效率較低，且各處流速不均，很難保證均勻傳熱。因此我們更多采用其它方式加熱電池包。目前除了將熱空氣引入到電池包中，更多采用其它方式如加熱板加熱、發(fā)熱線纏繞加熱，電熱膜包覆加熱等方式。試驗(yàn)證明這些方式加熱更加有效且升溫迅速，能夠保證各處加熱的均勻性。如下圖所示(方型電池):結(jié)構(gòu)最簡單的加熱方式就是在電池包上下添加加熱板實(shí)行加熱，還有就是在每個(gè)電池列前后纏繞加熱線，例如硅膠加熱線來對(duì)電池加熱?；蛘呃眉訜崮?如金屬電熱膜，碳基電熱膜等)整個(gè)包覆在電池四周進(jìn)行加熱。電池加熱所運(yùn)用的能量也是由電動(dòng)公交車電

49、池包中的能量來源提供的，因此我們就必需考慮到加熱能量利用的有效性。通過研究事實(shí)上電熱膜直接接觸電池殼體，并且電熱膜具有很高的成形性能夠緊密貼在電池本體上，傳熱效率高且能量的浪費(fèi)損失更小，更有利于電池包的能量運(yùn)用。再者加熱后熱傳導(dǎo)均勻，更能夠保證電池加熱的一致性。這樣加熱升溫更加有效且迅速。當(dāng)然電熱膜加熱構(gòu)造更加復(fù)雜。考慮到加熱的經(jīng)濟(jì)性還有成本及工藝問題采用有效地加熱方式是很有必要的?？傊覀儜?yīng)該根據(jù)電池的熱特性來選擇主被動(dòng)加熱冷卻系統(tǒng)。某些電動(dòng)公交車電池包，在車輛經(jīng)常使用溫度環(huán)境下，不需要進(jìn)行加熱和散熱就能夠正常運(yùn)行。而有些混合動(dòng)力汽車就只需要冷卻系統(tǒng)，有些車輛例如純電動(dòng)公交車就需要冷卻和加熱

50、兩個(gè)系統(tǒng)才能保證正常運(yùn)行。我們還應(yīng)根據(jù)具體強(qiáng)度需求來選擇何種加熱和散熱方式。例如并聯(lián)混合電動(dòng)公交車或一些由電源協(xié)助的混合動(dòng)力汽車，空冷散熱系統(tǒng)就足夠了，對(duì)于純電動(dòng)公交車和串聯(lián)混合電動(dòng)公交車，產(chǎn)生的熱量較多，可能需要更有效的液體冷卻系統(tǒng).另外還應(yīng)該考慮到車輛的構(gòu)造，以及成本需求等合理的選取主被動(dòng)方式，還應(yīng)該充分利用車輛自身的資源。例如對(duì)于混合動(dòng)力汽車可以將內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量引入到電池包中進(jìn)行加熱。再就是把空調(diào)系統(tǒng)引入到電池包中進(jìn)行熱管理，這樣即可節(jié)約能量又可簡化結(jié)構(gòu)?？傊覀兯O(shè)計(jì)的散熱加熱系統(tǒng)需要滿足結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)可靠耐用、低成本以及低寄生功率等特性。4、熱管理系統(tǒng)的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電池包的散

51、熱加熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是電池包熱管理的重要內(nèi)容。如若是采用目前大多采用的風(fēng)冷就要對(duì)電池包的結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì).合理選取通風(fēng)方式(并行/串行)，合理設(shè)計(jì)電池包的模塊化方式以及模塊的擺放排列，最終定出電池包內(nèi)風(fēng)道的設(shè)計(jì)、導(dǎo)風(fēng)口的設(shè)計(jì)還有風(fēng)扇的添加等等。目前考慮到電池包熱管理結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大多采用的是結(jié)構(gòu)簡單的風(fēng)冷方式，且考慮到散熱的均勻性大多采用的并行通風(fēng)方式。風(fēng)冷系統(tǒng)采用的并行的風(fēng)冷通風(fēng)方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的風(fēng)常有效且緊湊。風(fēng)道設(shè)計(jì)的非常合理，保證了空氣流動(dòng)的均勻性進(jìn)而保證了電池包風(fēng)冷的均勻性。在冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)也非常的巧妙，通過抽取式風(fēng)扇把從空調(diào)中引進(jìn)的冷卻氣流吸入電池包，氣流流經(jīng)電池包后對(duì)電池進(jìn)行有效地散熱，

52、最后由風(fēng)扇抽出車外。可以看出我們?cè)陔姵匕纳嵯到y(tǒng)設(shè)計(jì)中由于電池包結(jié)構(gòu)不一，電池形狀、數(shù)量、模塊化方式不一樣，風(fēng)道設(shè)計(jì)將會(huì)有很大的不同。同樣對(duì)于電池包溫度傳感器而言，對(duì)于不同的電池包結(jié)構(gòu)傳感器應(yīng)放置在不同測(cè)溫點(diǎn)位置，且需求數(shù)量不一。溫度傳感器應(yīng)該放置在最具代表性，溫度變化幅度最大的地點(diǎn)，例如空氣的進(jìn)出口位置以及電池包的中間區(qū)域。特別是最高溫和最低溫處，以及電池包中心熱量累積較厲害區(qū)域。電池包應(yīng)該合理設(shè)計(jì)才能發(fā)揮出電池的最佳性能，還要考慮到機(jī)械，包裝，電，熱，安全，監(jiān)測(cè)和控制多方面，以及與車輛其它部分的接口等問題。我們?cè)谶x取電池時(shí)，就應(yīng)該充分考慮到這些，選取合適的類型、恰當(dāng)?shù)哪K化模式、合適的排

53、列擺放以及封裝方式。我們可以看出電池的選取對(duì)電池包的性能有很大的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池包的性能下降、成本升高、并且具有安全隱患等。同時(shí)也迫切需要電池制造商的協(xié)同努力，制造出最適用于電動(dòng)公交車使用的電池。2.3充電技術(shù)2.3.1 純電動(dòng)公交車充電系統(tǒng)分類純電動(dòng)公交車充電系統(tǒng)由供電電源、充電機(jī)和其他輔助設(shè)備組成，能夠?yàn)榧冸妱?dòng)公交車的動(dòng)力蓄電池提供符合要求的充電服務(wù)。根據(jù)供電電源、充電機(jī)以及充電方式的不同，可以分為家庭充電系統(tǒng)、太陽能充電系統(tǒng)、泊車充電系統(tǒng)、行駛充電系統(tǒng)等多種充電系統(tǒng)。一種典型的由各種充電系統(tǒng)構(gòu)成的多重充電系統(tǒng)如圖所示：1、家庭充電系統(tǒng)適用于裝備有車載充電機(jī)的純電動(dòng)公交車，在夜間于家

54、中利用普通單相交流電對(duì)動(dòng)力蓄電池進(jìn)行慢速充電。根據(jù)蓄電池容量和放電深度的不同，充電時(shí)間一般需要68小時(shí)，充電電流一般限制在15A以下。車載充電機(jī)重量一般要求限制在5kg以下。因此，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕便的車載充電機(jī)對(duì)于家庭充電系統(tǒng)來說是相當(dāng)重要的，這種需求促進(jìn)了高功率密度、高效率單相ACDC變換器的研列。此外，由于夜間的電力需求較低，處于波谷階段，家庭充電系統(tǒng)有利于電網(wǎng)的峰谷調(diào)節(jié)控制。2、太陽能充電系統(tǒng)為了進(jìn)一步提高能源利用效率，還可以利用安裝在純電動(dòng)公交車車頂上的太陽能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。在Nissan公司開發(fā)的FEV型純電動(dòng)公交車上，安裝在車頂上的300V太陽能電池板能夠以16的光電轉(zhuǎn)換率

55、為蓄電池充叫71。有報(bào)道稱美國Califomia州Santa Monica市建立了一個(gè)小型太陽能充電站為純電動(dòng)公交車提供充電服務(wù)。在這種充電系統(tǒng)中，需要使用與家庭充電系統(tǒng)類似的車載充電機(jī)。3、泊車充電系統(tǒng)當(dāng)純電動(dòng)公交車停在停車場(chǎng)中時(shí)，可以根據(jù)停車時(shí)間的長短通過地面充電機(jī)進(jìn)行常規(guī)充電或快速充電(PAC)。地面充電機(jī)通常采用三相交流電作為輸入電源，通過微機(jī)控制，轉(zhuǎn)換為直流電后為蓄電池充電。充電過程控制以及充電均衡控制都由微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，以避免蓄電池過充電，盡量延長蓄電池的使用壽命。4、行駛充電系統(tǒng)對(duì)純電動(dòng)公交車蓄電池進(jìn)行充電的最理想情況是在純電動(dòng)公交車行駛過程中就完成充電過程，從而形成了行駛充電(M

56、AC)系統(tǒng)的構(gòu)想。MAC系統(tǒng)可以嵌入在某些特定區(qū)域的路而上，如高速公路的充電區(qū)。該系統(tǒng)既可以采用傳導(dǎo)式充電，也可以采用感應(yīng)式充電。對(duì)于傳導(dǎo)式MAC系統(tǒng)，純電動(dòng)公交車車體底部需要安裝接觸受電弓，通過與路面上的充電元件接觸而接受大電流充電。對(duì)于感應(yīng)式MAC系統(tǒng)，其原理與感式充電機(jī)類似，純電動(dòng)公交車駛過充電區(qū)域時(shí)，就可以完成一次充電過程。2.3.2 純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)構(gòu)成在目前的技術(shù)水平下，將純電動(dòng)公交車作為城市公交車使用時(shí)，適宜采用的充電系統(tǒng)是泊車充電系統(tǒng)，這是因?yàn)榧冸妱?dòng)公交車需要輸出大功率、大電流的充電機(jī)來進(jìn)行充電，從而需要在純電動(dòng)公交車的專用停車場(chǎng)內(nèi)建設(shè)大型充電系統(tǒng)，以滿足公交車隊(duì)中所有純電動(dòng)

57、公交車的充電要求。一個(gè)完整的純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)，主要由以下幾部分組成：1、高壓供電線路和高壓供電設(shè)備等：根據(jù)純電動(dòng)公交車的動(dòng)力蓄電池容量、充電時(shí)的電壓和電流設(shè)置、車輛數(shù)量等數(shù)據(jù)的不同，充電系統(tǒng)總?cè)萘靠赡苓_(dá)到MVA等級(jí)以上，此時(shí)需要采用高壓供電方式為充電系統(tǒng)供電。2、低壓配電線路和低壓配電設(shè)備等：高壓供電轉(zhuǎn)換為380V低壓動(dòng)力電源，再分配給充電機(jī)及其他輔助設(shè)備，完成對(duì)純電動(dòng)公交車的充電及其他輔助功能。3、大功率充電機(jī)：純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)的核心設(shè)備，將交流電源轉(zhuǎn)換為能夠滿足純電動(dòng)公交車充電要求的直流電源，并按照一定的充電控制方法完成對(duì)純電動(dòng)公交車的充電操作。4、諧波抑制與無功功率補(bǔ)償裝置：采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)的大功率充電機(jī)是高度非線性的用電設(shè)備，可能功率因數(shù)較低，而且對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染，則需要為純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)配置相應(yīng)的諧波抑制與無功功率補(bǔ)償裝置。5、其他輔助設(shè)備：包括純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)等輔助設(shè)備，可以為充電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供各種輔助功能。一個(gè)完整的純電動(dòng)公交充電系統(tǒng)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。2.3.3電動(dòng)公交車對(duì)充電技術(shù)的要求隨著電動(dòng)公交車的逐步推廣和產(chǎn)業(yè)化以及電動(dòng)公交車技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)公交車對(duì)充電站的技術(shù)要求體現(xiàn)了一致的趨勢(shì)，要求充電站盡可能向以下目標(biāo)靠近。1、充電快速化相