純電動汽車動力系統(tǒng)分析

1、目 錄中文摘要、關鍵詞1英文摘要、關鍵詞2引言3第1章 緒論41.1純電動汽車的研究意義41.2純電動汽車發(fā)展狀況51.3純電動汽車動力系統(tǒng)的概念和優(yōu)點6第2章 純電動汽車結(jié)構(gòu)和工作原理92.1純電動汽車的種類92.2純電動汽車的基本機構(gòu)92.3純電動汽車的工作原理102.4純電動汽車主要特點11第3章 國內(nèi)外純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢133.1國外純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢133.2國內(nèi)純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢143.3純電動汽車存在問題15第4章 純電動汽車動力系統(tǒng)分析174.1純電動汽車動力系統(tǒng)主要參數(shù)174.1.1傳動系傳動比參數(shù)174.1.2電機參數(shù)174.1.3電池組參數(shù)184.2純電

2、動汽車動力系統(tǒng)的布置方式194.2.1影響布置的主要因素194.2.2純電動汽車動力系統(tǒng)布置204.3純電動汽車動力參數(shù)的優(yōu)化214.4提高純電動汽車動力性能22總結(jié)24致謝25參考文獻26純電動汽車動力系統(tǒng)分析摘要：隨著環(huán)保和能源問題的日益突出，純電動汽車以其零排放、低能耗等優(yōu)點而倍受關注。如何以低成本快速的開發(fā)出技術指標高、符合市場需求的純電動汽車，成為汽車界新的熱點之一。動力系統(tǒng)參數(shù)分析是純電動汽車研究的核心內(nèi)容之一，必須綜合考慮電池、電機特性以及整車性能要求。動力系統(tǒng)參數(shù)具體包含電池容量、電機功率、傳動系速比等。合理選擇和分析這些動力系統(tǒng)參數(shù)，使純電動汽車達到既定的整車性能目標，包括爬

3、坡、加速性能、續(xù)駛里程等。在實際車輛使用過程中，車輛的承載質(zhì)量和行駛道路的路面狀況不是一成不變的。所以在優(yōu)化整車性能的同時，必須降低這些變量因素對車輛性能的影響。與燃油汽車相比，純電動汽車的主要區(qū)別在于它有自己獨特的驅(qū)動系統(tǒng)。電池系統(tǒng)、電機系統(tǒng)和整車管理系統(tǒng)組成的動力單元取代了原先的動力總成系統(tǒng)。本文首先了解了純電動汽車的研究意義、闡述了純電動汽車發(fā)展狀況，介紹了純電動汽車動力系統(tǒng)的概念和優(yōu)點。對純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)及工作原理進行了探討，了解了國內(nèi)外純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢。最后對純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)和主要部件的布置進行了分析，最后提出了純電動汽車動力系統(tǒng)主要參數(shù)的優(yōu)化。關鍵詞：純電動車 動

4、力系統(tǒng) 主要參數(shù)Pure electric automobile power system analysisAbstract:Along with environmental protection and energy issues have become increasingly prominent, pure electric vehicles with zero emissions, low energy consumption and has drawn greater attention. How to low cost and rapid development of high t

5、echnical index, with the market demand of pure electric cars, auto industry to become one of the new hot. Dynamic analysis of system parameters on pure electric vehicles is one of the core contents, must consider the battery, motor vehicle characteristics and performance requirements. Power system p

6、arameters include the capacity of the battery, motor power, transmission ratio and so on. Reasonable selection and analysis of the dynamic parameters of the system, so that the pure electric vehicle reaches a predetermined vehicle performance goals, including climbing, acceleration performance, mile

7、age and so on. In the practical use of vehicles in the process, the vehicle loading quality and driving pavement condition is not immutable and frozen. So the optimization of vehicle performance at the same time, must reduce these variables on vehicle performance.Compared with cars, pure electric ve

8、hicles for the main difference is that it has its own unique drive system. Battery system, motor system and vehicle management system is composed of power unit to replace the original powertrain system. This paper first learned about the pure electric vehicle research significance, elaborated the pu

9、re electric vehicle development, introduces the concept and advantages of pure electric automobile. The basic structure of the electric vehicle and the principle of work are discussed, understanding of the domestic and foreign development and future trends. At the end of the pure electric automobile

10、 power system parameters and main parts of the layout are analyzed, finally put forward the pure electric automobile power system parameter optimization.Key words: electric vehicle; power system; parameters引 言隨著機動車保有量的持續(xù)增長，機動車排放污染物總量持續(xù)攀升。經(jīng)科學家鑒定，汽車尾氣不僅對人產(chǎn)生危害，對植物也有毒害作用，尾氣中的二次污染物可使植物葉片出現(xiàn)壞死病斑和枯斑，臭氧層的耗損與

11、破壞、酸雨蔓延、能源危機、生物多樣性的減少、森林銳減、土地沙漠化、水污染和海樣污染以及危險性廢物越境轉(zhuǎn)移等。我國大氣污染已由工業(yè)廢物及煤炭煙氣型向光化學煙霧型轉(zhuǎn)變。我國對汽車尾氣排放控制的研究起步較晚，與發(fā)達國家的差距還比較大。汽油車的主要污染物成分是SOx、CO、HC、NOx以及碳粒等。汽車排放大量的污染物使環(huán)境付出了沉重的代價 它給人類帶來難以估計的損失。據(jù)資料介紹，城市街道上的車流量在每小時10002000輛時，CO、HC和NOx這三種有害氣體占全部有害氣體的80% 90以上。世界上幾乎所有大城市和中小城市都遭受汽車排放污染的嚴重危害。二十世紀九十年代以來，國外將純電動汽車技術的重點放在

12、關鍵的電池技術研究上，輕動汽車的前景基本上取決于輕技術的突破。人們在逐漸了解了汽車排放物的危害后，就不斷地探索新的方法來改善汽車排放性能。目前，全世界每年汽車產(chǎn)量4000萬輛左右，保有量超過10億輛，其中的七八成是小轎車。汽車已給人類的生活帶來了不可估量的巨大變化，推動了科技和社會的進步，大大的提高了人民的生活水平。但隨著內(nèi)燃機汽車的保有的不斷增長，汽車給人類帶來的問題也日益突出，已嚴重危害到人類今后的生活，主要表現(xiàn)在環(huán)境污染問題和石油資源危機問題上。盡管目前內(nèi)燃機的電控技術(燃油噴射、點火正時、怠速穩(wěn)定、廢氣循環(huán)等的電子控制)和三元催化等排氣凈化技術的應用，使汽車的排放和油耗降到了很低的程度

13、，但還未能從根本上解決汽車的排放和能源問題，現(xiàn)有的汽車每年向大氣排放約2億噸有還害，占大氣污染總量得60以上，是公認污染大氣的“頭號殺手”。為了解決危機和環(huán)境污染問題，全世界各國不得不積極尋求開發(fā)排放低、使用新能源的新型交通工具。純電動汽車被看成是能夠解決內(nèi)燃機汽車諸多問題的重要途徑之一。第1章 緒 論1.1純電動汽車的研究意義純電動汽車將是21世紀的主要交通工具之一，純電動汽車是與汽車、電力、電子、控制技術、機械和材料等工業(yè)密切相關的新興產(chǎn)業(yè)。大力發(fā)展純電動汽車既符合我國當前的國情，也有利于推動我國汽車產(chǎn)業(yè)及其相關產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其具體意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面1實現(xiàn)交通能源的多元化，維護國

14、家的能源安全我國從1994年開始成為石油的純進口國，2000年我國進口石油7000萬噸，成品油3000萬噸，據(jù)國際石油組織(IEA)和中國能源記錄， 2010年我國的石油產(chǎn)量為1.7億噸，需進口石油1.3億噸。而到2050年石油需求量為5.0億噸，需進口石油4.0億噸，石油產(chǎn)量減到1億噸，可見我國的石油資源將會在不久的將來枯竭。進口石油數(shù)量的激增需要我們認真考慮在交通方面的能源結(jié)構(gòu)多樣化，以維護我國的能源安全。2降低汽車的排放污染，促進社會的可持續(xù)發(fā)展據(jù)聯(lián)合國調(diào)查，世界上污染最嚴重的10個城市中，有7個在中國。近幾年來隨著國民發(fā)經(jīng)濟的發(fā)展和汽車保有量的持續(xù)快速增長，現(xiàn)在我們城市的大氣污染已經(jīng)非

15、常嚴重了，如果我們將來繼續(xù)延用目前的傳統(tǒng)內(nèi)燃機技術發(fā)展汽車，將會對我國城市的大氣造成更為嚴重的污染后果。3增強我國汽車工業(yè)的自身競爭力純電動汽車作為信息技術、電子技術、新能源、新材料、先進制造技術等現(xiàn)代高科技的綜合集成，是典型的高科技產(chǎn)品。汽車工業(yè)具有很強的關聯(lián)帶動性，純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化不僅是高新技術的典范，而且是用高新技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，用信息化帶動工業(yè)化的突破口。業(yè)內(nèi)專家普遍認為，發(fā)展純電動汽車是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要政府、生產(chǎn)線、研究人員的協(xié)調(diào)配合，大力協(xié)同，應盡快建立開放、競爭、規(guī)范的運行機制和管理體制，調(diào)動社會各方面力量，共同推進純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化。上個世紀開始，世界上著名的汽車公司

16、都開始對純電動汽車的研制投入力量。純電動汽車、燃料電池車和混合純電動汽車成為各科研機構(gòu)和汽車廠家爭相研究的對象。綠色環(huán)保車輛的概念正深入人心。這些新型環(huán)保車輛很多都從根本上解決了污染問題，得到了全世界的關注。中國的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)一直落后于國外發(fā)達國家?，F(xiàn)階段，中國的汽車產(chǎn)業(yè)基本上是采用外國先進技術。發(fā)展新型環(huán)保汽車，這給中國汽車行業(yè)立足于世界汽車行業(yè)提供了一個非常好的契機。中國目前非常重視這項被稱為2l世紀科技研究之重的產(chǎn)業(yè)，爭取能利用這個時機使自己在汽車領域占有一席之地。因此，對純電動汽車的研究是完全必要和迫切的。隨著綠色節(jié)能環(huán)保意識逐漸深入人心，以解決環(huán)保需求與能源危機問題為出發(fā)點的新型環(huán)保

17、車輛已經(jīng)越來越受到大家的歡迎。純電動汽車作為新型環(huán)保車輛家族中的一個杰出代表，得到了全世界的關注，世界上著名的汽車公司都開始對純電動汽車的研制投入巨大的人力物力。當今，對純電動汽車的研究已經(jīng)成為全世界高新技術的研究開發(fā)熱點之一，在國內(nèi)已經(jīng)被列入863計劃的重點項目。1.2純電動汽車發(fā)展狀況1初期孕育階段1769年法國炮兵軍官居鈕(Cugnot)研制成功世界上第一輛蒸汽機機動車，使19世紀進入蒸汽機汽車時代。緊接著電科學方面的一系列突破孕育著純電動汽車的問世：1831年法拉第研制成功世界上第一臺旋轉(zhuǎn)直流電機。1834年蘇格蘭人德汶博特(TDavenport)研制成功不可充電蓄電池純電動汽車。18

18、59年法國人伽斯頓普拉特(Gaston Plante)發(fā)明可充電鉛酸電池。2純電動汽車誕生在1886年1月26日世界上第一輛汽車誕生(汽油機汽車)之前，1881年法國工程師克斯塔夫特魯夫(Gus訌ve Trouve)研制成功世界上第一輛可充電鉛酸電池電動三輪機動車，1881年8-11月參展巴黎國際電器展覽會。1882年英國威廉愛德華阿頓(wEAyrton)和約翰培里(JohnPerry)兩位教授組裝成功世界上第二輛電動機動車。3純電動汽車的第一個黃金時代純電動汽車以及內(nèi)燃機汽車的問世，使走過了100多年歷程的蒸汽機汽車因熱效率低下和結(jié)構(gòu)笨重等缺點凸顯，而受到雙重打擊。當時內(nèi)燃機汽車處于初創(chuàng)時期

19、，許多關鍵技術有待突破，發(fā)展緩慢。而純電動汽車雖然也有許多關鍵技術沒有解決，但因運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、易啟動、易操縱、效率高、噪音低和無排放等原因而受到特殊青睞，許多國家競相開發(fā)。繼英國之后，美國和德國分別與1890年研制成功純電動汽車，并迅速占有了可觀的市場份額，如1900年在美國售出的4200輛機動車中，純電動汽車占38，蒸汽機汽車占40，內(nèi)燃機汽車占22。1912年早期電動車輛發(fā)展達到鼎盛，僅美國電動車輛即達3.4萬輛。1915年美國純電動汽車的年產(chǎn)量達5000輛。在此期間，純電動汽車的新技術不斷涌現(xiàn)。 4純電動汽車蓄勢待發(fā)20世紀60年代、70年代汽車污染和石油危機兩件大事，對純電動汽車的研究和開

20、發(fā)起到強有力的推動作用。近30年來，世界范圍內(nèi)能源意識和環(huán)保意識空前強化，純電動汽車重新受到高度重視。1975年出現(xiàn)第一輛現(xiàn)代汽油一電動混合動力車輛。1981年出現(xiàn)第一輛飛輪，電動混合動力車輛。1981年英國太陽能車輛誕生。1986年福特和通用電氣公司開發(fā)出ETX-I型和型純電動汽車。80年代通用汽車公司的甲醇燃料電池x型樣車問世。1990年通用汽車公司開發(fā)出“沖擊牌”純電動汽車，據(jù)悉，這是第一輛為批量生產(chǎn)而設計的現(xiàn)代純電動汽車。其車身材料采用玻璃纖維，動力系統(tǒng)為32塊鉛酸電池和兩臺42KW三相感應電機，最高時速為128kmh，從靜止加速到96kmh的時間小于9s，一次充電可行駛144km，被

21、稱為20世紀90年代的經(jīng)典之作。1.3純電動汽車動力系統(tǒng)的概念和優(yōu)點電動汽車與傳統(tǒng)的燃油汽車的真正區(qū)別在于動力系統(tǒng)。電動汽車即為用電力驅(qū)動車輪行駛的車輛。電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的動力傳遞路線是大體一致的，只是動力傳遞的元件有很大區(qū)別。電動汽車的動力系統(tǒng)的主要有電池、電機、控制器、變速器、減速器、和驅(qū)動輪等組成。電動汽車動力系統(tǒng)的工作過程：控制器接受并整合來自檔位、剎車、油門(即加速踏板)的信號，然后傳遞給電機來控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等從而來滿足汽車在不同的行駛路況下的要求。因此電動汽車的動力系統(tǒng)的組成部件的相互匹配和總體的布置方式將直接影響電動汽車的動力性能。純電動汽車是指以車載電源為動力，用

22、電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當前技術尚不成熟。純電動汽車（BEV）由電動機驅(qū)動的汽車。電動機的驅(qū)動電能來源于車載可充電蓄電池或其他能量儲存裝置。大部分車輛直接采用電機驅(qū)動，有一部分車輛把電動機裝在發(fā)動機艙內(nèi)，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉(zhuǎn)子，其難點在于電力儲存技術。本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關技術。由于電力可以從多

23、種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。純電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發(fā)電設備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟效益。有關研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點，使純電動汽車的研究和應用成為汽車工業(yè)的一個“熱點”。有專家認為，對于電動車而言，目前最大的障礙就是基礎設施建設以及價格影響了產(chǎn)業(yè)化的進程，與混合動力相比，電動車更需要基礎設施的配套，而這不是一家企業(yè)能解決的，需要各企業(yè)聯(lián)合起來

24、與當?shù)卣块T一起建設，才會有大規(guī)模推廣的機會。純電動汽車與傳統(tǒng)汽車有以下優(yōu)點1排放污染小與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比，純電動汽車主要是消耗電能作為汽車前進的動力，排放污染小，純電動汽車甚至可實現(xiàn)零排放。因此，從尾氣排放量的角度來看純電動汽車特別是純電動汽車是解決汽車公害最好的選擇?？梢姡艨紤]到全球汽車總量及其潛在的增長趨勢，純電動汽車所節(jié)省的環(huán)境成本將是難以估量的。2噪聲污染小燃油汽車行駛過程中的主要噪聲來源于發(fā)動機工作噪聲、輪胎和路面摩擦噪聲、車身與高速氣流摩擦噪聲，其中低、中速行駛時以發(fā)動機工作噪聲為主。純電動汽車采用全新的供能系統(tǒng)取代了發(fā)動機，因此行駛噪聲要遠低于燃油汽車。勻速35kmh行駛

25、時，純電動汽車車內(nèi)噪聲在內(nèi)燃機汽車車內(nèi)噪聲的基礎上平均降低了10.8左右，車外噪聲平均降低了6.7左右；勻速50kmh行駛時，純電動汽車車內(nèi)噪聲在內(nèi)燃機汽車車內(nèi)噪聲的基礎上平均降低了3.3左右，車外噪聲平均降低了6.4左右：由此可見，純電動汽車能夠大幅度減少行駛過程，特別是低、中速過程中的車內(nèi)噪聲和車外通過噪聲。 3能量來源多樣化與燃油汽車唯獨依賴石油資源不同的是純電動汽車所使用的電能來源的多樣化。除了傳統(tǒng)的火力發(fā)電之外，水力、風力、太陽能等清潔能源也都可以用來發(fā)電。因此純電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一般來說不會受到能源匱乏的阻礙、不存在國家安全隱患，相反可以帶動一系列新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，為國民經(jīng)濟的健

26、康可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。4能源利用效率高經(jīng)過近幾十年來的技術發(fā)展和創(chuàng)新，燃油汽車發(fā)動機的能量轉(zhuǎn)換效率不斷提高并日趨極致，但是其對燃油的能量轉(zhuǎn)化效率依日不高，約為38左右。如果再考慮到汽車在市區(qū)內(nèi)行駛過程中頻繁的起停、低速行駛和怠速等運行工況，其最終效率不過14。而純電動汽車采用電動機驅(qū)動系統(tǒng)，無空轉(zhuǎn)損失，電池能量的80以上轉(zhuǎn)化為汽車的動力。而即使考慮由原油發(fā)電，再給蓄電池系統(tǒng)充電運行，考慮發(fā)電效率、送配電效率、充放電效率等，其最終也可得到29左右的能量轉(zhuǎn)化效率。除此之外，純電動汽車通常都具有制動能量回收功能，能夠有效地將一定比例的制動能量回收儲存為電池能量，進一步拉大了相對于車用發(fā)動機的效率優(yōu)勢

27、。5結(jié)構(gòu)方案的多樣化基于燃油汽車動力總成、傳動系統(tǒng)的空間布置要求，傳統(tǒng)汽車外形方案設計長期以來無法有大的突破。純電動汽車用電池、電機、控制線路取代了燃油動力傳動系統(tǒng)，布置更加靈活多變，特別是對與微型汽車和特殊用途汽車而言效果更佳。一般微型汽車整備質(zhì)量都小于1800kg，車長小于3.5米，車寬不大于1.5米，純電動汽車研究點是體積小、質(zhì)量輕、行駛輕便靈活。綜合考慮電池、電機特性，對某微型純電動汽車進行零部件選型、多參數(shù)優(yōu)化。純電動汽車是綜合集成了機械、電子、控制、化學、材料等多學科的高精尖技術產(chǎn)品，是21世紀汽車最重要的發(fā)展方向之一，是人類實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要支柱。第2章 純電動汽車結(jié)構(gòu)和工

28、作原理2.1純電動汽車的種類純電動汽車一般根據(jù)動力系統(tǒng)的組件的多少和布置形式分為四種類型：常規(guī)(傳統(tǒng))型純電動汽車、無變速器型純電動汽車、無差速器型純電動汽車和電動輪型純電動汽車。它們各自的特點分別是：常規(guī)(傳統(tǒng))型純電動汽車,保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的變速器、主減速器和差速器等，對驅(qū)動電機要求低，可選擇較小的電動機；無變速器型純電動汽車,去掉了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的變速器，電動機直接連接到傳動軸，通過電動機的控制實現(xiàn)變速功能，減少了車的質(zhì)量和傳動損失，但驅(qū)動電機的尺寸較大；無差速器型純電動汽車,驅(qū)動電機直接連接到左右兩個驅(qū)動半軸上，結(jié)構(gòu)簡單，較少了整車的質(zhì)量和傳動損失，通過電動機的控制實現(xiàn)左右輪的差速

29、和驅(qū)動力的分配；電動輪型純電動汽車,無動力傳遞裝置，把驅(qū)動電動機直接連接到驅(qū)動輪上，結(jié)構(gòu)最簡單、空間利用率最大、無傳動損失、但對電動機的控制精度等要求高，并要求左右輪的轉(zhuǎn)速之差滿足汽車形式特別是轉(zhuǎn)彎時的要求。2.2純電動汽車的基本機構(gòu)純電動汽車主要由3個子系統(tǒng)組成：電力驅(qū)動子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)。電力驅(qū)動子系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、機械傳動裝置；能源子系統(tǒng)包括能源(電源)、能量單元及能量控制單元；輔助子系統(tǒng)包括主力轉(zhuǎn)向單元、溫控單元和輔助動力供給單元等。圖2.1中，雙線表示機械連接，粗線表示電氣連接，細線表示控制連接。每條線上的箭頭表示電能或控制信息的流向。根據(jù)駕駛者加在

30、加速踏板和制動踏板來的信號，電子控制器發(fā)出相應的控制信號以控制功率轉(zhuǎn)換器功率器的開關。功率轉(zhuǎn)換器的作用是調(diào)節(jié)電動機和能量源之間的能源流。能量的回流是因為純電動汽車制動能量的再生，該能量被能量源吸收。應指出的是，多數(shù)純電動汽車的電池(除某些金屬空氣電池)、超級電容器和飛輪都能夠吸收制動再生能量。能量控制單元與電子控制器一起控制可再生制動能量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)能量流的最優(yōu)化。能量控制單元也和能量單元一起控制能量并監(jiān)測能源的使用情況。輔助動力供給系統(tǒng)向所有的純電動汽車輔助裝置提供不同電壓的電源。純電動汽車的組成如圖2.1所示。圖2.1純電動汽車的組成相對于混合動力汽車和燃料電池汽車，純電動汽車有自身的優(yōu)

31、勢。純電動汽車以電動機代替燃油機，噪音低、無污染，電動機、油料及傳動系統(tǒng)少占的空間和重量可用以補償電池的需求：且因使用單一的電能源，電控系統(tǒng)相比混合電動車大為簡化，降低了成本，也可補償電池的部分價格。而且，純電動車的電池可在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷電”進行充電，可以平抑電網(wǎng)的峰一谷差，使發(fā)電設備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟效益。對車主而言，利用分時計價的廉價“谷電”，也許花2-3元電費就能省下50元的油費。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，可解除人們對石油資源R漸枯竭的擔心。純電動汽車的這些特點對國家、對電網(wǎng)、對環(huán)境、對用戶，都是非常有益的。2.3純電動汽車的工作原理純電動

32、汽車的基本工作原理如圖22所示。電池通過控制系統(tǒng)向電動機供電，在電動機中電能轉(zhuǎn)化為機械能動力并傳給傳動系，最后傳給驅(qū)動車輪，使驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，并通過與地面間的相互作用產(chǎn)生使汽車行駛的牽引力。車載充電器主電源動力電池能量管理系統(tǒng)主控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)驅(qū)動電機輔助能源控制器驅(qū)動車輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動機加速踏板信號器制動踏板信號器圖2.2純電動汽車工作原理圖由駕駛員操縱的加速踏板帶有傳感器(電位計式或差動變壓器式位置傳感器)，后者將加速踏板的位置便成電信號送入控制器，控制汽車的行駛速度。由駕駛員操縱的加速踏板也帶有傳感器，當汽車減速或制動時，制動踏板位置傳感器將信號傳給主控制器，后者識別信號和汽車行駛狀態(tài)后

33、，發(fā)出指令，使汽車進入減速滑行、減速再生制動、再生和機械聯(lián)合制動或機械制動等狀態(tài)。2.4純電動汽車主要特點純電動汽車，相對燃油汽車而言，主要差別（異）在于四大部件，驅(qū)動電機，調(diào)速控制器、動力電池、車載充電器。相對于加油站而言，它由公用超快充電站。 純電動汽車之品質(zhì)差異取決于這四大部件，其價值高低也取決于這四大部件的品質(zhì)。純電動汽車的用途也在四大部件的選用配置直接相關。純電動汽車時速快慢，和啟動速度取決于驅(qū)動電機的功率和性能，其續(xù)行里程之長短取決于車載動力電池容量之大小，車載動力電池之重量取決于選用何種動力電池如鉛酸、鋅碳、鋰電池等，它們體積，比重、比功率、比能量、循環(huán)壽命都各異。這取決于制造商

34、對整車檔次的定位和用途以及市場界定、市場細分。 純電動汽車的驅(qū)動電機目前有直流有刷、無刷、有永磁、電磁之分，再有交流步進電機等，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關。另外驅(qū)動電機之調(diào)速控制也分有級調(diào)速和無級調(diào)速，有采用電子調(diào)速控制器和不用調(diào)速控制器之分。電動機有輪轂電機、內(nèi)轉(zhuǎn)子電機、有單電機驅(qū)動、多電機驅(qū)動和組合電機驅(qū)動等。電機及調(diào)速控制器的選用和配制對整車檔次和價位也有影響。公用超快充電站是純電動汽車商業(yè)化的基礎設施，將它做完善到位了才能使前者暢行無憂，反之則是它的短腿，受其制約和影響，歐洲、美國電動汽之商業(yè)實踐充分說明了這點。我們對此認識到了，但行動不力。另外，充電機與車載電池之電纜連接

35、器問題必須規(guī)范，形成電池品種、電壓分檔、快慢（功率大?。┲T要素的一致，否則純電動汽車及公用超快充電站無法有效無法對接，這個產(chǎn)業(yè)目前白紙一張，待我們?nèi)ラ_拓，但必須規(guī)劃、設計成型后實施，以免徒勞，以免勞民傷財。 純電動汽車之四大部件及公用充電站之大型充電機，專用電纜、線纜連接器乃至計費、收費系統(tǒng)，這是汽車行業(yè)新的零部件，沒它們將是無米之炊，沒做到位、不完善則是短期受其制約。同時與此相關的零部件制造商應以此形成產(chǎn)業(yè)鏈，共圖發(fā)展。將來符合國際和符合市場需求的純電動汽車必定遵守以下幾項：1.電動車輛研發(fā)制造運營必須符合國家各項相關法規(guī)。整車、零部件性能必須滿足國家技術標準和各項具體要求。2.電動車輛是以

36、電為能源，由電動機驅(qū)動行駛的，不再產(chǎn)生新的污染，不再產(chǎn)生易燃、易爆之隱患。3.電動車輛儲能用的電池必須是無污染、環(huán)保型的。且具有耐久的壽命，具備超快充電（2-3C以上電流）的功能。車輛根據(jù)用途確定一次充電之續(xù)行里程，以此裝置夠用電量的電池組，充分利用公用充電站超快充電以延長續(xù)行里程。4.電動機組應有高效率的能量轉(zhuǎn)換。剎車、減速之能量的直接利用和回收，力求車輛之綜合能源利用的高效率。5.根據(jù)車輛用途和行駛場合設定最高車速，且不得超過交通法規(guī)的限定值，以合理選擇電動機的功率和配置電池組容量。6.車輛駕駛操作，控制簡單有效、工作可靠，確保行車安全。7.機械、電氣裝置耐用少維修。車輛運營之費用低廉。8

37、.以目標市場需求為依據(jù)，提供實用、合適車型滿足之，力求做到技術、經(jīng)濟、實用、功能諸方面的綜合統(tǒng)一。 將來產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化為用戶所歡迎的純電動汽車，必定符合以下幾點特征：準確的定位、恰當?shù)挠猛?、宜駛的區(qū)域、最佳的效能。合適的車型、經(jīng)濟的配置?？煽康男阅堋⒈惝?shù)牟倏?。環(huán)保的電池、耐久的壽命、夠用的電量、超快的充電、完善的網(wǎng)絡、到位的服務。低廉的費用、最少的維修。第3章 國內(nèi)外純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢3.1國外純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢純電動汽車起源于十九世紀中后期，比汽油車早12年。1873年英國首先制造了使用鉛一鋅一次性蓄電池的純電動汽車。其后產(chǎn)生了內(nèi)燃機汽車，形成了純電動汽車與內(nèi)燃機汽車并存的局面

38、。二十世紀初，隨著內(nèi)燃機技術的不斷發(fā)展，內(nèi)燃機汽車的性能得到改進和完善，純電動汽車由于其有限的續(xù)駛罩程和較差的動力性能而逐漸為內(nèi)燃機汽車所代替，其應用也僅限于一些特殊領域，但人們對電動車的研究、開發(fā)工作并沒有停止。二十世紀70年代開始人們普遍關注的環(huán)境保護問題及80年代出現(xiàn)的石油危機又引發(fā)了人們對純電動汽車的興趣，從此，世界各國特別是歐美等發(fā)達國家開始投入大量的人力、物力、財力對純電動汽車進行研發(fā)，并取得了一定的成就。在美國、日本、歐洲等發(fā)達國家，純電動汽車已開始進入實用化階段。美國是全世界對污染限制最嚴格的國家之一，也是對純電動汽車研制起步較早的國家。美國政府以能源部為中心，對純電動汽車的研

39、制進行了連續(xù)的逐年遞增的資金投入。美國EPRI(電力能源研究所)推行了實用純電動汽車普及活動。1991年美國3大汽車公司簽訂協(xié)議，合作研究純電動汽車用先進電池，開發(fā)高性能純電動汽車電池。其中，通用公司1997年開發(fā)的具有先進動力系統(tǒng)的1997雙座EVl。該車為前輪驅(qū)動，采用一臺102KW的三相交流感應電機，裝備由26個閥控鉛酸電池組成的電池組。電池組可以使用66KW的非車載感應充電器或12KW的車載感應充電器進行充電。該車的電機在轉(zhuǎn)速為0-7000轉(zhuǎn)輸出恒轉(zhuǎn)矩1640Nm，在轉(zhuǎn)速為7000-4000轉(zhuǎn)輸出恒功率102KW，使得EVl可以獲得128kmh(電子限速)的最高車速和O-96kmh加速

40、小于9s的性能。2002年1月7日，通用汽車公司在北美國際汽車展上，推出了一款高科技環(huán)保型燃料電池概念車Autonomy，它被認為代表了汽車工業(yè)未來的發(fā)展趨勢。這款未來型概念車是世界上第一款從零開始全新設計的、使用燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)的車型，也是第一款將燃料電池與線傳操控電子控制技術相結(jié)合的車型。歐洲各國成立了歐洲純電動汽車協(xié)會，并得到歐洲經(jīng)濟委員會的支持和資助。英國、法國在大力研究先進純電動汽車的同時積極開發(fā)推廣應用限定范圍的純電動汽車。目前已有約十幾萬輛純電動汽車在英國運行。法國的雷諾和標志雪鐵龍公司長期從事純電動汽車，特別是純電動汽車的研究和開發(fā)工作，早在90年代初，就實現(xiàn)了純電動汽車的批量

41、生產(chǎn)。雷諾公司推出的帶有里程延長器的KANG00轎車采用纏繞式轉(zhuǎn)子同步電動機，最大功率為27kW，持續(xù)功率22kW；電池采用Saft NiCadlOOAh型蓄電池，車載能量為132kWh，并備有車載充電器，該車在配有里程延長器的情況下續(xù)駛里程可大于200公里，最大車速為lOOkmh，O-50kmh加速時間不大于85秒，0-80kmh加速時間不大于25秒。在歐盟資助下，歐洲正在進行一項世界最大規(guī)模的燃料電池巴士示范計劃，在2003年底已經(jīng)有30輛燃料電池大巴在歐洲不同環(huán)境下的八個國家10個城市開始營運。主要開展兩大項目：歐洲清潔城市運輸(Clean Urban Transport for Eur

42、ope簡稱CUTE)和歐洲生態(tài)城市運輸系統(tǒng)(Ecological City Transport System簡稱ECTS)，其中，僅CUTE項目歐盟提供財政資助1850萬歐元。燃料電池大巴將由奔馳汽車公司屬下的EVOBUS公司負責制造，以奔馳Citaro低地板大巴為基礎改裝，三門，總長12米，30個座位，外加站立，乘客容量達70人，裝用巴拉德MK902電池堆，功率200kw以上，350個大氣壓的壓縮氫氣瓶置于車頂上，電機驅(qū)動系統(tǒng)和燃料電池置于車后部，最高車速80kmh，一次加氫行程200250km。3.2國內(nèi)純電動汽車發(fā)展動態(tài)及趨勢我國自“八五”以來，在研發(fā)純電動汽車方面投入了大量的人力、物力

43、和財力，并取得了一系列科研成果，開發(fā)出一批純電動汽車整車產(chǎn)品，在北京、武漢、天津、株洲、杭州等城市開展了不同形式的小規(guī)模示范運行。純電動客車以公交系統(tǒng)示范運營為主，如北京121路、杭州Y9路等。純電動轎車以公務用車示范運行為主，如天津市開展電動轎車示范運行。電動小巴在局部地區(qū)開始商業(yè)化運營，如武漢市電動小巴，株洲田心小區(qū)電動小巴、北京云崗小區(qū)電動小巴等。微型純電動汽車在山東、河北等北方地區(qū)的一些市縣自發(fā)形成市場，僅山東省就有數(shù)家生產(chǎn)廠和改裝廠，已達量產(chǎn)規(guī)模。國家科技部正在積極組織推進“十城千輛”純電動汽車大規(guī)模示范行動計劃，首批選定五城一地，即在武漢、上海、深圳、大連、重慶和長沙一株洲一湘潭開

44、展示范運行。北京奧運會上，純電動汽車示范運行取得了良好效果，這對我國純電動汽車發(fā)展將起到有力的助推作用。奧運會期間，50輛鋰離子電池純電動客車在奧運中心區(qū)的奧運村、媒體村和北部賽區(qū)等線路上為奧運官員、媒體記者、運動員提供24 h全天候的運輸服務。奧運會純電動汽車示范運行不但起到了有效的示范引導作用，而且?guī)恿思冸妱悠嚰捌淠茉垂┙o技術的發(fā)展。國家電網(wǎng)公司高度重視純電動汽車推廣應用工作。從2006年以來，國家電網(wǎng)公司大力開展純電動汽車關鍵技術研究與推廣應用工作，在動力電池系統(tǒng)、供充電系統(tǒng)、動力總成、內(nèi)部示范應用考核、能源供給模式與配套政策等5個方面開展研究工作，率先開展內(nèi)部示范應用，并積極推動社

45、會車輛應用和能源供給基礎設施建設。目前，內(nèi)部使用的純電動汽車已達50余輛，包括電力營銷服務車、電力工程車和公務車等。雖然我國已開展純電動汽車示范應用，但是缺乏有效的、可持續(xù)推動純電動汽車發(fā)展的市場化機制。電動公交車的示范應用主要通過科技項目的形式開展，基本上都是由政府主導，公交運營單位和車輛研發(fā)生產(chǎn)單位參加。參與單位的風險較大，無法在短期內(nèi)形成利益鏈，因此缺乏持續(xù)推動的動力。微型純電動汽車自發(fā)形成的市場缺乏有效的組織管理，車輛質(zhì)量和電池性能有待提高。我國純電動汽車的研發(fā)與國外基本處于同一起跑線上，技術水平與產(chǎn)業(yè)化差距相差較小。我國純電動汽車重大科技專項2001年正式啟動。經(jīng)過200多家企業(yè)、高

46、校和科研院所的2000多名技術骨干的努力，已在純電動汽車關鍵單元技術、系統(tǒng)集成技術和整車技術上取得了重要進展。并且開始進入產(chǎn)業(yè)化階段。目前我國純電動汽車項目尚處于開發(fā)研制階段，還沒有形成生產(chǎn)規(guī)模，在純電動汽車的商業(yè)化運營模式探討上更處于起步階段，相對于歐洲、美國和日本，還有一定的差距。純電動汽車是汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，純電動汽車和燃料電池汽車是純電動汽車發(fā)展的最終方向。純電動汽車的大規(guī)模應用需要相對較長的過程，將經(jīng)歷不同的發(fā)展階段。國外純電動汽車發(fā)展的技術路線已逐漸明晰：在起步期對各種純電動汽車技術方向進行探索；在過渡期將混合動力汽車作為主要發(fā)展方向；純電動汽車和燃料電池汽車則是成熟期的最終

47、發(fā)展目標；各階段的發(fā)展重點都是以乘用車為代表的中小型車輛。國內(nèi)混合動力汽車技術漸趨完善，已進入商業(yè)化推廣階段；純電動汽車技術日趨成熟，已在特定區(qū)域開始推廣應用。3.3純電動汽車存在問題純電動汽車代表著汽車工業(yè)未來發(fā)展的方向，但是，即使全球各地都有電動汽車陸續(xù)上路，如何克服驅(qū)動系統(tǒng)和電池容量、效率以及充電方式便利性等問題，都是電動汽車商業(yè)化的關鍵。從技術角度看，現(xiàn)有電池汽車存在下列主要問題：1.續(xù)駛行程有限。目前市場上使用的電動汽車一次充電后的典型續(xù)駛里程一般為1 00至240km，但是這個數(shù)字通常需要保持適當?shù)男旭偹俣燃熬哂辛己玫碾姵卣{(diào)節(jié)系統(tǒng)才能得到保證。而絕大多數(shù)商用電動汽車城市行駛環(huán)境下的

48、續(xù)駛里程一般只有5080km，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車而言，電動汽車的較短的續(xù)駛里程成為其“致命的弱點。2.電池壽命太短。盡管電池品種繁多，各有特點，但其裝備電動汽車后，普遍存在續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短等問題。鎳錫電池、鋰離子電池成本高、可回收性差，但其加速動力足、壽命較長。鈉硫電池的比能量較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程和較大的加速動力，但它要求的工作環(huán)境較苛刻，且其活性物質(zhì)具有強腐化性并易爆炸。金屬空氣電池雖然具有明顯的安全、干凈、低成本等特點，但目前還只是發(fā)展的初期階段。就整體來看，還沒有非常理想的電池。3.電池尺寸、重量的制約?，F(xiàn)有電動汽車所使用的電池，都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理

49、的尺寸和重量。例如，現(xiàn)有電動汽車電池的外體積一般要達到550L，把這么大體積的電池用于家庭轎車上時，就必然要擠占轎車的行李廂空間甚至乘客空間。同樣，一部重量為2000kg的電動汽車，其電池重量達到了1270kg，這也必然使其總體性能大打折扣。4.電動車價格昂貴。主要是電池技術復雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術，致使電動汽車的造價居高不下。5.間接污染嚴重。電動汽車本身雖無排放污染，但其間接污染也是不能忽視的。電動汽車是未來汽車發(fā)展的一個方向，但任何市場形成的主要因素仍在于消費者。如何讓消費者在方便的時間、地點，很容易地取得車輛所需的動力能源，提升車輛的附加價值，都是電動汽車走近

50、大眾必須加以解決的問題。第4章 純電動汽車動力系統(tǒng)分析4.1純電動汽車動力系統(tǒng)主要參數(shù)4.1.1傳動系傳動比參數(shù)在電動機輸出特性一定時，傳動系的傳動比如何選擇，依賴于整車的動力性指標要求，即純電動汽車傳動比的選擇應該滿足汽車最高期望車速、最大爬坡度以及對加速度時間的要求。1.傳動系速比的上限：傳動系速比的上限由電動機最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定。Io主減速器的傳動比，Ig變速箱的傳動比，Nmax最大扭矩，Umax最高行駛速度。 （4-1） (4-2)要想提高傳動系速比，第一可以增加最大扭矩。第二減小最高行駛速度。2.傳動系速比的下限：傳動系速比的下限由下述方法算出的傳動系速比的最大值確定。由電動

51、機最高轉(zhuǎn)速對應的最大輸出扭矩和最大行駛車速對應的行駛阻力確定傳動系速比下限：Fumax最高車速對應的行駛阻力，Tumax電動機最高轉(zhuǎn)速對應的輸出扭矩。 (4-3)由電動機的最大輸出扭矩和最大爬坡度對應的行駛阻力確定傳動系速比下,FImax最大爬坡度對應的行駛阻力，Tmax電動機最大輸出扭矩。 (4-4)4.1.2電機參數(shù)電動機的功率包括額定功率和最大功率。電動機的功率選得越大，則電動汽車的后備功率越多，加速和爬坡性能越好，但同時電動機的體積和質(zhì)量也會迅速增加，而且會使電動機不能經(jīng)常工作在峰值功率附近，從而造成電動機的效率下降。因此，電動機的功率不能選得太大，我認為，在選擇電機的功率時應考慮以下

52、三個因素1.最高車速。電機的功率必須能滿足電動汽車最高車速的功率要求，以保證汽車在良好路面和空載情況下，能獲得較高的行駛速度。2.加速性能。電機的功率越大，則電動汽車的后備功率就越多，從而其加速性能越好。但過多的后備功率又會增加純電動汽車不必要的能量消耗。3.由于汽車的行駛工況較為復雜，需要電機具有一定的過載能力，即能承受較大的過載電流，能發(fā)出高于額定轉(zhuǎn)矩2-3倍以上的轉(zhuǎn)矩。我們知道，電機具有一定的效率特性，即在一定的轉(zhuǎn)速和功率，對應一定的效率。由于電動汽車的能量源是有限的，在選擇電機功率時，綜合考慮以上因素，盡量使電機在實際運轉(zhuǎn)過程中，能夠經(jīng)常處于高效率的范圍，以獲得較高的能量轉(zhuǎn)化效率。先保

53、證汽車預期的最高車速來初步選擇電動機應有的功率。己知電動汽車期望的最高車速，選擇的電動機功率應大體上等于但不小于汽車以最高車速行駛時行駛阻力消耗的功率之和。電動汽車以最高車速行駛消耗的功率如下：Pv電動汽車以最高車速行駛消耗的功率（kw），M整車質(zhì)量（kg）,f滾動阻力系數(shù)CD迎風阻力系數(shù)，A迎風面積m2，Vmax電動汽車最高行駛速度（km/h）,Pt電動汽車爬坡消耗的總功率（kw），V電動汽車行駛的速度（km/h），I坡度（%） (4-5) (4-6)要想提高電動汽車以最高車速行駛消耗的功率（1）增加電動汽車的質(zhì)量（2）用新型材料把滾動阻力系數(shù)增大（3）提高電動汽車最高行駛速度（4）設計迎風

54、阻力系數(shù)和迎風面積減?。?）提高電動汽車行駛的速度。4.1.3電池組參數(shù)結(jié)合課題續(xù)駛里程和能量消耗率的指標，計算所需動力電池的容量。工況法測試條件下續(xù)駛里程不低于180km，能量消耗率不高于20kWhlOOkm，因此純電動車輛裝載的動力電池消耗的電網(wǎng)總能量不能大于36kWh。電池組容量的選擇主要考慮車輛行駛時的最大輸出功率和消耗的能量，以保證純電動汽車對動力性和行駛里程的要求。1.由純電動汽車所需的最大功率選擇電池組數(shù)目電池攜帶的能量必須大于或等于純電動汽車的最大能耗，因此，所要求的電池組數(shù)目為Np。Pbmax單個電池輸出的最大功率，N單個電池組所包含的電池數(shù)目。 (4-7)2.由續(xù)駛里程選擇

55、電池組的數(shù)目在給汽車充電前，滇池所攜帶的能量必須保證純電動汽車能夠行駛一定的里程。所以電池組數(shù)目nL，確定電組數(shù)為n。L續(xù)駛里程（km），W電動汽車行駛1km所消耗的能量（kw）Cs單個電池的電容（Ah），Vs單個電池的電壓（v）。 （4-8） （4-9）通過上面公式可以得出，為了提高汽車動力系統(tǒng)的性能有效方法法之一就是要增加電池組的數(shù)目。4.2純電動汽車動力系統(tǒng)的布置方式4.2.1影響布置的主要因素與燃油汽車相比純電動汽車的布置有自己的特點，總體來說電池系統(tǒng)和電機系統(tǒng)取代動力總成和油箱之后布置更為靈活。動力總成質(zhì)量重、體積大、且形狀不規(guī)則，無論是布置空間大小還是發(fā)動機本體的空間位置和姿態(tài)，要

56、求都遠超過對電機布置的要求。此外，與質(zhì)量較輕的電機相比，發(fā)動機高速旋轉(zhuǎn)所帶來的沖擊載荷要遠遠大于電機，這些載荷通過懸置件傳遞到底盤和車身影響乘坐的舒適性。因為機械連接的產(chǎn)生的局限性，發(fā)動機的布置還受到傳動系統(tǒng)的影響，可稱為剛性布置。電池系統(tǒng)采用電路連接方式將電能傳輸給驅(qū)動電機，布置方案靈活多變相對于發(fā)動機的剛性布置而言可稱作柔性布置。影響純電動汽車布置的因素有很多，其中較為重要的有以下四個方面1.空間大小。對于小型純電動汽車而言，驅(qū)動電機和電機控制器組成的驅(qū)動電機系統(tǒng)體積不大、重量也一般都在40kg到60kg之間，布置空間要求不高。而動力電池往往會因為比能量不足造成體積龐大難以布置的問題。雖然目前來看，鋰離子電池已經(jīng)是最適合作為純電動汽車的動力電池，但實際上這種電池的比能量依然偏小、電池體積依然偏大。在本項目研發(fā)的過程中，由于電池體積太大造成了一系列布置空間范圍內(nèi)零部件干涉等問題。所采用的解決方案是將電池包拆分為三個小電池包，再分別對三個小電池包進行布置，電池包與電池包之間采用電路連接。2.載荷分配。前后軸荷的合理分配對純電動汽車來說非常重