1、濟(jì)南職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 新能源汽車 電動汽車動力及控制技術(shù)設(shè)計 系 部： 機(jī)械系 專 業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 二O一一 年 4 月 25 日濟(jì)南職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書課題名稱： 電動汽車動力及控制技術(shù)設(shè)計 系 部：_機(jī)械系 專 業(yè)： 汽車檢測與維修_ 姓 名：_ 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：_ 二一一 年 4 月 25 日一、畢業(yè)論文（設(shè)計）的目的與要求：目的：1、了解各種電動機(jī)的工作原理及性能然后結(jié)合汽車發(fā)動機(jī)性能和特性尋找可代替發(fā)動機(jī)的動力電機(jī)。2、根據(jù)所掌握的汽車原理和電動機(jī)及其控制原理各種蓄電池特點(diǎn)設(shè)計出合理的電動汽車動力部分和控制部分以滿足電動

2、汽車的使用需求。要求：1、設(shè)計出的動力電機(jī)和控制部分必須符合理論及實(shí)踐要求。2、設(shè)計所提到的公式或圖形必須有理論來源而且要簡明扼要，條理清晰。二、畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容： 首先分析、了解電動汽車的基本構(gòu)造和原理，通過對電動汽車的了解結(jié)合現(xiàn)實(shí)需找可以替代內(nèi)燃機(jī)的動力電機(jī)。本文主要圍繞電動機(jī)以及目前普遍使用的電動車控制系統(tǒng)主要參數(shù)作出分析，例如轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系、功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系以及傳動比、蓄電池的比能量等，設(shè)計出合理的電動車動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。三、畢業(yè)論文（設(shè)計）進(jìn)程的安排序 號論文（設(shè)計）各階段名稱日 期備 注 1搜集與電動車相關(guān)的資料2011年2月 2分析電動車控制電路原理2

3、011年3月 3查找與電動機(jī)有關(guān)的資料2011年3月 4整理資料2011年4月 5整理論文2011年4月 6交論文2011年4月四、任務(wù)執(zhí)行日期：自 2011 年_ 2_月_21_日起，至_2011_年_04_月_25_日止。 學(xué) 生（簽字）_ _ 指導(dǎo)教師（簽字）_ 系主任（簽字）_ 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表系部：機(jī)械系 專業(yè)：汽車檢測與維修 班級：1班 姓 名 設(shè)計（論文）總成績：設(shè)計（論文）題目新能源汽車電動汽車動力及控制技術(shù)設(shè)計指導(dǎo)教師評語評定成績： 簽名： 年 月 日評 閱 人 評 語評定成績： 簽名： 年 月 日答 辯 小 組 評 語答辯成績： 組長簽名： 年 月 日注：設(shè)計（論

4、文）總成績=指導(dǎo)教師評定成績（30%）評閱人評定成績（30%）答辯成績（40%） 新能源汽車電動汽車動力及控制技術(shù)設(shè)計 摘要隨著世界環(huán)境的污染、全球石油危機(jī)日益嚴(yán)重而帶動的石油價格不斷上漲給汽車工業(yè)帶來了不可忽視的沖擊，也增強(qiáng)了人們開發(fā)新能源的意識，而新能源汽車更是人們關(guān)注的一大焦點(diǎn)。目前電瓶式純電動汽車以噪音小、耗能低、無污染、成本低、結(jié)構(gòu)簡單而成為新能源汽車發(fā)展的主流，世界很多國家都投入了大量的人力、財力去開發(fā)電動汽車。本文主要圍繞電動汽車的電動機(jī)以及目前普遍使用的電動車控制系統(tǒng)主要參數(shù)作出分析，例如轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系、功率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系以及傳動比、蓄電池的比能量等，設(shè)計出合

5、理的電動車動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。本文主要采用的技術(shù)有：1、 電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率。2、 電動機(jī)的主要調(diào)速方式。關(guān)鍵詞：電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)矩、變頻調(diào)速、交流電動機(jī)、EV目錄第一章 前言.1第二章 電動汽車構(gòu)造與原理.2第一節(jié) 電動車的種類.2第二節(jié) 蓄電池電動車.4第三節(jié) 燃料電池電動車.10第三章 電動車動力及控制設(shè)計.12 第一節(jié) 電動車驅(qū)動電機(jī)種類.12 第二節(jié) 直流驅(qū)動電動機(jī).14 第三節(jié) 交流驅(qū)動電動機(jī).18 第四節(jié) 直流電動機(jī)的控制.21 第五節(jié) 三項交流電動機(jī)的控制.24第四章 我國電動汽車的缺陷.27第五章 電動汽車的發(fā)展趨勢.29致謝.31附錄一.32附錄二.33參考文獻(xiàn).3

6、9第一章 前言 汽車工業(yè)的告訴發(fā)展，汽車帶來的環(huán)境污染、能源短缺、資源枯竭和安全等方面的問題越來越突出。為了保持國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)人類居住環(huán)境和能源供給，各國政府不惜巨資，投入大量人力、物力，尋求解決這些問題的各種途徑。我國面臨的形式也十分嚴(yán)峻，國內(nèi)的石油儲藏量和開采量相當(dāng)有限，隨著汽車保有量的增加，石油需求越來越多，目前已不能自給，不足部分主要通過進(jìn)口來滿足，而且每年成遞增趨勢。 由于電動汽車具有突出的環(huán)保方面的優(yōu)勢，使得電動汽車的開發(fā)和研究成為各國開發(fā)綠色汽車的主流。電動汽車使用的能源是可以用與發(fā)電的一切能源。因此使用電動汽車可以擺脫汽車對化石燃料的依賴，改善能源結(jié)構(gòu)，使能源供給多

7、樣化，使能源的供給有保障。電動汽車在解決道路交通事故方面和傳統(tǒng)汽車相比也具有一定優(yōu)勢。因此，開發(fā)電動汽車是迎接汽車面臨挑戰(zhàn)的重要對策之一。電動汽車具有良好的環(huán)保性能和可以以多種能源為動力的顯著特點(diǎn)，即可以保護(hù)環(huán)境，又可以緩解能源短缺和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全。目前發(fā)展電動汽車已成為各國政府和汽車行業(yè)的共識，電動汽車的研發(fā)已成為汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。因此，無論是從設(shè)計、研究和開發(fā)的觀點(diǎn)，還是從實(shí)用的角度來看，了解和掌握電動汽車技術(shù)的社會需求會越來越大。 第二章 電動汽車構(gòu)造與原理 第一節(jié) 電動車的種類電動汽車的分類，如圖2-1電動汽車類型純電動汽車車混合動力汽車燃料電池汽車車 車車鉛酸蓄電池 鈉硫電

8、池 鎳鋅電池 空氣電池鋰離子電池內(nèi)燃機(jī)+電池燃料電池蓄電池燃料電池電容+太陽能蓄電池+電容（飛輪）蓄電池 燃料電池 儲能器 電容 飛輪 H2燃料電池 甲醇燃料電池重燃料電池 圖2-1純電動汽車車是以車載電源為能源的汽車，又稱為EV。目前純電動汽車主要有蓄電池電動車和燃料電池電動車。蓄電池電動車是由充電式蓄電池為能源的電動車。目前這種電車普遍使用的電池一般都是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池又有很多種類，常見的有個干呵電式蓄電池、濕荷電式蓄電池、閥控式蓄電池、免維護(hù)蓄電池、膠體蓄電池、水平板式蓄電池等。動力部分廣泛使用的是直流串勵電動機(jī)和直流他勵電動機(jī)，這種電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩大，具有軟的機(jī)械特性，與汽車的行駛特

9、性非常相符。但直流電動機(jī)由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，控制電流大，維護(hù)保養(yǎng)工作量大，隨著電機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，勢必逐漸被直流無刷電動機(jī)（BCDM）、開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM）和交流異步電動機(jī)所取代。燃料電池電動車目前使用的較少，因?yàn)槿剂想姵赜捎诩夹g(shù)還不成熟其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴等缺點(diǎn)而限制了其適用范圍，不過燃料電池轉(zhuǎn)換效率高、無污染、運(yùn)行噪聲低、續(xù)駛里程長、無需充電時間（加氫式）等優(yōu)點(diǎn)被電動車未來的發(fā)展所看好。其動力和控制部分除了電池組部分有所不同外其他都大同小異。第二節(jié) 蓄電池電動車2.2.1結(jié)構(gòu) 如圖2-2加速器控制器電池接觸器電動機(jī)變速器/差速器車輪 圖 2-2蓄電池電動車

10、是由動力蓄電池向電動機(jī)供電從而驅(qū)動汽車行駛，是目前運(yùn)用最廣泛的電動車，其結(jié)構(gòu)主要由動力蓄電池（車載電源）、控制器、接觸器、控制電路、附加電路、DC/DC、DC/AC、電動機(jī)、變速器、附加電器、車身等組成。蓄電池電動車是由多個動力蓄電池串聯(lián)組成的電池組為電動車供電，電池組一般是36V400V的直流電源，為了便于向一些低壓用電設(shè)備供電，動力電池組還有DC/DC轉(zhuǎn)換器。動力電池組采用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式進(jìn)行組合，在EV（電動汽車）上占據(jù)很大一部分有效的裝載空間，在布置上有相當(dāng)?shù)碾y度，通常有“集中”布置和“分散”布置兩種形式?？刂破魇请妱榆嚧竽X，它控制著電池電量的輸出、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、過載保護(hù)、能量

11、反饋等等，目前使用的控制器分為兩大類：直流控制器和交流控制器。直流控制器使用比較廣泛的是串勵電機(jī)控制器和他勵電機(jī)控制器，在是使用方面也都有各自的優(yōu)勢。交流控制器現(xiàn)在在技術(shù)上也有了很大的提高，不如變頻調(diào)速，不過由于成本高所以在使用范圍上收到了很大限制。電動機(jī)是整個電動車的動力輸出部分，就像汽車的發(fā)動機(jī)?，F(xiàn)在電動車上使用的電動機(jī)以直流電動機(jī)為主流，交流電動機(jī)目前在電動車上還沒有得到廣泛應(yīng)用。直流電機(jī)在電動車上應(yīng)用最廣泛的主要有串勵電機(jī)和他勵電機(jī)。交流電動機(jī)的使用還是以三相交流異步電動機(jī)為主。 2.2.2 電動車原理 1、蓄電池有關(guān)電池的常見術(shù)語 放電：電池向外電路輸送電流的過程。 放電容量：電池在

12、規(guī)定條件下的放電電量或有效工作時間。 儲存壽命：電池在規(guī)定條件下儲存結(jié)束時，電池仍能保持規(guī)定的性能和儲存期限。 電池極端：電池連接外電路的部件。 電動勢：組成電池的兩個電極的平衡電位差。 放電率：放電率指放電是的速率，通常用“時率”和“倍率”表示。 充電：將外電路輸入蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來的操作過程。 充電率：蓄電池在規(guī)定的時間內(nèi)充到額定容量所需的電流值。 恒壓充電：充電時保持充電器端電壓不變的一種充電方法。 恒流充電：充電時保持充電電流不變的一種沖電方法。 極化：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)即電流為零轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)產(chǎn)生的電池電壓、電極電為的變化現(xiàn)象。 上一節(jié)我們說過，目前電動車上普遍使用的電

13、池一般還都是鉛酸蓄電池，但是這種電池有普通電池還有很大區(qū)別。動力鉛酸蓄電池既要求有瞬時大電流放電特點(diǎn)，又要求鉛酸蓄電池有持續(xù)大電流放電的能力。動力鉛酸蓄電池有以下幾個特點(diǎn)：（1）單格電壓高，汽車用鉛酸蓄電池單格額定電壓可達(dá)2.0V，開路電壓2.1V，工作電壓1.8V-2.0V。 （2）比功率和功率密度大，內(nèi)阻小，長時間可輸出大電流。 （3）性能可靠，沖放電可逆性好。 （4）循環(huán)次數(shù)多，壽命長。 （5）結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。目前，電動汽車上應(yīng)用最廣泛的電源依然是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。2、電池組的管理系統(tǒng) 動力

14、電池組的管理系統(tǒng)包括對動力電池組的充電和放電時的電流、電壓、放電深度、再生制動反饋的電流、電池的自放電率、電池的溫度等進(jìn)行控制。因?yàn)閭€別蓄電池性能變化后，影響到整個動力電池組的性能，用蓄電池管理系統(tǒng)來對整個動力電池組和對動力電池組中的每個單體電池進(jìn)行監(jiān)控，保持各個電池間的一致性，還要建立動力電池組維護(hù)系統(tǒng)，來保證電動車的正常運(yùn)行。電池組管理系統(tǒng)組成 電動車上動力電池組是它的主要電源，電動車全靠動力電池組提供電源。根據(jù)電動汽車所采用的電池的類型和動力電池組的組合方法，電池組管理系統(tǒng)主要包括：熱管理系統(tǒng)；電池管理系統(tǒng)；電線線路管理系統(tǒng)。 動力電池組管理系統(tǒng)的功能和作用 動力電池組管理系統(tǒng)要承擔(dān)動力

15、電池組的全面管理，一方面保證動力電池組的正常運(yùn)作，顯示動力電池組的動態(tài)響應(yīng)并及時報警，使駕駛員隨時都能掌握動力電池組的情況。另一方面要對人身和車輛進(jìn)行安全保護(hù)，避免因電池引起的各種事故。 電動汽車目前之所以沒有得到有效的推廣主要就是速度、充電時間和續(xù)駛里程收到了很大的限制，若想在這方面得到提高電池技術(shù)是一個重點(diǎn)。2.2.3 驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動電機(jī)是EV的動力裝置，這也是EV與內(nèi)燃機(jī)汽車的根本區(qū)別之處。現(xiàn)代EV所采用驅(qū)動電機(jī)主要是交流電動機(jī)、永磁電動機(jī)、和開關(guān)阻尼電動機(jī)等。 電動車驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電動機(jī)和驅(qū)動操縱系統(tǒng)共同組成，隨著電動車結(jié)構(gòu)形式不同，采用了不同驅(qū)動系統(tǒng)。電動車的驅(qū)動系統(tǒng)由集中

16、驅(qū)動系統(tǒng)和輪轂驅(qū)動系統(tǒng)兩驅(qū)動系統(tǒng)。 電動車的驅(qū)動系統(tǒng)總布置形式有以下幾種，其特征如表2-1 所示：（1）傳統(tǒng)驅(qū)動模式 （2）電動機(jī)驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) （3）電動機(jī)驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) （4）輪轂電動機(jī)分散驅(qū)動系統(tǒng)表2-1 EV的驅(qū)動系統(tǒng)總體布置形式、結(jié)構(gòu)模型、特征項目 結(jié)構(gòu)模型 特征 傳統(tǒng)的驅(qū)動模式 1.電動機(jī)代替發(fā)動機(jī)；2.仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成；3.有電動機(jī)前置、驅(qū)動橋前置、（F-F），電動機(jī)前置、驅(qū)動橋后置（F-R）等各種驅(qū)動模式；4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能充分發(fā)揮電動機(jī)的性能電動機(jī)驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) 1.在電動機(jī)端蓋處裝置變速齒輪、差

17、速器等驅(qū)動總成，形成電動機(jī)驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)；2.有電動機(jī)前置、驅(qū)動橋前置、（F-F），電動機(jī)前置、驅(qū)動橋后置（F-R）、驅(qū)動橋后置（R-R）等驅(qū)動模式；3.傳動機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率高，安裝方便電動機(jī)驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) 1.在電動機(jī)端蓋處裝置變速齒輪、差速器等驅(qū)動總成，電動機(jī)有一個空心軸，有一個驅(qū)動橋的半軸從電動機(jī)空心軸中通過；2.有電動機(jī)前置、驅(qū)動橋前置、（F-F），電動機(jī)前置、驅(qū)動橋后置（F-R）、驅(qū)動橋后置（R-R）等驅(qū)動模式；3.傳動機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率高，可以作為驅(qū)動橋布置在車架下面輪轂電動機(jī)分散驅(qū)動系統(tǒng) 1.電動機(jī)裝在車輪輪轂中，可以有42和44兩種布置方式，各個車輪之間的同步轉(zhuǎn)動

18、或差速轉(zhuǎn)動由中央控制器的計算機(jī)系統(tǒng)控制；2.42布置方式有雙前輪驅(qū)動模式和雙后輪驅(qū)動模式；3.44布置方式可以實(shí)現(xiàn)4輪驅(qū)動模式;4.能騰出大量有效空間，便于布置第三節(jié) 燃料電池電動汽車2.3.1燃料電池電動汽車的構(gòu)成 燃料電池電動汽車的外形和內(nèi)部空間與普通內(nèi)燃機(jī)汽車幾乎沒什么差別，特別是燃料電池電動轎車與普通內(nèi)燃機(jī)轎車的外形無任何區(qū)別。單憑外形是無法區(qū)分燃料電池汽車與普通內(nèi)燃機(jī)汽車的。燃料電動汽車與傳統(tǒng)汽車不同之處在于動力系統(tǒng)。燃料電池電動汽車的動力系統(tǒng)主要由動力控制單元、電動機(jī)、電池組、燃料箱、儲能裝置及燃料加入口等組成。 燃料電池電動汽車的動力系統(tǒng)組成是很復(fù)雜的，主要組成為燃料系統(tǒng)、空氣供

19、給系統(tǒng)、控制器、燃料電池組、蓄電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器、電動機(jī)或發(fā)電機(jī)及驅(qū)動齒輪等。2.3.2燃料電池電動汽車的種類 雖然燃料電池汽車的歷史并不長，但由于燃料電池汽車具有突出的環(huán)保、節(jié)能優(yōu)勢，各種各樣結(jié)構(gòu)的燃料電池汽車不斷問世。為了便與區(qū)分各種燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)特征，對燃料電池汽車進(jìn)行科學(xué)的分類是十分必要的，目前常見的方法有三種。 1、是根據(jù)汽車是否帶有儲能設(shè)備（如蓄電池、飛輪等）分類，據(jù)此可把燃料電池汽車分為純?nèi)剂想姵仄嚭突旌希◤?fù)合）式燃料電池汽車。 2、根據(jù)燃料特點(diǎn)把燃料電池汽車分為直接燃料電池汽車和重整燃料電池汽車。 3、分句燃料氫的儲存方式的不同可以把燃料電池汽車分為

20、壓縮氫燃料電池汽車、液氫燃料電池汽車和合金吸附氫燃料電池汽車三種。 2.3.3燃料電池電動汽車動力系統(tǒng)的工作原理 由燃料電池組出發(fā)的電流經(jīng)DC/DC逆變器后進(jìn)入電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛或經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器向蓄電池充電，當(dāng)汽車行駛時需要的動力超過電池的發(fā)電能力時，蓄電池也參與工作，其電流經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)入電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。如圖23所示圖2-3 燃料電池電動汽車動力系統(tǒng)的工作原理2.3.4燃料電池電動汽車的驅(qū)動形式 驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)是燃料電池汽車的心臟，它的主要功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并通過傳統(tǒng)系統(tǒng)將能量傳動到車輪驅(qū)動車輛行駛。 其基本構(gòu)成有兩個部分：電機(jī)及控制器。電機(jī)由控制器控制，是一個

21、將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置?？刂破鞯淖饔檬菍恿υ吹碾娔苻D(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電機(jī)運(yùn)行的另一種形式的電能，所以控制器本質(zhì)上是一個電能變換控制裝置。 目前，燃料電池可以采用的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)有直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。 第三章 電動車動力及控制設(shè)計第一節(jié) 電動車驅(qū)動電機(jī)種類電動機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。電動機(jī)也稱（俗稱馬達(dá)），在電路中用字母“M”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。3.1.1驅(qū)動電動機(jī)的種類電動機(jī)可分為交流電動機(jī)、直流電動機(jī)、交/直流點(diǎn)動機(jī)、控制電動機(jī)、開關(guān)、磁阻電動機(jī)

22、及信號電動機(jī)等多種。適用于電力驅(qū)動的電動機(jī)可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類。目前在電動汽車上已應(yīng)用的和應(yīng)用前景的有直流電動機(jī)、交流感應(yīng)電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等。3.1.2 電動車驅(qū)動電機(jī)電動汽車由電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)是電動汽車的關(guān)鍵部分。要使電動汽車具有良好的使用性能，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍及較高的轉(zhuǎn)速、足夠大的啟動扭距，還要具有體積小、質(zhì)量輕、效率高且具有動態(tài)制動性強(qiáng)和能量回饋的性能。 電動汽車對電動機(jī)的基本要求：電動汽車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求是很高的，主要有：1電動汽車用電動機(jī)應(yīng)具有瞬時功率大，過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)應(yīng)為34)，加

23、速性能好，使用壽命長的特點(diǎn)。2. 電動汽車用電動機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。 3電動汽車用電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時實(shí)現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實(shí)現(xiàn)的。4電動汽車用電動機(jī)應(yīng)在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。另外還要求電動汽車用電動機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時噪聲低，使用維修方便，價格便宜等第二節(jié) 直流電

24、動機(jī)3.2.1電動機(jī)的基本構(gòu)造 直流電動機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。定子由主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座組成。主磁極鐵芯上套有線圈，通入直流勵磁電流便會產(chǎn)生磁場，即主磁場。換向極也由鐵芯及套在上面的線圈組成，其作用是產(chǎn)生附加磁場。以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。機(jī)座除作電動機(jī)的機(jī)械支架外，還作為各磁極間磁的通路。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、軸和風(fēng)扇組成。轉(zhuǎn)子鐵芯用來安裝轉(zhuǎn)子繞組，并作為電動機(jī)磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并通過電流，以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。換向器由換向片組成，換向片按一定規(guī)律與轉(zhuǎn)子繞組的繞組元件連接。3.2.2直流電動機(jī)的工作原理 如圖 3-1

25、直流電動機(jī)的工作原理圖 圖 3-1 直流電動機(jī)包括倆個在空間固定的永久磁鐵，一個為N極，另一個為S極。在磁極的中間，裝有一個可以轉(zhuǎn)動的線圈，它的首末兩端分別接到兩片圓弧形的換向片（銅片）上，兩個換向片之間、換向片與轉(zhuǎn)軸（與線圈一起旋轉(zhuǎn)）之間均相互絕緣，為了把電樞繞組和外電路接通，在換向器上安置了兩個固定不動的電刷。由于電刷和電源固定連接，因此無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。由左手定則可知，通電線圈在磁場中受到逆時針方向的力矩作用。雖然電流方向是交替變化的，但所受的電磁力的方向不改變，因此線圈可以連續(xù)地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機(jī)的各種原理3.2.3直流電動機(jī)的運(yùn)

26、動特性與特點(diǎn)1、運(yùn)動特性 直流電動機(jī)的運(yùn)動特性包括工作特性和機(jī)械特性。工作特性是指電動機(jī)在額定電壓、額定勵磁電流不變的情況下，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距和輸出功率之間的關(guān)系。機(jī)械特性是指在額定電壓和電磁繞組不變的情況下，轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如圖電 機(jī)永磁轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化曲線，固定轉(zhuǎn)矩A轉(zhuǎn)速電流電流 轉(zhuǎn)矩NS圖3-2 直流電動機(jī)特性曲線圖電 機(jī)串勵電樞電流勵磁電流轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化曲線，固定轉(zhuǎn)矩A勵磁繞組轉(zhuǎn)速電流電流轉(zhuǎn)速電樞圖 3-3 直流串勵電動機(jī)特性曲線電 機(jī)他勵 勵磁和電樞獨(dú)立受控轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化曲線，可變轉(zhuǎn)矩勵磁繞組轉(zhuǎn)速電流流電轉(zhuǎn)速A電樞 圖3-4 他勵電動機(jī)特性曲線 2、特點(diǎn) 直流電動機(jī)的構(gòu)造較復(fù)雜，價格也比交流電

27、動機(jī)昂貴,維護(hù)維修也較困難。近年來，由于變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，在中小功率的電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中，交流電動機(jī)正逐步取代直流電動機(jī)。 盡管如此，由于直流電動機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、便于大范圍平滑調(diào)速、起動轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛用于要求進(jìn)行平滑、穩(wěn)定、大范圍的調(diào)速或需靈活控制起動、制動的生產(chǎn)機(jī)械。 第三節(jié) 交流驅(qū)動電機(jī) 3.3.1三相異步感應(yīng)電動機(jī)1、三相異步感應(yīng)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步感應(yīng)電動機(jī)性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低目前在電動汽車上已經(jīng)得到很廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格

28、便宜、過載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都是由定子和轉(zhuǎn)子這倆大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、 風(fēng)扇、風(fēng)扇罩、接線盒、吊環(huán)等其他附件。 在交流異步電動機(jī)中，定子繞組流過依次相差120度相位角的三相交流電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因?yàn)槔@組是閉合電路，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流，有電流的繞組導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生電磁力，對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)距帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。 2、三相交流異步電動機(jī)的工作原理定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)三相電流不斷地隨時

29、間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，如下圖3-5所示。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。 圖 3-5 定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由“右手螺旋定則”確定。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向與電動勢方向相同，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉(zhuǎn)軸形成轉(zhuǎn)矩(稱電磁轉(zhuǎn)矩)，并可見，它的方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(即電流相序)一致，于是，電動機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動下，順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，且一定有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有轉(zhuǎn)速差是異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的必要條件，異步的名稱也由此而

30、來。 3、三相交流異步電動機(jī)的機(jī)械特性在三相交流異步電動機(jī)的機(jī)械特性圖中，存在兩個工作區(qū)：穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。在機(jī)械特性曲線的AB段，當(dāng)作用在電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機(jī)能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，故為穩(wěn)定區(qū)。機(jī)械特性曲線的BC段，因電動機(jī)工作在該區(qū)段時其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。T-n的曲線圖3-6所示，即為電動機(jī)的機(jī)械特性曲線。 三相異步交流電動機(jī)的機(jī)械特性與汽車發(fā)動機(jī)的特性在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比而且兩者都有恒轉(zhuǎn)矩、恒功率的工作狀態(tài)，在這方面三相異步電動機(jī)與發(fā)動機(jī)有很大的相似之處，所以現(xiàn)在電動車的驅(qū)動電機(jī)正在逐步向三項交流電動機(jī)發(fā)展

31、。如圖3-7 汽車發(fā)動機(jī)的特性曲線圖圖 3-6 T=9550P/n 圖 3-7 T=9550P/n3.3.2 其他交流電動機(jī)1單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼、端蓋等構(gòu)成。定子由機(jī)座和帶繞組的鐵心組成。鐵心由硅鋼片沖槽疊壓而成，槽內(nèi)嵌裝兩套空間互隔90電角度的主繞組（也稱運(yùn)行繞組）和輔繞組（也稱起動繞組成副繞組）。主繞組接交流電源，輔繞組串接離心開關(guān)S或起動電容、運(yùn)行電容等之后，再接入電源。轉(zhuǎn)子為籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子，它是將鐵心疊壓后用鋁鑄入鐵心的槽中，并一起鑄出端環(huán)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條短路成鼠籠型。單相異步電動機(jī)又分為單相電阻起動異步電動機(jī)，單相電容起動異步電動機(jī)、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)

32、和單相雙值電容異步電動機(jī)。單相異步電動機(jī)由于存在很多缺陷所以在電動車技術(shù)上應(yīng)用較少。第四節(jié) 直流電動機(jī)的控制 3.4.1直流串勵電動機(jī) 直流串勵電動機(jī)具有較好的軟機(jī)械特性在電動車上得到了廣泛的應(yīng)用，其調(diào)速方式是通過改變勵磁繞組電流的大小來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。換向則是通過換向接觸器改變勵磁繞組電流的方向從而達(dá)到電動機(jī)翻轉(zhuǎn)的目的。如圖 3-8 所示 加速器給控制器一個調(diào)速信號，然后由控制器來控制勵磁電流的大小。 圖 3-8串勵電動機(jī)控制電路詳見附錄一串勵電動機(jī)的特點(diǎn)：1、電樞線圈與勵磁線圈串聯(lián)2、電樞電流與勵磁電流相同3、在換向結(jié)構(gòu)中需安裝換向接觸器，依靠控制器外圍接線，改變勵磁電流方向完成換向。4

33、、無再生制動，釋放加速器，一般只能滑行，無平滑制動；只能反接制動，能量通過電機(jī)發(fā)熱消耗，對電機(jī)損傷較大 5、轉(zhuǎn)矩和速度曲線固定，無調(diào)節(jié)空間，控制器必須與電機(jī)相匹配，無法根據(jù)需要選擇速度和轉(zhuǎn)矩。 3.4.2 直流他勵電動機(jī) 直流他勵電動機(jī)的調(diào)速方式一般采用改變電動機(jī)電樞的供電電壓來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。換向則可以由控制器直接控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 如圖 3-9 所示 圖 3-9 他勵電動機(jī)的特點(diǎn)： 1、勵磁線圈與電樞線圈各自獨(dú)立，便于換向，勵磁電流小于電樞電流，優(yōu)越的制動性能。 2、無需換向接觸器，降低系統(tǒng)成本；減少活動部件；依靠控制器內(nèi)部“MOSFETs”改變勵磁電流方向完成換向； 3、再生制動：釋

34、放加速器，自發(fā)平滑制動；降低電機(jī)發(fā)熱，延長使用壽命；無需再生制動接觸器，降低成本，減少活動部件。 4、在選擇轉(zhuǎn)矩和速度曲線之間有更大的空間，控制器必須與電機(jī)相匹，滿足爬坡所需的速度和轉(zhuǎn)矩。 如圖3-10他勵電動機(jī)改變電動機(jī)電樞的供電電壓調(diào)速特性圖 圖 3-10第五節(jié) 三項交流電動機(jī)的控制 3.5.1 結(jié)構(gòu)隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，三項交流異步電動機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)逐步應(yīng)用到了電動車上。這一技術(shù)也使電動汽車得到快速發(fā)展。其結(jié)構(gòu)如下圖 3-11直流電源DC/AC逆變器變頻控制器控制信號三項交流異步電動機(jī)變速器/差速器車輪車輪 圖 3-11在很多電動汽車設(shè)計理念中大多都拋棄了變速器的使用，而僅僅靠

35、調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制整個車的行駛速度以達(dá)到無級變速的目的。我認(rèn)為這很不合理，因?yàn)闊o論是汽車的發(fā)動機(jī)還是電動車電動機(jī)它們在高速運(yùn)行時都有很大的缺陷，而且功率和轉(zhuǎn)矩很不穩(wěn)定。若想即保證電動機(jī)在穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)又使電動汽車高速行駛變速器是不可缺少的部分。3.5.2 變頻調(diào)速 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流直流交流變頻器和交流交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交直交變頻器。其特點(diǎn)：1、效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗2、應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)3、調(diào)速范圍

36、大，特性硬，精度高4、技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢修困難對變頻調(diào)速的要求：（1）主磁通 ，以防止定子鐵心過飽和；（2）電動機(jī)的過載能力（或最大電磁轉(zhuǎn)矩 ）盡可能保持不變。保證電機(jī)可靠運(yùn)行。變頻調(diào)速分為：（1）、基頻以下的變頻調(diào)速（2）、基頻以上的變頻調(diào)速u 基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；基頻以上為恒功率調(diào)速；u 變頻調(diào)速過程中，異步電動機(jī)機(jī)械特性的硬度保持不變，調(diào)速范圍寬；u 頻率連續(xù)可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速三相交流異步電動機(jī)的變頻調(diào)速性能優(yōu)越，可以實(shí)現(xiàn)橫轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速，這在電動汽車應(yīng)用方面非常重要，是電動汽車目前最佳動力電機(jī)選擇，并且越來越被電動車生產(chǎn)企業(yè)所重視。變頻調(diào)速相見附錄二3.5.3 電動車的起

37、步和加速目前市場上的大部分電動車在起步是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過加速器由0加速到正常行駛轉(zhuǎn)速，這種加速勢必會造成電動機(jī)及整車電網(wǎng)電流過大（可達(dá)100200A），這樣大的電流不僅回影響電動機(jī)、電池、控制器及整車控制電路的使用壽命而且還會加快電池電量的消耗，縮短行駛里程。而三相交流異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩很小，緊靠電動機(jī)的起步很難帶動電動車，也會增加電動車的加速時間，所以我認(rèn)為如果使用三相交流異步電動作為電動車的動力電機(jī)的話那么電動機(jī)就應(yīng)該像汽車發(fā)動機(jī)那樣有一個待速，然后通過變速箱去操控電動車的行駛、變頻加速器控制電動車的加速和巡航（恒功率和恒轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)）。只有這樣電動汽車的行駛速度和加速性能才有可能達(dá)到像

38、汽車性能那樣優(yōu)秀。 第四章 我國電動汽車的缺陷續(xù)駛里程目前市場上使用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程一般為100-300km，并且這個數(shù)字通常還需要保持適當(dāng)?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)電動汽車在一般行駛環(huán)境下的續(xù)駛里程只有50-100km。比起傳統(tǒng)燃油汽車而言，電動汽車的較短續(xù)駛里程成為其致命的弱點(diǎn)。蓄電池使用壽命太短普通蓄電池充放電次數(shù)僅為300-400次，即使性能良好的蓄電池充放電次數(shù)也不過700-900次，按每年充放電200次計算，一個蓄電池的壽命最多為4年，與燃油汽車的壽命相比太短。另外，不同類型的電池在性能方面都有各自的優(yōu)勢和不足。例如，鉛酸電池成本低，原

39、材料豐富且易于回收，但續(xù)駛里程短、加速動力差且壽命短。鎳鎘電池加速動力足、壽命較長，但其成本高、可回收性差。鈉硫電池的比能量較高，能夠提供較長的續(xù)駛里程，但它要求的工作環(huán)境較苛刻，且其活性物質(zhì)具有強(qiáng)腐化性并易爆炸。就整體來看，成熟電池的壽命都相對較短。 蓄電池尺寸和質(zhì)量的制約現(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的尺寸和質(zhì)量。如果電動汽車自身裝備質(zhì)量大，就會影響加速性能和最大車速的提高。電動汽車價格昂貴主要是電池技術(shù)復(fù)雜，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技術(shù)，致使電動汽車的造價居高不下。電動汽車蓄電池的價格約為100美元kW.h，甚至有的高達(dá)350美元kW.h，成本太高，用戶難以承受。 第五章 電動汽車的發(fā)展趨勢純蓄電池驅(qū)動的超微型汽車 這種汽車降低了汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求，充電過程比較簡單，車速不高較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。由于多數(shù)采用了鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等高性能電池，車輛性能較有保證，已進(jìn)人小批量試生嚴(yán)階段。比如，日本的Hypermini采用了高性能鋰離子電池，最高時速為90km，一次充電可行駛115 km是一款適合未來城市道路行駛的家庭轎車。驅(qū)動電機(jī)呈多樣性發(fā)展 美國傾向于采用交流感應(yīng)電機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、可靠，質(zhì)量較小，但控制器技術(shù)較復(fù)雜；日本多采用永磁