车辆动力系统设计毕业设计

1、装备制造学院毕业设计任务书课 题 名 称电动汽车动力系统设计 教学系、部、室 专 业机械设计制造及其制动化 指 导 教 师朱天军 2014年03月02日毕业设计（论文）任务书学生姓名：在张乐堂张乐堂舒红松专 业： 机械设计制造及其制动化设计（论文）题目：电动汽车动力系统设计设计方案及参数：整车尺寸参数长、宽、高分别为2326、1455、1520mm；离地间隙281mm;轴距1780mm;轮距1175mm；前悬900mm；额定总驱动功率7.5Kw;最高车速65km/h;040KM/H加速时间为12秒；最大爬坡度10%； 第 0 页摘要随着全球环境问题和能源危机的日益凸显,人们对耗能少、污染小的新

2、型交通工具的追求愈来愈强烈。电动汽车作为公认的未来最具潜力的交通工具正在快速发展。但是电动汽车技术发展尚未成熟,所以如何制造一辆低成本、性能好的电动汽车成为汽车行业的研究重点,而电动汽车动力系统则是重中之重。电动汽车动力传动系统是由蓄电池、控制器、电动机、变速器、主减速器、驱动轮等组成。电机控制器接受从加速踏板(相当于内燃机汽车的油门)、刹车踏板和P、R、N、D(停车、倒车、空挡、前进)控制按键的输出信号,控制电动机的旋转,通过减速器、传动轴、差速器、半轴等机械传动装置驱动车轮旋转。为了满足车辆的动力性能要求电机要有较高转速和转矩性能、快速而平滑的控制能力、较高的运行效率以及能在恶劣的环境下运

3、行等特点。电池方面要有较高的比能量、快速充电能力及较高的放电率、安全可靠、使用寿命长等特点。电动汽车动力系统与传统内燃机汽车相似,只是动力系统元件有所不同。与燃油汽车一样,电动汽车动力系统的各组成部分的匹配也是非常重要的,例如电动机的功率大小、电池能量的多少、变速器的减速比等都需要依据整车的性能参数来设计计算的。通过比较几种常见的驱动系统布置方案，对蓄电池、电机等动力元件进行选型。在此基础上，对参数选择和参数间的合理匹配进行分析研究，提出一套比较合理的纯电动汽车驱动系统参数的设计原则，并以所设计的纯电动汽车为研究对象，对其驱动系统的参数进行了选择。AbstractAs global envir

4、onmental issues and becoming increasingly prominent energy crisis, people consume less energy, less pollution pursuit of new transport more intense.Recognized as the future of electric vehicles, the most promising means of transport is growing rapidly.But the development of electric vehicle technolo

5、gy is not yet mature, so how to make a low-cost, good performance electric cars become the automotive industry's research priorities, and electric vehicle power system is a top priority.Electric vehicles powertrain by batteries, controller, motor, transmission, main gear, wheels and other compon

6、ents.From the motor controller receiving the accelerator pedal (accelerator equivalent internal combustion engine vehicles), and the brake pedal P, R, N, D (park, reverse, neutral, forward) key control output signal to control the rotation of the motor through the speed reducer, drive shaft, differe

7、ntial, axle and other mechanical gear drive wheel rotation.In order to meet the requirements of dynamic performance of the vehicle speed and torque motors have a high performance, fast and smooth control, higher operating efficiency and can run in harsh environments and other characteristics.Batteri

8、es have a high energy density, fast charging capability and high discharge rate, safe, reliable, long service life.Electric vehicle power system and the traditional internal combustion engine vehicles similar to, but different from the power system components.And fuel cars, matching the components o

9、f the electric vehicle power system is also very important,Such as the motor power size, how much battery power, so the transmission gear ratio according to vehicle performance parameters needed to design computing.By comparing several common drive system layout scheme for battery powered devices, m

10、otors, etc. Selection.On this basis, a reasonable match between preferences and parameters were analyzed, proposed a more reasonable design principles pure electric vehicle drive system parameters, and pure electric car designed for the study, its drive system selection parameters. 第 3 页第1章 绪论第1节 电动

11、汽车发展概况一、电动汽车发展的必要性汽车是人类文明的象征与产物，与人类社会文明进程息息相关，毫无疑问，汽车的发展脱离不了可持续发展的轨道。能源、环保与安全是未来汽车技术可持续发展的三大主题。如果说上个世纪人们关注的是汽车的节能、排放和安全技术，那么本世纪初人们已经更多的将目光转向汽车的新能源和环保技术。因为如果仍然采用传统的内燃机技术发展汽车工业，将会给燃油的需求和环境保护造成巨大的压力。研制开发更节能、更环保、使用替代能源的新型汽车成为各大汽车公司的当务之急，电动汽车就是其中的一种类型。电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品，是人类新一代的清

12、洁交通工具，与普通内燃机汽车相比，具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点。基于以上电动汽车自身特点，它的推广有着不可估量的意义。电动汽车作为“绿色的交通工具”，它的投入运行不仅对缓解世界能源危机以及环境问题有着重要的作用，对于我国自身相关产业的发展以及我国汽车业在国际中的地位也有着及其重要的意义。首先，电动汽车是我国汽车工业赶超世界先进水平的大好机会。中国在内燃机汽车技术上距国际先进水平有近20年的差距，但在电动汽车等环保型汽车的生产研发方面仅有5年的差距。这意味着中国有可能在环保汽车时代到来之前，在谈判桌上找到自己的位予。建立我国电动汽车整车的网络、总成及通讯协议规程，开发电动汽车基本车辆控

13、制器模块，发展带有电子管理系统的高性能动力蓄电池组和具有数字控制系统的电机驱动系统，可大力促进我国电动汽车零部件产业的形成。专家人士介绍无论采取何种类型的电动汽车作为突破口都将带动新的产业链形，形成一石多鸟的效应。以电子产品为例，据估计，由于应用的大大提高，电子产品在汽车造价的比例将由传统汽车的10上升到电动汽车的60，按照到2030年我国电动汽车生产规模为1000万辆，平均每辆车售价为lO万元计算，我国电动汽车产业化所带动的电子产品市场容量将达到6000亿元。与此同时，由于电动汽车对材料的轻量化要求还将是新材料、新技术的试验场，为新材料、新技术的开发提供了用武之地。比较而言，电动汽车作为机械

14、、冶金、电子、能源、新材料和计算机产品的集成，同时也是信息技术、生物技术、数字技术等多种高新技术的集成，是典型的高新技术产品，其最终目标是智能化、数字化和轻量化。在这一实现过程中，与传统汽车相比，其对相关产业的带动效益将大上几倍。二、电动汽车发展状况1. 初期孕育阶段1769年法国炮兵军官居钮(Cugnot)研制成功世界上第一辆蒸汽机机动车，使19世纪进入蒸汽机汽车时代。紧接着电科学方面的一系列突破孕育着电动汽车的问世。1831年法拉第研制成功世界上第一台旋转直流电机。1834年苏格兰人德汶博特(TDavenport)研制成功不可充电蓄电池电动汽车。1859年法国人伽斯顿·普拉特(G

15、astonPlante)发明可充电铅酸电池。2. 电动汽车诞生在1886年1月26日世界上第一辆汽车诞生(汽油机汽车)之前，1881年法国工程师克斯塔夫·特鲁夫(Gus讧veTrouve)研制成功世界上第一辆可充电铅酸电池电动三轮机动车，1881年8-,11月参展巴黎国际电器展览会。1882年英国威廉·爱德华·阿顿(wE.Ayrton)和约翰·培里(JohnPerry)两位教授组装成功世界上第二辆电动机动车。3. 电动汽车的第一个黄金时代电动汽车以及内燃机汽车的问世，使走过了100多年历程的蒸汽机汽车因热效率低下和结构笨重等缺点凸显，而受到双重打击。当时

16、内燃机汽车处于初创时期，许多关键技术有待突破，发展缓慢。而电动汽车虽然也有许多关键技术没有解决，但因运转平稳、易启动、易操纵、效率高、噪音低和无排放等原因而受到特殊青睐，许多国家竞相开发。继英国之后，美国和德国分别与1890年研制成功电动汽车，并迅速占有了可观的市场份额，如1900年在美国售出的4200辆机动车中，电动汽车占38，蒸汽机汽车占40，内燃机汽车占22。1912年早期电动车辆发展达到鼎盛，仅美国电动车辆即达34万辆。1915年美国电动汽车的年产量达5000辆。在此期间，电动汽车的新技术不断涌现，如1894年世界上第一辆混合动力概念车问世；1899年法国人Camille和Jenatz

17、y制造的一辆炮弹性铝合金车身电动汽车，在当年的汽车大赛中创造了车速98kmh的世界纪录；1910年爱迪生发明铁一镍电池，该型电池一度成为电动汽车的主要能源；可以认为18951915年是早期电动汽车的黄金时代。4. 电动汽车相对沉寂1915年美国洲际公路和欧洲公路进入快速发展时期，续驶里程短的电动汽车显得很不适应，开始走下坡路，而内燃机汽车的关键技术获得突破(如爆震机理的发现和四乙基铅抗爆剂的发明等)，于是很快形成了内燃机汽车近乎一统天下的局面。从1915年到20世纪六七十年代电动汽车沉寂了大约半个世纪，但仍在继续使用，如英国在二战时期有35万辆电动汽车运营。5. 电动汽车蓄势待发20世纪60年

18、代、70年代汽车污染和石油危机两件大事，对电动汽车的研究和开发起到强有力的推动作用。近30年来，世界范围内能源意识和环保意识空前强化，电动汽车重新受到高度重视。1975年出现第一辆现代汽油一电动混合动力车辆。1981年出现第一辆飞轮，电动混合动力车辆。1981年英国太阳能车辆诞生。1986年镉特和通用电气公司开发出ETX-I型和型电动汽车。80年代通用汽车公司的甲醇燃料电池x型样车问世。1990年通用汽车公司开发出“冲击牌”电动汽车，据悉，这是第一辆为批量生产而设计的现代电动汽车。其车身材料采用玻璃纤维，动力系统为32块铅酸电池和两台42Kw三相感应电机，最高时速为128kmh，从静止加速到9

19、6kmh的时间小雨9s，一次充电可行驶144kin，被称为20世纪90年代的经典之作。1991年通用、镉特和克莱斯勒三大汽车公司组建了美国高效电池联合企业。1994年克莱斯勒汽车公司的甲醇燃料电池汽车Necar3问世。1996年通用、丰田联合研制的EVl蓄电池电动汽车进入市场。1996年日本推出RAV4-EV四人乘电动汽车，该车采用镍氢电池、永磁交流同步电动机，最大功率45Kw，最高车速krah，续驶里程215km。1997年丰田汽车公司研制的复合动力轿车Prius进入日本市场。1998年加拿大巴拉德电力公司(BallardPower System)开发出高功率密度的燃料电池，将燃料电池的功率

20、密度从1立方英尺3kw提高到350kW。1999年3月戴姆勒克莱斯勒汽车公司在华盛顿为其投资14亿美元开发的Necar4燃料电池电动轿车揭牌。1999年汽车公司研制的燃料电池汽车P2000在北京、上海展出。20022005年法国雷诺、日本日产、韩国现代等汽车公司计划自己研发的电动汽车投放市场。2004年通用在欧洲的欧宝公司拟将甲醇燃料电池汽车投放市场。各汽车大国十分重视电动汽车的研究开发，不仅注入巨额资金，而且给予特殊的政策优惠。如美国许多州制定了强制性的电动汽车发展计划，规定1998年电动汽车的销售量要占新车销售的2，2003年要达到10。购买l辆电动汽车可从联邦政府获得10(不超过4000

21、美元)的补贴，从地方获得5000美元补贴。法国于2000年投入15亿法郎用于发展电动汽车lO万辆，政府成立部级协调小组，总理和部长带头乘坐电动汽车上班。规定每生产l辆电动汽车，电力公司要补贴厂家1万法郎，行政机关和地方团体每新购电动汽车1辆，由环保和能源控制署补贴8千法郎。私人购买电动汽车可获政府补贴5000法郎。在公司服务的电动汽车，减免各种地方税收。英国规定电动汽车免缴牌照费和养路费，夜间充电减免23电费。我国于20世纪70年代曾开展蓄电池汽车的研究，如交通部公路科学研究所，采用离子导流薄膜式钠硫电池，进行了装车试验。90年代“八五”期间蓄电池电动汽车被列为国家重点攻关项目，以清华大学为主

22、，开发出我国第一代蓄电池汽车，已在清华校园作为绿色交通车使用。20世纪90年代，国内推出了若干种电动汽车样车。“九五”期间国家将电动汽车项目确定为国家重大科技产业工程项目加以实施，并于1998年在广东省汕头市南澳建立了“国家电动汽车运行试验示范区”，区内运行示范的电动汽车有我国自己研制的(广东益威厂轿车，华南理工大学中巴，广东长润集团轿车等)，也有美国通用(EVol轿车，S10农夫车)、日本丰田(RAV4轿车)、法国雪铁龙(SAXO轿车)和德国大众等汽车公司开发的电动汽车。2001年，我国科技部自阿“十五”国家863计划中，特别设立电动汽车重大项目，选择新一代电动汽车技术作为我国科技创新的主攻

23、方向，组织联合攻关，以电动汽车产业化技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破。近期，我国三大汽车集团研制的电动汽车纷纷亮相，有混合动力汽车、燃料电池客车、电动客车、电动概念车等品种，记载了我国电动汽车向产业化迈进的阶段成果。三、国内外电动汽车测试评价技术发展现状及趋势电动汽车测试评价一直是电动汽车技术开发和产业化过程中的研究重点。美国、欧洲、日本等在推动本国电动汽车研发的同时，也不断地提高电动汽车测试评价技术来推动电动汽车技术进步、示范推广和产业发展。我国电动汽车的测试评价技术在科技部“十五”和“十一五”科技计划的支持下，通过各参与单位的积极努力，在

24、标准和技术规范方面取得了显著的成绩，并完成了多个专项测试基地的建设。（一）、国外电动汽车测试评价 1.美国电动汽车测试评价 （1）美国先进车辆测试项目 在美国，为了建立起电动汽车等先进车辆技术研发与产业化的桥梁，在美国能源部（Department Of Energy，以下简称DOE）自由车辆技术项目（Freedom CAR and Vehicle Technologies Program）的支持下，开展了先进车辆测试）项目（Advanced Vehicle Testing Activity，简称AVTA），旨在提供国家级、综合性、公正的先进车辆技术测试评价服务，该项目是美国国内最主要的由国家主

25、导的测试评价活动，包括进行轻型车、先进动力总成、蓄电池及充电基础设施的测试评价。AVTA建立了电动汽车比较完整的测试评价体系与规程，包括基准测试（Baseline performance testing）、快速可靠性测试（Accelerated reliability testing）及车队运行测试（Fleet testing）。美国通过AVTA项目的开展，完善测试评价能力建设，建立相关的测试评价技术规范，推动电动汽车相关标准的制定；为企业进行产品开发提供试验技术支持，从而加速电动汽车的商品化、产业化；为购买电动汽车的企业及个人提供真实的电动汽车性能从而使他们做出科学的购买决定；同时也为政府制

26、定政策推动电动汽车的发展提供了依据。 （2）SAE电动车辆技术标准美国机动工程师协会（SAE）从1990年发布第一项关于电磁辐射规定的标准以来，已发布了各类电动车辆技术标准51项，内容包括各类电动车辆的术语和安全技术要求，整车动力性、经济性和排放、电磁场强度等的试验、测量方法，蓄电池和蓄电池模块的各种试验规程及对电动车辆用的高压电缆、线束与元器件、连接件的技术要求和试验方法。2001年成立的“SAE燃料电池标准委员会”，已经发布了对氢燃料的质量要求、氢燃料电池系统的性能试验和回收、氢燃料加注连接装置等方面的7个标准。随着电动汽车技术的不断进步及各种新型式的电动汽车（如增程式电动汽车、插电式混合

27、动力电动汽车）的出现，SAE也在不断修订与完善其标准体系，如SAE J 1711轻型混合动力汽车排放和能量消耗量试验方法。 2.欧洲电动汽车测试评价 欧洲从事电动汽车标准化工作的区域性组织主要有：欧洲标准化委员会（CEN）、欧洲电工标准化委员会（CENELEC），联合国欧洲经济委员会（ECE）等。CEN/TC301成立于1992年，其主要工作范围是负责纯电动汽车和混合动力汽车领域的标准化工作，主要解决这两类车辆上路行驶所需的标准问题。1995年CEN/TC301发布了电动汽车制动的建议，提出了再生制动系统的不同设计方案，以后所编制的各项标准主要包括车辆结构安全要求和故障及触电的防护，车辆性能的

28、测量（车速、加速性能、爬坡性能、能耗及续驶里程、混合动力车的排放等），车辆电源方面的要求（充电站、车载充电器噪声等）。 3.日本电动汽车测试评价日本以日本电动汽车协会（JEVA）为主开展电动车辆标准化工作，所制定的电动车辆标准（JEVS）比较系统完整，内容涉及电动车辆本身、试验方法、电机/控制器、蓄电池和充电系统等。目前已发布的电动汽车标准包括整车13项、电机及控制器2项、蓄电池7项、充电机5项。JEVA正在开展以下两方面工作：首先是电动车辆及其零部件能效的评价方法，其中包括充电器的能效评价及术语等；另一方面则是混合动力车辆的能效评价方法。（二）、国内电动汽车测试评价 1.国内电动汽车测试评价

29、技术及标准根据行业发展的需要，科技部从“十五”开始，通过电动汽车重大项目对电动汽车测试评价方法进行了持续支持，推动了我国电动汽车相关测试评价技术的进步。目前在电动汽车整车及关键零部件通用性、安全性、互换性、技术条件及试验方法等标准方面，已经发布的电动汽车标准项目42项（含电动摩托车6项），其中国家标准35项，汽车行业标准7项。标准按照技术路线分包括纯电动汽车11项，混合动力汽车6项，燃料电池汽车4项，电动摩托车6项，动力蓄电池8项，电机及控制器2项，能源供给和充电相关5项。除以上发布的标准外，目前已通过标委会审查、正在报批等待发布的标准12项（修订标准1项，新制定标准11项）；正在规划过程中，

30、行业急需制修订的项目有40余项，主要包括低速电动汽车、电动汽车安全要求（修订）、混合动力汽车排放与能耗（制定和修订）、混合动力系统总成、QC/T 741-744动力蓄电池标准的修订（或转化为国标）、动力蓄电池系统级别的系列标准（性能、安全性、可靠性等）、动力蓄电池回收利用、蓄电池快速更换、蓄电池加速寿命考核、电动汽车发电机、充电设施标准、燃料电池汽车配套设施、驱动电机标准的国际化等。 （1）电动汽车整车测试评价技术作为国家“十五”863计划电动汽车重大专项重要组成部分，由中国汽车工程研究院等单位在“十五”期间承担的“电动汽车检测试验技术研究”课题之“电动汽车整车运行检测实验研究”开展对电动汽车

31、整车道路运行工况的研究工作，实际测量汕头、广州、武汉、北京、上海、重庆等典型城市的电动汽车整车道路运行工况并制定出可用于指导电动汽车动力性、经济性以及排放性能等研究开发和模拟试验用的“电动汽车整车道路运行工况”，并制定出以汕头南澳岛环岛公路和沙石泥土路为基础、能够反映电动汽车在我国典型城市实际运行道路状况的“电动汽车整车运行道路可靠性考核试验用载荷谱、典型路段及其里程分配”。通过对电动汽车整车运行性能（动力性、经济性以及安全性等）检测试验技术、检测试验方法、检测试验标准、检测试验规程的研究，研究开发或配置电动汽车整车运行性能检测试验所需的检测试验设备仪器。 （2）动力蓄电池测试评价“十五”期间

32、，在科技部电动汽车重大项目的支持下，我国开展了混合电动汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车用先进动力蓄电池的研制及测试评估技术的研究工作。期间科技部采取了一系列新的举措，极大地推动了我国动力蓄电池技术及测试评估技术的快速进步，特别是在实用化方面的进步，主要集中在动力蓄电池单体电池的综合性能和模块的部分电性能方面。通过国家“十五”电动汽车重大项目的实施，制定了电动汽车用锂离子蓄电池、电动汽车用金属氢化物镍蓄电池、车用超级电容器、电动汽车用铅酸蓄电池四项标准并成为中华人民共和国汽车行业标准（QC/T743-2006电动汽车用锂离子蓄电池，QC/T744-2006电动汽车用金属氢化物镍蓄电池，QC/T74

33、1-2006车用超级电容器，QC/T742-2006电动汽车用铅酸蓄电池）；制定2003-2005EV/HEV车用金属氢化物镍蓄电池、2003-2005 EV/HEV车用锂离子蓄电池测试规范等测试评价技术规范。近年来我国动力蓄电池的测试评价技术朝着蓄电池模块与系统的动态使用性能、工况循环寿命与使用寿命、使用寿命快速测试评价技术等方向发展，现已完成国家标准电动汽车用动力蓄电池的循环性能要求征求意见稿的制定。 （3）驱动电机测试评价“十一五”期间，由北京理工大学承担的课题“车用驱动电机系统检测技术和快速评价方法研究”，围绕车用驱动电机关键技术，进行了驱动电机系统故障模式和失效模式分析，可靠性、耐久

34、性台架试验方法和快速评价方法研究，以及驱动电机系统动态特性测试及标定方法、能量回馈考核方法、噪声测试技术、综合性能评价方法的研究等。近年来我国电机的测试评价技术朝着可靠性、耐久性、动态特性、噪声、环境适应性等综合性能的方向发展，目前已有3项电机标准发布，其中电动汽车用电机及其控制器 第1部分：技术条件与电动汽车用电机及其控制器第2部分：试验方法2项国家标准现正在进行修订。（4）燃料电池测试评价“十五”期间，同济大学和清华大学就进行燃料电池汽车及燃料电池发动机测试技术的研究，形成了863系列测试规范，为燃料电池汽车相关标准的制定奠定了基础。“十一五”期间，由同济大学承担的“轿车用燃料电池发动机检

35、测技术和快速评价方法研究”和由清华大学承担的“客车用燃料电池发动机检测技术和快速评价方法研究”分别进行了轿车和客车燃料电池发动机检测技术和快速评价方法的研究。由中国科学院大连化学物理研究所承担的“燃料电池关键材料及部件检测和环境适应性研究”项目，对质子交换膜燃料电池关键材料及核心部件测试评价平台、测试方法以及耐久性快速评价方法进行了研究。由中国汽车技术研究中心承担的“燃料电池汽车安全性能试验研究与检测评价”项目，研究了燃料电池汽车安全保障技术、技术标准要求以及安全评价体系，燃料电池汽车的碰撞安全性及测试方法，以及氢气泄漏检测技术、高压氢气罐安全性及测试方法、燃料电池堆的安全测试方法等。目前国内

36、电动汽车行业已有4项燃料电池测试标准，已通过标委会审查、正在报批等待发布的有3项。（5）电动汽车附件测试评价“十五”863课题“电动汽车检测试验技术研究”中的“电动汽车整车运行检测实验研究”项目，开展对电动汽车用充电机检测试验技术的研究工作，研究开发可以对车载充电机、地面充电机以及感应式充电机的电气特性进行检测试验以及结合动力蓄电池模块检测试验系统对充电机的整体性能作出检测试验评价的充电机自动检测装置。在“十五”期间，“电动汽车整车运行检测实验研究”项目还进行了电动汽车在危险工况下的动力系统及整车安全性能检测试验技术研究，开展对电动汽车在危险工况下的整车运行参数、动力系统的电参数（电流、电压以

37、及绝缘电阻）、动力蓄电池的电压和温度、电解液泄漏量、充电时所排氢气浓度以及电动汽车整车安全性等方面的试验检测技术的研究工作，并进行了电动汽车车载和地面高压绝缘短路安全检测试验技术研究，开展对电动汽车整车、动力蓄电池模块、电机驱动系统、电机以及车载充电机等绝缘短路试验检测技术的研究工作，研究开发出可进行电动汽车高压、绝缘、短路检测试验的地面静态检测试验装置和车载动态检测试验装置。（6）电动汽车充电装备测试评价在充电装备标准制定方面，2010年1月，国家标准委员会发布了电动汽车充电站的通用要求。另外地方政府和各能源集团都积极开展了电动汽车充电设施的标准制定工作，如深圳、上海、江苏等地纷纷制定了各自

38、充电站的地方标准；2010年7月份，北京市政府也出台了北京首部电动汽车充电站标准。国家电网和南方电网根据各自实际情况制定了电动汽车充电方面的相关标准。目前制定的标准大多数仅限于充电设备的性能要求，而对于充电设备的测试在国内外尚未形成统一的技术标准。以北京理工大学、北京交通大学、国家电网公司、中石化公司以及相应的充电设备生产和研发单位为主，根据电动汽车示范运行的需要，开展了相应的充电机等通用技术要求研究工作。目前，国内充电设备相应的检测方法尚未完善，相应的检测平台尚未建立。 2.我国电动汽车测试评价能力建设情况 （1）863蓄电池测试评价基地“十五”期间，在科技部电动汽车重大项目的支持下，我国开

39、展了混合电动汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车用先进动力蓄电池的研制及测试评估技术的研究工作。“十五”期间，在科技部的大力支持下建立了中国电子科技集团公司第十八研究所与中国北方车辆研究所两个动力蓄电池测试基地，并在“十一五”期间通过863计划重大项目给予了继续的支持。（2）863电机测试评价基地“十五”和“十一五”期间，科技部还支持北京理工大学建成了863电机测试评价基地。该基地购置了电力测功机、蓄电池模拟器、环境试验系统等仪器设备，进行了相应的电机测试评价技术研究，开展了多项863电机开发成果和行业电机的测试评价和检测工作，为各种新能源车辆电机系统性能评价提供客观合理的测试平台，为国家科技规划部

40、门提供公正一致的评价平台，提供了电动汽车电机基本的可靠性、耐久性和快速评价方法。（3）863燃料电池测试评价基地在“十五”863电动汽车重大专项实施过程中，同济大学和清华大学分别建立了燃料电池轿车和燃料电池城市客车用燃料电池发动机的检测基地，可以对燃料电池发动机的功率特性、效率特性、氢气利用率等特性进行测试。（4）国家授权汽车检测机构电动汽车测试评价能力国家汽车行业主管部门授权的汽车质量监督检验机构中，有电动汽车测试评价能力的包括国家轿车质量监督检验中心、国家汽车质量监督检验中心（长春）、国家汽车质量监督检验中心（襄樊）、国家汽车质量监督检验中心（重庆）、国家客车质量监督检验中心、国家消防设备

41、质量监督检验中心、国家工程机械质量监督检验中心等。目前国内外针对电动汽车整车及关键零部件的测试评价开展了大量的研究工作，也制定了很多测试标准，但是在增程式电动汽车能量消耗、排放测试，以及电动汽车电磁兼容特性测试、整车噪声特性测试、蓄电池系统的寿命测试、电动商用车（M3/N3类）动力总成测试、增程器测试、燃料电池发动机测试、车载充电机测试等方面尚无明确的技术条件和测试规范，还有待完善或新增，以便更好地推进电动汽车产业的发展。第2节 电动汽车体结构与工作原理一、总体结构电动汽车与传统汽车一样也是由动力装置、底盘、车身和电器设备等4个部分组成。其中，电动汽车的车身和电器设备两大部分与传统汽车基本相同

42、，底盘中的传动系比内燃机汽车有所简化，不同点主要集中在动力装置以及由于动力源的不同而需要的多能源动力总成控制系统，辅助能源系统和辅助控制系统。电动汽车的动力装置由动力电池和能量管理系统，电机(驱动电机)及其控制系统组成。【如图1-2-1所示】电动汽车动力装置和有关控制系统主能源系统驱动电机及控制系统多能源动力总成控制系统辅助能源辅助控制系统能量管理系统超级电容储能飞轮等充电控制辅助电源控制空气调节控制动力电池动力转向控制等 图1-2-1电动汽车的动力装置和有关控制系统的组成动力电池和能量管理系统又称主能源系统，相当于内燃机汽车的燃料系统。其中动力电池的功用是提供汽车运行所需的能源；能量管理系统

43、用来实现能源利用的监控、协调控制和能量再生控制等。早期的能量管理系统很简单，主要为一个电度表，通过简单的换算，粗略地显示电池剩余电量或汽车还能行驶的里程数。目前的能量管理系统由传感器组(电流、电压及温度等)，计算机信号采集、处理和分析模块，多功能显示器和控制执行单元等组成。工作时传感器将每节电池的电压、电流及温度等信息传送到计算机，计算机根据电池充放电和寿命指数模型进行分析，确定电池的状态，并通过系统控制器直接控制汽车的运行，或通过多功能显示器告诉驾驶员以下信息：系统电压，已运行里程，还能行驶多少里程，系统充电警告，是否有已坏的电池，每只电池的历史，电池的寿命估算等。采用先进的能量管理系统可使

44、电池的寿命延长510倍。但电路复杂，成本昂贵，而且电池在充放电过程中的化学变化极其复杂，精确计算和预测电池的剩余电量和寿命相当困难，目前这项技术尚在发展中。电机(驱动电机)及其控制系统，电机相当于内燃机汽车的发动机；电机控制系统用来接收来自电机的速度、电流信息和来自制动他办、加速踏板等的信号，并将控制信息输往主控制系统，来自电池的信息也输往主控制系统，后者进一步控制驱动电机发出运行所需要的转矩。多能源动力总成控制系统用来对采用多能源的电动汽车(如混合动力电动汽车)进行控制，包括动力总成电控单元、控制系统网络通讯与接口等。辅助能源(超级电容、储能飞轮)的功用是弥补蓄电池的动力不足。当汽车制动减速

45、或低负荷运转时，将动力电池多余的能量储存于超级电容或储能飞轮中，而当加速或超速行驶时将储存的能量放出来。二、电动汽车的工作原理电动汽车的基本工作原理。【如图1-2-2所示】电池通过控制系统向电动机供电，在电动机中电能转化为机械能动力并传给传动系，最后传给驱动车轮，力图使驱动车轮转动，并通过与地面间的相互作用产生使汽车行驶的牵引力。由驾驶员操纵的加速踏板带有传感器(电位计式或差动变压器式位置传感器)，后者将加速踏板的位置便成电信号送入控制器，控制汽车的行驶速度。由驾驶员操纵的加速踏板也带有传感器，当汽车减速或制动时，制动踏板位置传感器将信号传给主控制器，后者识别信号和汽车行驶状态后，发出指令，使

46、汽车进入减速滑行、减速再生制动、再生和机械联合制动或机械制动等状态。能量管理系统车载充电器 主电源（动力电池）辅助控制器主控制系统辅助能源驱动电机传动系统驱动车轮加速踏板信号制动踏板信号 控制器速度反馈电流控制电压、电流、温度、电液密度图1-2-2电动汽车工作原理框图3、 电动汽车的优势和劣势（1） 、电动汽车的优势 与传统的内燃机汽车相比，纯电动汽车有如下的优势: 1.能源利用率高。现阶段将其他形式的能量转化为电能的效率(即电能获取率)较低，但电动汽车总体能源利用效率至少高于19%，如果是采用燃料电池，则效率更高，而直接用燃油作为能量来源的内燃机汽车能量利用效率明显低于电动汽车。同时，在城市

47、道路行驶过程中，电动汽车与传统的内燃机汽车不同，电动汽车能够在减速或制动时回收能量且在停车时不消耗能量，由此可见，电动汽车非常节能。2.对环境的污染小。电动汽车排出的废气非常少甚至可以做到零污染，产生的废热也明显少于内燃机汽车，是绿色交通工具。3.可使用的能源多样化。电动汽车的能源可通过多种途径获得，这些途径有:水力发电、潮汐发电、生物能电源、热能发电、风力发电、地热发电、太阳能发电、核能发电等。 4.噪音低。即使靠近正在高速运转的电动机也不会感觉到让人不舒服的噪音，而内燃机的噪音则非常大，所以电动汽车整车降噪上的成本较内燃机汽车低的多。5.电动汽车相对内燃机汽车结构简单的多，维修起来也较方便

48、，驾驶操作简单易上手，更容易普及。（二）、电动汽车的劣势虽然电动汽车具有一系列的优势，但目前也有一些难以解决的困难。1.电池使用寿命短、更换成本高。以锂电池为例，目前国内多数锂电池生产厂家提出免费质保期限只有一年，2008奥运会唯一指定锂电池供应商中信国安的锂电池，免费质保期限也只有两年。现在，一辆性能相当普通的锂电池电动汽车，电池成本也要8-10万人民币，如果一年或二年后消费者要自费更换电池，其费用将是非常巨大，虽然铅酸蓄电池相对成本较低，但较低的循环使用寿命也使得整车电池成本较高，除此之外其他类型的电池也存在同样的问题。2.电动车空调耗能问题。与传统内燃机汽车不同，电动汽车更要求能量的节省

49、来提高汽车的动力性。但是考虑到电动空调的消耗，电动车的续驶里程将会大大较少，举个例子来说，一辆能能持续行驶150公里的电动汽车，当在空调使用时最多只能行驶100多公里，因此空调耗能是能量消耗的重要方面。3.能量回收困难，续航里程短。虽然电动车在减速及制动时可以回收的能量，但这是极其有限的。一般的电动汽车在考虑行车安全的前提下，最多只能回收这部分能量的200!0，而电动汽车主要在城市工况内行驶，会频繁的减速制动，这就造成可重复利用能量的大量流失，同时起步加速时的较大的能量消耗也会对续航里程造成很大影响。这是电动汽车致命的“弱点”。4.电池适应性差。众所周知现在的电池还不能做到快速充电，同时电池在

50、低温条件下容量将明显降低，在高温条件下(50 )又需要怜却(通过消耗自身能量来实现)才能正常工作，对于四季分明的我国来说在寒冷的冬天和炎热的夏天就需要适应性良好的电池。另外，虽然电池可重复利用但随着使用时间的延长，电池的各种性能将必然逐渐下降，这是不可避免的，其结果将会造成电动车整车性能(车速、加速性、一次充电的续驶里程)不断下降。5.电量耗尽问题。目前判断电量的方式还主要是通过判断电压来确定，但这种方法并不准确，这也是世界性的技术难题。如果这个问题不解决，通过电压来判断电量就可能出错，出现汽车因没有电能而抛锚的现象，这将比内燃机汽车麻烦得多。6.基础设施尚不完善。电动汽车充电必须有专门的充电

51、站，在家充电虽然可行但效率和安全性低，目前我国的充电站网还没普及，且还需要一段很长的时间来普及。目前，在上海、北京、天津、临沂等地己经建成了首批充电站，但要在全国范围内普及还需要时间和大量资金支持。7.电动汽车售价较高，在传统内燃机汽车大量普及、电动汽车技术相对不成熟的情况下，价格相对较高的电动汽车对用户吸引力不大，这也是制约电动汽车发展的一个重要因素。综上所述，发展电动汽车虽然会遇到很多难题，有的暂时还无法突破，但是考虑到国家资源的短缺，社会的安定乃至世界范围内的人类居住环境的安全，加之电动汽车巨大的价值，发展电动汽车势在必行。第2章 电动汽车动力系统的选择第一节 电动汽车动力系统概述电动汽

52、车与传统的燃油汽车的真正区别在于动力系统。电动汽车即为用电力驱动车轮行驶的车辆。电动汽车与传统内燃机汽车的动力传递路线是大体一致的，只是动力传递的元件有很大区别。电动汽车的动力系统的主要有电池、电机、控制器、变速器、减速器、和驱动轮等组成。电动汽车动力系统的工作过程:控制器接受并整合来自档位、刹车、油门(即加速踏板)的信号，然后传递给电机来控制电机的转速、转矩等从而来满足汽车在不同的行驶路况下的要求。因此电动汽车的动力系统的组成部件的相互匹配和总体的布置方式将直接影响电动汽车的动力性能。纯电动汽车在动力系统上与传统的内燃机汽车相比有两个主要优势：(1)燃油发动机高速旋转时，它的转矩被限制在一个

53、很小的范围之内，所以才需要变速器来调整，而电动机则不一样，得益于电机控制理论的应用，它可以在很大的速度范围内产生转矩，应用了现代电机控制理论的电动汽车的动力性能将大大提高。(2)电动机的响应速度要比发动机快得多。假如说发动机的动态响应时间600ms，则电动机的响应时间只有大约6ms，也就是说电器的执行速度要比机械的执行速度快好几个数量级。所以，伴随着科学技术的进步与发展，电气控制会后来居上代替响应相对滞后的机械或者液压系统。虽然如此，电控元件在开发的初期也会遇到各种各样的困难，例如初始性能低、成本高等问题，但电器控制的普及是必然趋势。第二节 纯电动车动力系统的布置方案纯电动汽车驱动能源是单一的

54、动力蓄电池，所以它的能量有限，这就需要采用合理的驱动布局来充分发挥电动机驱动的优势。电动汽车的驱动结构布置主要有传统的四种方式。以下主要介绍这几种常见的动力系统的布置方式、结构、性能要求以及本论文最终所采用的动力系统布置方案。一、传统驱动模式1-电动机 2-离合器 3-变速器 4-传动轴 5-驱动桥 6-转向器图2-2-1传统驱动模式所谓的传统驱动模式即在传统内燃机的基础上将电动机代替发动机，同时还是采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等。【如图2-2-1所示】这种形式的电动汽车也可以将电机做出前置、后置等驱动模式。它的工作原理也和传统的汽车类似，主要由离合器来控制动力

55、的传递。变速器的主要作用就是按照驾驶员的意愿改变传动比来获得不同的速度或者转矩，不同的只是将电动机换成了内燃机，在早期的电动汽车制造中由于这种模式设计简单而倍受青睐。二、电动机驱动桥组合式这种模式就是使电动机输出轴直接与减速齿轮以及差速器相连，也就是使电机、驱动桥、减速器的轴平行。1-转向器 2-电动机驱动桥组合式驱动系统图2-2-2电动机驱动桥组合式【如图2-2-2所示】可以看出这种结构省去了离合器也没有可以选择的档位，这种布置方式具有紧凑的结构、传动效率高、安装简单的特点，但这也就要求电机性能和控制器的控制质量相应的提高。三、电动机驱动桥整体式1-转向器 2-电动机驱动桥整体式驱动系统图2

56、-2-3 电动机驱动桥整体式【如图2-3所示】电动机驱动桥整体式布置方案，区别于上一种布置方案的是这种方式可分为同轴式和双联式两种。同轴式是电动机有一个特制的空心轴，电机的动力输出轴处联结减速齿轮和差速器，再由差速器带动左半轴和通过电机空心轴的右半轴来达到驱动车轮的目的。双联式驱动系统则是有左右两个电动机直接通过半轴联结驱动轮，两台电动机之间则通过一个电控的差速器来控制。这两种模式结构更加紧凑，传动效率更高，所占空间少且重量小。四、轮毅电动机式该电动机式就是把驱动电机放在汽车车轮里面，这种模式也有好几种布置方式，如两前轮驱动、两后轮驱动、或者四轮全驱动等。不管哪种方式，这种轮毅电动机式大大的缩

57、短了动力的传递路径，另外也节省了大量的空间来做其它部件的布置。通过控制器独立的控制调节功能，使各个电动机达到电子差速度的目的。【如图2-2-4所示】1-转向器 2-轮毂电机图2-2-4 轮毂电动机式第三节 动力系统的选择本设计方案的整车模型在设计电动汽车的过程中，同时参考相关文献，总结了几点关于电动汽车的基本设计要求：(1)电机要求要有较大的转矩，特别是启动转矩，还要满足汽车在行驶过程中的爬坡、加速要求。如果电机的转矩较小，不仅会使汽车在启动、爬坡、加速的时候显得“滞后”，同时也会使电机为满足爬坡和加速而大多数时间在大功率范围内工作，这就影响电动机的寿命。所以对电动机的过载系数的选择要慎重。(2)用电动机取代内燃机来驱动整车，除了需