电动汽车关键技术研究12268.docx
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1、 毕 业业 论 文 题 目目: 电动汽汽车关键键技术研研究 学生姓名 崔 圣 祥祥 指导教教师 吴钟鸣鸣 二级学院 机电电工程学学院 专 业业 机械设设计制造造及其自自动化(现现代汽车车技术) 班级 06机机械(汽汽车) 学号 0660511105521 提交交日期 20110年05月08日 答辩日日期 20110年05月19日 目 录摘 要IIIIAbstrracttIV1 绪 论论11.1 电电动汽车车关键技技术研究究的背景景、意义义及内容容11.2 国国内外的的电动汽汽车关键键技术研研究的现现状及应应用11.3 发发展电动动汽车目目前要研研究的关关键技术术22 电动汽汽车电气气驱动系系统
2、技术术32.1 电电动汽车车电气系系统概述述32.2 电电动汽车车对电气气驱动系系统的基基本要求求32.3 驱驱动电机机42.3.11 有刷直直流电机机42.3.22 三相鼠鼠笼式交交流感应应电机42.3.33 永磁磁同步电电机52.3.44 开关关磁阻电电机52.3.55 驱动动电机的的应用和和性能比比较62.3.66 最理理想的电电动机62.4电气气传动系系统功率率半导体体器件82.4.11 功率率半导体体器件的的选择准准则82.4.22 功率率半导体体器件82.5 电电动汽车车电气系系统的控控制技术术92.6 样样车的电电气控制制系统102.7 电电动汽车车电气系系统技术术展望123 电
3、动汽汽车的能能源管理理系统技技术133.1 电电动汽车车对电池池性能的的要求133.2 现现有的符符合电动动汽车用用电池及及管理系系统143.3 动动力电池池技术前前景展望望153.4 电电动汽车车的充电电技术174 电动汽汽车的电电动转向向、制动动及其他他系统技技术194.1 电电动汽车车的转向向系统技技术194.1.11 电动动助力转转向系统统概述194.1.22 电动动助力转转向系统统的分类类194.2 电电动汽车车的制动动系统技技术214.3 电电动汽车车其他常常见及需需要注意意的技术术224.3.11 电动动汽车再再生制动动控制系系统224.3.22 电动动汽车传传动装置置概述225
4、 仿真模模型Siimullinkk控制方方法对电电动汽车车整车模模型的简简单运用用236 结 论论26参考文献27致 谢228电动汽车关关键技术术研究摘 要近些年来环环境污染染和对能能源的大大量需求求日益显显现甚至至可以上上升到是是对人们们出行方方便和生生存的威威胁,曾曾经出现现过的电电动汽车车顺理成成章的又又重新成成为焦点点,它不不排放污污染大气气的有害害气体,使使用过程程中不消消耗传统统能源。本论文首先先对电动动汽车的的定义、意意义、研研究重点点、研究究状况进进行介绍绍,重点点在于后后面研究究它的关关键技术术,具体体介绍电电机驱动动系统技技术、能源管管理系统统技术以以及电动动转向、制制动及
5、其其他系统统技术,最后使用仿真模型Simulink控制方法简单的对电动汽车整车模型进行仿真演示。关键词:研研究;电电气系统统;能源管管理;电动转转向;仿真模模型Key TTechhnollogiies of Eleectrric VehhicllesAbstrracttIn reecennt yyearrs aa laargee nuumbeer oof eenviironnmenntall poolluutioon aand groowinng ddemaand forr ennerggy eevenn shhow up to is thaat ppeopple traavell coonv
6、eenieencee annd ssurvvivaal tthreeat, thheree haave beeen llogiicall foor eelecctriic ccarss onnce agaain beccomee thhe ffocuus, it doees nnot polllutte tthe atmmosppherre oof hharmmfull gaas eemisssioons, usse pproccesss dooes nott coonsuume traadittionnal eneergyy soourcces. Thhis artticlle ffirss
7、t iintrroduucedd ellecttricc veehiccle deffiniitioon, siggnifficaancee, rreseearcch pprioorittiess annd rreseearcch sstattus of inttrodducttionn,thee laatteer sstuddy ffocuusedd onn itts kkey tecchnoologgiess, sspeccifiics of mottor driive sysstemm teechnnoloogy, ennerggy mmanaagemmentt syysteem tte
8、chhnollogyy Yiiji eleectrric steeeriing, brrakiing andd ottherr syysteems tecchnoologgiess, tthe finnal Simmuliink simmulaatioon mmodeel cconttroll meethood uusinng aa siimplle mmodeel oof tthe enttiree veehiccle simmulaatioon ddemoonsttrattionn.Keywoordss: Resseattch;Eleectrricaal ssysttermm;Ennerg
9、gy MManaagemmentt;Ellecttricc Poowerr Sttreeer-ing;SSimuulattionn Moodell1 绪 论论1.1 电电动汽车车关键技技术研究究的背景景、意义义及内容容电动汽车按按驱动方方式可分分为纯电电动汽车车(由电动动机驱动动的汽车车,电动动机的驱驱动电能能来源于于车载可可充电蓄蓄电池或或其他能能量存储储装置)和和混合动动力电动动汽车,其其中后者者布置方方式又可可分为串串联、并并联以及及混联。在中国,通通过“九九五”、“十十五”和和“十一一五”期期间国家家科技计计划的持持续支持持和能源源基金组组织等国国际社会会的帮助助,电动动汽车技技术的开
10、开发及产产业化工工作得以以不断深深入,并并得到国国际社会会的广泛泛认可。2008年北京奥运会、残奥会期间,国内汽车企业联合高校和研究机构提供了自主研发的各类新能源汽车共达598辆,组成了奥运历史上最大规模的节能与新能源汽车示范应用车队,在奥林匹克公园中心交通区首次实现了汽车温室气体零排放。电动汽车是是在减少少对化石石燃料依依赖和环环境污染染的同时时,确保保人类移移动灵活活性和实实现汽车车产业可可持续发发展的有有效路径径。1.2 国国内外的的电动汽汽车关键键技术研研究的现现状及应应用为扩大汽车车消费,加加快汽车车产业结结构调整整,推动动节能与与新能源源汽车产产业化,2009年1月13日,科技部牵
11、头并会同财政部等部委发布文件,决定在北京、上海、重庆等13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作,以财政政策鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车,对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助。2009年3月20日,国务院在正式发布的汽车产业调整和振兴规划中,提出了以新能源汽车为突破口,加强自主创新,培育自主品牌,形成新的竞争优势,促进汽车产业持续、健康、稳定发展的指导思想。 我国在电动动汽车领领域与国国外发达达国家的的差距小小于传统统汽车的的差距,但但国外著著名的研研发机构构、大学学以及跨跨国公司司的企业业集团,在在汽车领领域的研研究工作作具有深深厚的
12、积积累,在在电动汽汽车领域域开展过过大量卓卓有成效效的研究究开发工工作,具具有先进进的开发发手段和和丰富的的实践经经验。在在我国电电动汽车车产业的的发展过过程中,了了解、学学习和借借鉴他们们的开发发能力和和经验,探探索以国国际合作作的形式式开展电电动汽车车关键技技术开发发的道路路,对于于促进我我国电动动汽车的的快速发发展具有有积极的的意义。目前对于电电动汽车车的民用用,绝大大多数是是混合动动力汽车车,比如如丰田的的普锐斯斯和比亚亚迪的FF3、F6等。值值得一说说的是比比亚迪EE6已获准准生产,有有望今年年上半年年上市,E6是一款纯电动四驱汽车,可使用220V民用电源慢充,快充为3C电,15分钟
13、左右可充满电池80%,续航能力达到300公里,是目前世界上续驶里程最长的纯电动车。预售价在30万元左右。除了比亚迪迪,奇瑞瑞日前宣宣布今年年将推出出数款新新能源车车。此外外,上汽汽、东风风、吉利利、广汽汽丰田、东东风日产产等车企企也都表表示会在在今年推推出新能能源车。1.3 发发展电动动汽车目目前要研研究的关关键技术术纯电动汽车车的组成成包括电电力驱动动及控制制系统、驱驱动力传传动等机机械系统统、完成成既定任任务的工工作装置置等。电电力驱动动及控制制系统是是电动汽汽车的核核心,也也是区别别于内燃燃机汽车车的最大大不同点点。电力力驱动及及控制系系统由驱驱动电动动机、电电源和电电动机的的调速控控制
14、装置置等组成成。那研研究电动动汽车的的关键技技术就得得从上面面谈到的的各个方方面着手手。至于于电动汽汽车的其其他装置置,则基本本与传统统的内燃燃机汽车车类似。所以本本论文将将挑选电电动汽车车的电机机驱动系系统、能能源管理理系统、电电动转向向、制动动及其他他系统进进行研究究与阐述述,并借借助于仿仿真模型型Simmuliink控控制软件件在电动动汽车上上作一项项简单仿仿真运用用。2电动汽车车电气驱驱动系统统技术2.1电动动汽车电电气系统统概述电气驱动系系统是电电动汽车车的心脏脏,主要要由驱动动电机、功功率转换换器和电电子控制制器等三三个子系系统构成成,如图图1所示示。驱动动电机是是电能与与机械能能
15、的转换换装置;电子控控制器包包括传感感器、电电气连接接电路和和微处理理器,实实现信号号采集、转转换、传传输和处处理;功功率转换换器在驱驱动和能能量再生生程中,对能量量源和电电机之间间的能量量流进行行调节。图1 电动动汽车电电气驱动动系统基基本组成成2.2 电电动汽车车对电气气驱动系系统的基基本要求求(1)有足足够大的的起动转转矩,以以满足电电动汽车车快速启启动、加加速、爬爬坡、频频繁启/停的要要求,通通常电机机的过载载系数应应达34。 (2)电电机的调调速范围围大,一一般在225%1000%最大大转速范范围内,近似有有小转矩矩、恒功功率的输输出特性性,满足足电动汽汽车最高高车速和和公路巡巡航行
16、驶驶工况的的要求。 (3)比比功率大大,以最最大功率率计时,一般应应达(111.225)kkw/kkg. (4)具具有良好好的效率率特性,在较宽宽的转速速/转矩矩范围内内,获得得最优的的效率,提高一一次充电电后的持持续行驶驶里程,一般要要求在典典型的驾驾驶循环环区,获获得855%93%的效率率。 (5)再再生制动动时的能能量回收收率高。 (6)快快速的转转矩响应应特性,在各种种车速范范围内能能快速而而柔和地地控制驱驱动和制制动转矩矩;在多多电机系系统中,要求电电机可控控性高、稳稳态精度度和动态态特性好好。(7)具有有良好的的环境适适应性,在不同同的工作作条件下下能可靠靠地工作作。 (8)单单位
17、功率率系统成成本低,目前电电气驱动动系统的的成本约约为$10/kw,其目标标要达到到$4/kkw。 (9)维维护简单单,工作作噪声低低。2.3驱动动电机电动汽车对对驱动电电机的要要求与常常规工业业电机不不同,工工业驱动动电机通通常优化化在额定定的工作作点,一一般只根根据典型型的工作作模式进进行设计计;而电电动汽车车驱动电电机通常常要求能能够频繁繁地启动动/停车车、加速速/减速速,低速速或爬坡坡时要求求高转矩矩,高速速行驶时时要求低低转矩,电机变变速范围围大、过过载系数数高,通通常应根根据车型型和驾驶驶习惯进进行设计计,电动动汽车驱驱动电机机分类如如图2所示。图2 电动动汽车电电机分类类2.3.
18、11 有刷刷直流电电机有刷直流电电机采用用斩波控控制器的的控制方方式,控控制技术术简单、成成熟,成成本低,但效率率低、体体积大、比比功率低低等缺点点。由于于存在电电刷和机机械换向向器,电电机的最最高转速速和承载载能力的的进一步步提高受受到限制制,同时时电机损损耗主要要在转子子上,使使得电机机散热困困难;电电刷在工工作中产产生的电电磁辐射射干扰,对车辆辆的电子子控制系系统也产产生一定定的影响响,因而而在现代代高性能能电动汽汽车上的的应用正正逐渐减减少。2.3.22三相鼠鼠笼式交交流感应应电机随着先进的的电机、电电子电气气元件、微微电子技技术及控控制技术术的发展展,许多多新型的的电动汽汽车驱动动电
19、机不不断得到到开发,其中三三相鼠笼笼式交流流感应电电机应用用最广。 与直流电电机相比比,三相相鼠笼式式感应电电机不仅仅具有低低成本、高高效率、可可靠性好好、免维维护、易易冷却和和结构坚坚实可靠靠等优点点,而且且通过适适当的控控制技术术使得它它可获得得类似于于直流电电机的良良好的调调速特性性,因而而在电动动汽车电电气驱动动系统中中得到广广泛应用用。 感应电机主主要存在在着耗电电量大,转子易易发热,调速性性较差,控制系系统较复复杂,成成本高的的缺点。变变频变压压控制VVVVFF与磁场场定向矢矢量控制制FOCC是两种种常用的的控制技技术,另另外直接接转矩控控制 (DTCC)也是是一种很很有前途途的感
20、应应电机控控制技术术。2.3.33 永磁同同步电机机电动汽车的的永磁同同步电机机包括永永磁无刷刷电机、无无刷直流流电机(BDCCM)和和三相永永磁同步步电机(PMSSM)。 无刷直流流电机显显著的优优点是无无电刷,消除了了由于电电刷带来来的许多多问题,但驱动动系统比比较复杂杂,通常常采用方方波电流流控制的的无刷直直流电机机比较容容易实现现电机的的驱动和和控制,效率高高,在相相同转速速下,电电机输出出转矩比比三相永永磁同步步电机的的大155%,但但电机的的工作噪噪声和输输出转矩矩波动都都比三相相永磁同同步电机机大。 永磁同步步电机结结构与感感应电机机相似,用永久久磁铁替替代了相相应的感感应电机机
21、的励磁磁绕组线线圈,电电机的工工作原理理与励磁磁交流同同步电机机相同,电机感感应电动动势波形形和供电电电流均均为正弦弦波,稳稳态下电电机的电电动势和和转矩不不随转速速变化,采用逆逆变器和和带微处处理器控控制模块块的变频频控制技技术,向向电机提提供正弦弦波形的的三相交交流电,由正弦弦波定子子电流和和正弦反反电动势势相互作作用产生生转矩,电机转转子与旋旋转磁场场同步旋旋转,旋旋转磁场场的转速速取决于于电源频频率大小小。与前两种电电机相比比,永磁磁同步电电机系统统效率较较高,电电机体积积较小、重重量较轻轻、功率率密度大大、可靠靠性高和和免维护护等优点点。但永永磁材料料价格昂昂贵,生生产体积积更小、质
22、质量更轻轻的大功功率的PPMSMM和BDDCM还还有一定定的技术术难度,随着永永磁材料料价格的的下降和和电机控控制技术术的不断断开发和和应用,永磁同同步电机机将是感感应电机机在现代代电动汽汽车驱动动系统中中最强有有力的竞竞争对手手。2.3.44 开关磁磁阻电机机开关磁阻电电机是一一种由磁磁阻电机机与电子子开关驱驱动控制制电路组组成一体体的新型型调速电电机,电电机兼有有直流和和交流调调速的优优点,结结构简单单、体积积小、坚坚固、成成本低、可可靠性高高、起动动性好,适合于于频繁正正反转及及冲击负负载等工工况条件件;但由由于它低低速输出出转矩波波动大,工作噪噪声高,而且驱驱动系统统复杂、控控制器价价
23、格高等等,限制制了当前前它在电电动汽车车上的应应用。开开关磁阻阻电机在在今后电电动汽车车上的应应用仍值值得特别别关注。2.3.55 驱动动电机的的应用和和性能比比较 电机技术术随着现现代设计计技术的的进步,特别是是新材料料技术、功功率电子子和微电电子技术术以及计计算机辅辅助设计计技术的的发展也也在不断断发展,表1和和表2分分别列出出了部分分国外电电动汽车车产品上上各种驱驱动电机机的应用用情况和和驱动电电机的性性能对比比。2.3.66 最理理想的电电动机电动汽车专专用的电电动机,通通过从电电池中获获取的有有限的能能量产生生动力,所所以要求求其在各各种环境境下的效效率都要要很好。因因而,在在性能上
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