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1、 毕 业 论 文 题 目： 电动汽车关键技术研究 学生姓名 崔 圣 祥 指导教师 吴钟鸣 二级学院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化（现代汽车技术） 班级 06机械（汽车） 学号 0605110521 提交日期 2010年05月08日 答辩日期 2010年05月19日 目 录摘 要IIIAbstractIV1 绪 论11.1 电动汽车关键技术研究的背景、意义及内容11.2 国内外的电动汽车关键技术研究的现状及应用11.3 发展电动汽车目前要研究的关键技术22 电动汽车电气驱动系统技术32.1 电动汽车电气系统概述32.2 电动汽车对电气驱动系统的基本要求32.3 驱动电机42.3.
2、1 有刷直流电机42.3.2 三相鼠笼式交流感应电机42.3.3 永磁同步电机52.3.4 开关磁阻电机52.3.5 驱动电机的应用和性能比较62.3.6 最理想的电动机62.4电气传动系统功率半导体器件82.4.1 功率半导体器件的选择准则82.4.2 功率半导体器件82.5 电动汽车电气系统的控制技术92.6 样车的电气控制系统102.7 电动汽车电气系统技术展望123 电动汽车的能源管理系统技术133.1 电动汽车对电池性能的要求133.2 现有的符合电动汽车用电池及管理系统143.3 动力电池技术前景展望153.4 电动汽车的充电技术174 电动汽车的电动转向、制动及其他系统技术194
3、.1 电动汽车的转向系统技术194.1.1 电动助力转向系统概述194.1.2 电动助力转向系统的分类194.2 电动汽车的制动系统技术214.3 电动汽车其他常见及需要注意的技术224.3.1 电动汽车再生制动控制系统224.3.2 电动汽车传动装置概述225 仿真模型Simulink控制方法对电动汽车整车模型的简单运用236 结 论26参考文献27致 谢28电动汽车关键技术研究摘 要近些年来环境污染和对能源的大量需求日益显现甚至可以上升到是对人们出行方便和生存的威胁，曾经出现过的电动汽车顺理成章的又重新成为焦点，它不排放污染大气的有害气体，使用过程中不消耗传统能源。本论文首先对电动汽车的定
4、义、意义、研究重点、研究状况进行介绍，重点在于后面研究它的关键技术，具体介绍电机驱动系统技术、能源管理系统技术以及电动转向、制动及其他系统技术，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：研究；电气系统；能源管理；电动转向；仿真模型Key Technologies of Electric VehiclesAbstractIn recent years a large number of environmental pollution and growing demand for energy even show up to is that people
5、 travel convenience and survival threat, there have been logical for electric cars once again become the focus, it does not pollute the atmosphere of harmful gas emissions, use process does not consume traditional energy sources. This article first introduced electric vehicle definition, significanc
6、e, research priorities and research status of introduction，the latter study focused on its key technologies, specifics of motor drive system technology, energy management system technology Yiji electric steering, braking and other systems technologies, the final Simulink simulation model control met
7、hod using a simple model of the entire vehicle simulation demonstration.Keywords: Reseatch;Electrical systerm;Energy Management;Electric Power Streer-ing;Simulation Model1 绪 论1.1 电动汽车关键技术研究的背景、意义及内容电动汽车按驱动方式可分为纯电动汽车（由电动机驱动的汽车，电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量存储装置）和混合动力电动汽车，其中后者布置方式又可分为串联、并联以及混联。在中国，通过“九五”、“十
8、五”和“十一五”期间国家科技计划的持续支持和能源基金组织等国际社会的帮助，电动汽车技术的开发及产业化工作得以不断深入，并得到国际社会的广泛认可。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。电动汽车是在减少对化石燃料依赖和环境污染的同时，确保人类移动灵活性和实现汽车产业可持续发展的有效路径。1.2 国内外的电动汽车关键技术研究的现状及应用为扩大汽车消费，加快汽车产业结构调整，推动节能与新能源汽车产业化，2009年1月13日，
9、科技部牵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。 我国在电动汽车领域与国外发达国家的差距小于传统汽车的差距，但国外著名的研发机构、大学以及跨国公司的企业集团，在汽车领域的研究工作具有深厚的积累，在电动汽车领域开展过大量卓有
10、成效的研究开发工作，具有先进的开发手段和丰富的实践经验。在我国电动汽车产业的发展过程中，了解、学习和借鉴他们的开发能力和经验，探索以国际合作的形式开展电动汽车关键技术开发的道路，对于促进我国电动汽车的快速发展具有积极的意义。目前对于电动汽车的民用，绝大多数是混合动力汽车，比如丰田的普锐斯和比亚迪的F3、F6等。值得一说的是比亚迪E6已获准生产，有望今年上半年上市，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，奇瑞日前宣布今年将推出数款新能源车。此外，
11、上汽、东风、吉利、广汽丰田、东风日产等车企也都表示会在今年推出新能源车。1.3 发展电动汽车目前要研究的关键技术纯电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。那研究电动汽车的关键技术就得从上面谈到的各个方面着手。至于电动汽车的其他装置，则基本与传统的内燃机汽车类似。所以本论文将挑选电动汽车的电机驱动系统、能源管理系统、电动转向、制动及其他系统进行研究与阐述，并借助于仿真模型Simulink控制软件在电动汽车上作一项简单
12、仿真运用。2电动汽车电气驱动系统技术2.1电动汽车电气系统概述电气驱动系统是电动汽车的心脏,主要由驱动电机、功率转换器和电子控制器等三个子系统构成,如图1所示。驱动电机是电能与机械能的转换装置;电子控制器包括传感器、电气连接电路和微处理器,实现信号采集、转换、传输和处理;功率转换器在驱动和能量再生程中,对能量源和电机之间的能量流进行调节。图1 电动汽车电气驱动系统基本组成2.2 电动汽车对电气驱动系统的基本要求（1)有足够大的起动转矩,以满足电动汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启/停的要求,通常电机的过载系数应达34。 (2)电机的调速范围大,一般在25%100%最大转速范围内,近似有小转矩、恒
13、功率的输出特性,满足电动汽车最高车速和公路巡航行驶工况的要求。 (3)比功率大,以最大功率计时,一般应达(11.25)kw/kg. (4)具有良好的效率特性,在较宽的转速/转矩范围内,获得最优的效率,提高一次充电后的持续行驶里程,一般要求在典型的驾驶循环区,获得85%93%的效率。 (5)再生制动时的能量回收率高。 (6)快速的转矩响应特性,在各种车速范围内能快速而柔和地控制驱动和制动转矩;在多电机系统中,要求电机可控性高、稳态精度和动态特性好。(7)具有良好的环境适应性,在不同的工作条件下能可靠地工作。 (8)单位功率系统成本低,目前电气驱动系统的成本约为$10/kw,其目标要达到$4/kw
14、。 (9)维护简单,工作噪声低。2.3驱动电机电动汽车对驱动电机的要求与常规工业电机不同,工业驱动电机通常优化在额定的工作点,一般只根据典型的工作模式进行设计;而电动汽车驱动电机通常要求能够频繁地启动/停车、加速/减速,低速或爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,电机变速范围大、过载系数高,通常应根据车型和驾驶习惯进行设计,电动汽车驱动电机分类如图2所示。图2 电动汽车电机分类2.3.1 有刷直流电机有刷直流电机采用斩波控制器的控制方式,控制技术简单、成熟,成本低,但效率低、体积大、比功率低等缺点。由于存在电刷和机械换向器,电机的最高转速和承载能力的进一步提高受到限制,同时电机损耗主要在转子
15、上,使得电机散热困难;电刷在工作中产生的电磁辐射干扰,对车辆的电子控制系统也产生一定的影响,因而在现代高性能电动汽车上的应用正逐渐减少。2.3.2三相鼠笼式交流感应电机随着先进的电机、电子电气元件、微电子技术及控制技术的发展,许多新型的电动汽车驱动电机不断得到开发,其中三相鼠笼式交流感应电机应用最广。 与直流电机相比,三相鼠笼式感应电机不仅具有低成本、高效率、可靠性好、免维护、易冷却和结构坚实可靠等优点,而且通过适当的控制技术使得它可获得类似于直流电机的良好的调速特性,因而在电动汽车电气驱动系统中得到广泛应用。 感应电机主要存在着耗电量大,转子易发热,调速性较差,控制系统较复杂,成本高的缺点。变频变压控制VVVF与磁场定向矢量控制FOC是两种常用的控制技术,另外直接转矩控制 (DTC)也是一种很有前途的感应电机控制技术。2.3.3 永磁同步电机
