純電動汽車新技術(shù)

1、純電動汽車新技術(shù)標準化文件發(fā)布號：（9456EUATWK-MWUBWUNNINNULDDQTY-KII研究生課程考核論文（適用于課程論文、提交報告）科1:發(fā)動機現(xiàn)代技術(shù)概論 教 師： 周恩序姓名： 尤敏 學(xué)號：2014071322111專業(yè)：車輛工程領(lǐng)域 類別:（專業(yè)碩士）上課時間： 2014 年9月至2014 年11月考生成績：卷面成績平時成績課程綜合成績閱卷評語:閱卷教師（簽名）重慶大學(xué)研究生院制電動汽車輪轂電機技術(shù)【摘要】隨著社會的快速發(fā)展，汽車領(lǐng)域所面臨的能源緊缺和環(huán)境污染兩大問題受 到了高度重視，電動汽車的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為研究熱點。由于布局更為靈活，不 需要復(fù)雜的機械傳動系統(tǒng)，輪轂

2、電機越來越受到人們的關(guān)注。再生制動系統(tǒng)在電動 汽車的能量利用和續(xù)航里程等方面有著重要的作用，是電動汽車領(lǐng)域的一項關(guān)鍵的 節(jié)能技術(shù)，再生制動系統(tǒng)的研究對電動汽車的應(yīng)用有著重要的意義。超級電容可以 進行短時大電流充放電，而且充放電循環(huán)次數(shù)可達上萬次，故能很好的解決電動汽 車制動能量回收的問題C【關(guān)鍵詞】電動汽車；輪轂電機；再生制動；超級電容1 研究背景隨著石油等不可再生資源的日漸減少，大氣環(huán)境越來越差.電動汽車以其低污 染、低能耗等優(yōu)勢為各個國家及各大汽車廠商所青睞。然而電動汽車現(xiàn)在主要面臨 的問題有：續(xù)駛里程短、充電時間長等。所以動力電池技術(shù)、驅(qū)動電機技術(shù)和電子 控制系統(tǒng)技術(shù)為電動汽車目前面臨的

3、主要技術(shù)問題。輪轂電機驅(qū)動電動汽車以其結(jié) 構(gòu)簡單、能量利用率高等優(yōu)點成為汽車發(fā)展的新寵兒。汽車在制動過程中車輛的動 能一直沒有被很好的利用，大都被轉(zhuǎn)換為熱量耗散掉了。特別是在市區(qū)等復(fù)雜的城 市工況下，紅綠燈較多，車速較低，制動頻繁.制動能量回收的意義顯得尤為明 顯。目前車輛的制動能量回收技術(shù)主要有飛輪儲能制動能量回收、液壓儲能制動能 量回收和電化學(xué)能儲能制動能量回收等。而電化學(xué)儲能制動能量回收因為其能量主 要以電能的形式流動，構(gòu)造簡單，控制方便，具有很好的發(fā)展前途。電動汽車中的 蓄電池與驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)為電化學(xué)儲能制動能量回收提供了方便。超級電容作為一種 全新的儲能元件的出現(xiàn)，具有十分重要的意義。

4、超級電容有著蓄電池所不具備的優(yōu) 點。超級電容的充放電速率要比電池快的多，功率密度要比蓄電池大得多。利用超 級電容可以迅速的回收制動過程中產(chǎn)生的能量，2. 輪轂電機技術(shù)輪轂電機驅(qū)動電動汽車因為獨特的特點，越來越受到人們的關(guān)注，許多汽車企 業(yè)已經(jīng)將其列為公司發(fā)展規(guī)劃當中。由此可見，輪轂電機技術(shù)正逐步被人們所重 視。有人預(yù)言：未來電動汽車的發(fā)展趨勢將是輪轂電機直接驅(qū)動汽車。這主要是因 為輪轂電機直接驅(qū)動技術(shù)有著以下的優(yōu)點：1）傳動效率高是輪轂電機驅(qū)動技術(shù)最大的技術(shù)優(yōu)勢：普通的內(nèi)燃機驅(qū)動汽車，在市區(qū)路況時，平均能量利用率僅為20%,而輪轂電機直接驅(qū)動技術(shù)可使能 量利用率達到90%。輪轂電機沒有傳統(tǒng)的變

5、速器、軸或齒輪，直接將轉(zhuǎn)子與車輪 安裝在一起。這樣既提升了性能，也讓電動機更為緊湊，便于安裝在汽車上，同時 騰出了更多內(nèi)部空間用于配置動力電子設(shè)備，如集成式逆變器、電子控制系統(tǒng)和軟 件。圖2為輪轂電機結(jié)構(gòu)。圖2輪轂電機結(jié)構(gòu)2）輪轂電機驅(qū)動技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，車內(nèi)空間得到提升。輪轂電機驅(qū)動車輛與傳 統(tǒng)汽車相比，取消了發(fā)動機、離合器、變速器、主減速器、傳動軸等機械裝置，底 盤結(jié)構(gòu)得到簡化的同時，車內(nèi)空間得到明顯改善。而且輪轂電機驅(qū)動汽車各組成模 塊之間主要由線束連接，省去了傳統(tǒng)的機械連接，可以更好的布置動力電池及車內(nèi) 其他設(shè)備n3）輪轂電機驅(qū)動技術(shù)使車輛的行駛穩(wěn)定性得以提高。對于ABS防抱死系統(tǒng)等底盤控

6、制系統(tǒng)，輪轂電機驅(qū)動技術(shù)可以通過單獨控制不同的車輪轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)這些功能。與傳統(tǒng)車相比，控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度得以簡化，還提高了響應(yīng)速度和精度.傳統(tǒng)車延遲50-100毫秒，而輪轂電機最快響應(yīng)時間0.5毫秒。輪轂電機驅(qū)動汽車操縱穩(wěn)定性更高。4）動力驅(qū)動系統(tǒng)布置更加多樣化。由于輪轂電機具備單個車輪獨立驅(qū)動的特 性，因此無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式，它都可以比較輕松地實現(xiàn)，全時四驅(qū)在 輪轂電機驅(qū)動的車輛上實現(xiàn)起來非常容易。同時輪轂電機可以通過左右車輪的不同 轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實現(xiàn)類似履帶式車輛的差動轉(zhuǎn)向，大大減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊 情況下幾乎可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向（不過此時對車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)和輪胎的磨損較大），對 于特

7、種車輛很有價值。像圖2.2所示的AHED“先進混合電驅(qū)動”樣車的8輪電驅(qū)動 很輕松就能實現(xiàn)。圖2.2 AHED“先進混合電驅(qū)動”5）輪轂電機驅(qū)動汽車能更合理的分配軸荷。輪轂電機驅(qū)動汽車取消了質(zhì)量較 大的動力總成，只要合理的布置動力電池，就很容易實現(xiàn)前后軸荷50:50,降低了 新產(chǎn)品的開發(fā)難度。6）輪轂電機驅(qū)動車輛的制動能量回收效率更高。輪轂電機驅(qū)動汽車，車輪的 轉(zhuǎn)速與電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，在制動時，輪轂電機發(fā)電，直接將電能回收，與傳統(tǒng) 汽車相比，去了機械傳動部分，使制動能量回收效率得到提高。7）輪轂電機驅(qū)動汽車使整車噪聲得以降低。輪轂電機的噪聲與傳統(tǒng)汽車動力 總成的噪聲相比，減小10-15分貝。

8、輪轂電機驅(qū)動汽車的駕駛舒適性更好。8）輪轂電機驅(qū)動汽車也使線性控制技術(shù)更加容易實現(xiàn)，采用輪轂電機可以匹 配包括純電動、混合動力和燃料電池電動車等多種新能源車型，如圖2.3所示。純電動車輪載電機圖2.3輪轂電機匹配多種新能源車型3. 再生制動技術(shù)車輛的制動形式主要包括液壓制動、氣壓制動、氣壓液壓混合制動和機械制動 等。這些制動方式的原理是相同的，都是通過摩擦的方式將汽車行駛過程中的動能 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?，使車輛減速或者停止，通過這些制動裝置制動時，會有一些缺 占八、1）在復(fù)雜路況中，車輛常常會出現(xiàn)頻繁制動或長時間制動，這會導(dǎo)致制動器 表面產(chǎn)生大量的熱量，使摩擦表面溫度升高，制動效果會明顯減弱甚至

9、不起作用， 對整車安全性造成很大的影響。2）制動過程中，車輛行駛所具有的動能被轉(zhuǎn)換為熱量耗散掉，増加了車輛行 駛中的能量損失，使汽車的能量利用率降低。如果車輛在制動過程中采用制動能量 回收技術(shù)，汽車的電能消耗可以得到較為明顯的改善，同時制動器熱負荷能夠減 小，磨損度也會下降，因此車輛的安全性得到提高。車輛在制動過程中的動能，到 目前為止還沒有很好的被回收，通常會轉(zhuǎn)換為熱能或其他形式的能量消耗掉。制動過程中所耗散的能量在車輛總的動能中占有很大的比重，這部分能量有很大的開發(fā) 潛能。為了解決這一問題，再生制動技術(shù)逐漸發(fā)展起來，并成為了研究熱點。再生制動又稱再生回饋制動，電動汽車在制動時，將汽車行駛的

10、動能或勢能通 過傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機，然后將其轉(zhuǎn)換成電能，為動力電池充電，以實現(xiàn)制動能 量的再生利用。同時，產(chǎn)生的發(fā)電機制動轉(zhuǎn)矩又可通過傳動系統(tǒng)對驅(qū)動輪施加制動 力，這樣不但實現(xiàn)了再生制動能量的回收，還減少了制動器溫升，提高了制動效能 和制動安全性能。再生制動技術(shù)是一項先進的制動技術(shù)，通過電機的輔助制動，將 制動過程中車輛部分動能或勢能回收到蓄電池，提高了電動汽車的能量利用率，并 且可以進一步降低尾氣的排放。因此，再生制動技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用對電動汽車具有 重要的意義。圖3為電動汽車再生制動系統(tǒng)。汽平行駛方向電機衣 制I器亠電機三一.PI I-1R模擬信號電流液壓管路真空管路圖3.1再生制動系統(tǒng)4

11、. 超級電容及其應(yīng)用電動汽車能依賴于本身電機的特性輕松的將車載動能轉(zhuǎn)化為電能，但由于汽車 制動過程一般都是很短暫的，故所產(chǎn)生的電流將會很大，而一般的車載蓄電池是承 受不了短時大電流充電的，這不僅效率會很低，而且會損害電池，降低其使用壽 命。由于超級電容可以進行短時大電流充放電，而且充放電循環(huán)次數(shù)可達上萬次， 故能很好的解決電動汽車制動能量回收的問題。再次，由于超級電容不僅可以大電 流充電，而且可以大電流放電，這使得超級電容和動力蓄電池一起作為電動汽車的 動力源，為蓄電池進行分擔(dān)，降低電動汽車對蓄電池的要求，同時改善電動汽車的 啟動加速和爬坡性能。超級電容作為新型的儲能器件，有著諸多的優(yōu)點：1）

12、相對于其他傳統(tǒng)的儲能器件如電池，超級電容有著較高的功率密度。由于 其本身的內(nèi)阻比較小，而且能在電解液界面和電極材料本體內(nèi)都能對電荷進行快速 的儲存和釋放，故其輸出輸入功率可高達數(shù)千瓦/千克，是一般蓄電池的數(shù)十倍。2）超級電容有著較長得充放電循環(huán)壽命。由于其在充電和放電過程中，沒有發(fā) 生任何電化學(xué)反應(yīng)，只有離子和電荷的傳遞過程，幾乎可以說是沒有損耗，故循環(huán) 壽命可達上萬次，遠遠高于一般的蓄電池。3）超級電容相對于一般的蓄電池，另一重要的特性就是可以大電流的進行充放 電。由于其本身的工作原理特性，直接決定了超級電容的這一特性，這可以使超級 電容在極短的時間內(nèi)完成充電，又可以再較短的時間內(nèi)進行大功率

13、輸出，這是蓄電 池不可能做到的。4）由于超級電容沖完電后，漏電流極小，故其擁有較長的儲存壽命。一般蓄電 池可以進行自放電，故漏電現(xiàn)象比較嚴重，但超級電容由于其內(nèi)部電解液相對比較 穩(wěn)定，且內(nèi)部電荷的遷移運動是在電場的作用下產(chǎn)生的，并沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)， 故其存壽命幾乎可以說是無限的。5）超級電容的工作溫度范圍很寬，可工作于-50°C70°C左右，且在不同的溫度 下，特性都相對比較穩(wěn)定。當然作為一種剛面世不久的新型儲能器件，超級電容也有著很多缺點，如成本 價格比較髙，能量密度低，比能量只有2千瓦/千克左右，故作為近幾年比較熱門的 研究領(lǐng)域.超級電容技術(shù)也有待進一步的發(fā)展。5.

14、未來展望當今的電動汽車技術(shù)相對于以前已經(jīng)有了巨大的提升，不論在安全性，舒適性 方面還是在電池技術(shù)方面，都有了長足的發(fā)展，但相對于內(nèi)燃機汽車的性能還是有 諸多方面的不足，發(fā)展電動汽車必須解決好4個方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、能量 管理技術(shù)、電機驅(qū)動及其控制技術(shù)以及電動汽車整車技術(shù)。1）電池技術(shù)，電池作為電動汽車的動力源，在很多方面可以直接決定電動汽 車的諸多性能，如續(xù)航里程，加速爬坡性能，使用壽命，安全性等等，當今電動汽 車所使用的電池主要還是以蓄電池為主，由于其相對較低的能量密度，壽命短，成 本高，充電慢等因素，還是很難使電動汽車的性能趕超內(nèi)燃機汽車。2）能量管理技術(shù)，電動汽車以電機為主要驅(qū)動力

15、來源，使得電動汽車在能量 的控制方面比內(nèi)燃機汽車更加容易掌控。能量管理技術(shù)主要是針對電池的能量管 理，若能根據(jù)不同的行車狀態(tài)，良好的控制電池的每個單元進行合理的放電，便能 増加電池的續(xù)航里程能力及延長壽命，但當今的技術(shù)并沒做的很好。3）電機驅(qū)動及控制技術(shù)，電機的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是電動汽車的總要組成 部分，可以在很多方面影響及決定電動汽車的性能，如安全性，舒適性，高效性等 方面，特別是高效性方面.由于電池技術(shù)很難再短時間能得到重大的突破，故高效 的驅(qū)動系統(tǒng)可以緩解因電池技術(shù)瓶頸所帶來的一些問題。4）電動汽車整車技術(shù)，電動汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動機外， 車體本身也包含很多高新技術(shù)，有些節(jié)能措施比提高電池儲能能力還易于實現(xiàn)。采 用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕 30%-50% ；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動阻力減少 50% ；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。參考文獻1 沈文強.基于超級電容的電動汽車高效驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計D.浙江大學(xué),2014.2 劉玉龍.輪轂電機驅(qū)動汽車制動能量復(fù)合回收裝置研究D.吉林大學(xué),