毕业论文—电动汽车设计.doc

1、 AbstrctElectric vehicle in energy saving, optimizing the energy structure, to protect the environment, to reduce carbon emissions, to optimize the industrial structure adjustment, increasing employment，optimize the allocation of resources plays a role. At the same time, the development of electric

2、vehicle can drive battery technology, motor vehicle control technology and the development of technology. So the electric vehicle development in national economic development plays an important position. Electric power system for the efficiency of electric vehicle matching of optimization control, b

3、ut also improve the power, economy and travel mileage, so the power system of electric vehicle matching have important significance. Subjects in the study of electric automobile components and the basic principle of work, and on the basis of the electric vehicle research and development status of po

4、wer system, namely the battery, the motor and the research of the current situation of the controller technique. Power system are also studied the basic structure and working principle, and a kind of dynamic system model to match, mainly including the battery, motor and reducer, the controller, etc.

5、 Of the deceleration than matching. Based on different kinds of comparison and analysis of the storage battery selection, for different types of motor and comparative analysis, controller and motor speed reduced box selection, for different types of cases, after analysis of speed reduction speed sel

6、ection box.Keywords: Electric vehicle; Power matching; Battery；Lithium iron phosphateI本科生毕业设计（论文）目 录第1章 绪 论11.1 引言11.2 课题研究的意义11.3 电动汽车国内外发展现状2第2章 电动汽车的结构和工作原理52.1 电动汽车的结构52.2 电动汽车的工作原理6第3章 电动汽车动力系统发展现状研究83.1 电动汽车动力系统组成原理研究83.2 电动汽车蓄电池技术现状93.3 电动汽车电机技术现状133.4 电动汽车控制器技术现状16第4章 电动汽车动力系统的匹配及选型研究184.1 电

7、动汽车的整车参数及动力性指标184.1.1 电动汽车的整车参数184.1.2 电动汽车的动力性指标184.1.3 电动汽车的动力系统匹配任务184.2 电动汽车电机及控制器的匹配与选型194.2.1 电动汽车电机及控制器的总体匹配194.2.2 电动汽车电机及控制器的选型204.3 电动汽车蓄电池的匹配与选型214.3.1 电动汽车蓄电池的匹配214.3.2 电动汽车蓄电池的选型214.4 电动汽车减速箱与主减速器的匹配与选型224.4.1 电动汽车减速箱的匹配224.4.2 电动汽车减速箱的选型234.4.3 电动汽车主减速器的选型23第5章 总结255.1 本文主要内容255.2 展望25

8、参考文献27致 谢28附录29III第1章 绪 论1.1 引言18世纪80年代以来随着汽车的问世，汽车已成为人们生产和生活中不可缺少的生产和生活工具，成为现代社会文明的重要组成部分。根据2001年的统计数据，世界汽车产量约为5577万辆，就我国而言，2002年的汽车产量也超过了300万辆。作为汽车的能源目前仍主要依赖于石油产品（汽油、柴油和天然气等）。根据专家预测，按照目前的石油开采量，世界石油已勘查的储藏量只能使用79年。因此从发展看，给汽车寻找新的能源是必由之路。此外，因燃油汽车排放所带来的环境污染更令人担忧，据环保部门提供的资料，城市空气中污染物的污染源60%以上来自交通运输车辆的排放。

9、因此从保护环境降低汽车污染物的排放量，以绿色环保汽车代替燃油汽车也是社会可持续发展战略的需要，成为世界共同关注的问题。电动汽车由于其具有“零”排放特性，因此倍受世界关注，发展电动汽车已成为世界汽车业的共同呼声。我国政府在“十五”期间也将电动汽车的发展作为我国科技攻关的主要项目之一。电动汽车资源消耗低、环境污染少，世界各国纷纷投入巨资发展电动汽车产业。我国政府也非常重视发展电动汽车，通过“九五”、“十五”的发展，现已具备了电动汽车产业化的技术基础，进入了市场化前期，但还缺乏电动汽车产业发展的系统研究。论文运用系统科学及产业经济学等有关产业发展理论与方法，重点研究中国电动汽车产业发展的动力及产业发

10、展规划，为国家与武汉市制定电动汽车产业发展战略与规划提供理论支持，并将研究成果运用于武汉电动汽车产业的发展，为中国电动汽车产业的发展提供实践经验。1.2 课题研究的意义蓄电池能源电动汽车动力匹配的研究是一个新的课题，它是为了解决能源动力系统最佳工作条件与车辆行驶条件相适应的问题。蓄电池能源电动汽车动力系统的合理匹配，就是根据汽车的行驶条件和使用要求，合理选择动力系统各参数（诸如蓄电池类型、容量，电动机类型、额定功率、电压、转速，变速器速比、速比间隔、档位数，驱动桥型式及速比等）和动力系统的控制策略，以达到整车动力性和经济性的最佳。要获得较好的使用性能和较高的运行效率，一方面可以通过提高各个动力

11、部件(蓄电池、电动机等)各自的效率来实现1。但是，各部件效率受技术水平、成本的限制，短期内的提高幅度是有限的，并且不同部件的效率对整体效率产生的影响大小是不一样的，若盲目追求部件的高效率，有时会出现整体效率提高不大成本却大大增加的现象。因此，如何根据电动汽车使用条件合理匹配动力系统各部件功率（容量）是值得深入探讨的问题，它不仅可以提高动力系统整体的运行效率，还为各动力部件针对行驶工况的优化设计提供方向。电动汽车作为机械、电子、能源、计算机、汽车、信息技术等多种高新技术的集成，是典型的高新技术产品，其最终目标是实现智能化、数字化和轻量化。目前研制和开发的关键技术主要有蓄电池、电动机、电动机控制、

12、整车设计，以及能量管理技术等。近年来，电动汽车的研究和开发取得了一定的进展，但还存在如下的一些技术难题函待解决：一次充电续驶里程太短。这主要是由于蓄电池的比能量低；蓄电池的循环寿命短、更换率高；蓄电池充电时间长，通常需要610小时才能完成；电动汽车的动力性还不够理想，电机的调速控制系统和蓄电池能量管理系统技术还不成熟。由此可见，制约电动汽车发展的瓶颈是蓄电池和电机驱动控制系统。电机驱动控制系统是提高汽车动力性、续驶里程和可靠性的保证2。其输出特性决定了电动汽车的动力特性，同时，它的效率对电动汽车效率的影响也非常大。目前，在蓄电池技术未取得突破的背景下，电机驱动系统的研究成为电动汽车技术研究的主

13、要热点，也是提高续驶里程并使之实用化的关键，目的是提高电动汽车的驱动性能、续驶里程以及行驶方便性、可靠性等。电机驱动子系统的研究以驱动电机的研究为中心，辅以各种新型控制技术而展开。1.3 电动汽车国内外发展现状电动汽车的研究始于19世纪初，在100多年前欧美等国家就出现过电动汽车，但山于受到蓄电池技术的限制，其比能量低，续驶里程短和使用费用高等使电动汽车的发展处于停顿状态。随着石油资源的日渐枯竭和燃油汽车排放造成的环境污染日益加剧，人们才又开始把注意力集中到电动汽车的研发上。从20世纪70年代起，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车商业化开发和应用。例如美、日、德、法等国都相继推出了混合动力式电

14、动汽车、电动轿车、电动客车等。例如日木丰田公司在2001年6月推出了THS-C混合动力系统，并成功地将其装用在Puevia轿车上，同时还开发了四轮驭动的Estima HV型多用途车，该车的动力系统由2.4L的汽油机和电动机、CVT无级变速器及四轮驭动系统组成，其排放水平比日木规划2010年排放法规的要求还低75%。 2002年3月，日木木田公司在Civic轿车上也采用了混合动力装置，其传动系统由1.3L i-Dsi汽油机、10KW永磁电动机、5档手动变速器或无级自动变速器构成，这种车在美国的售价约为2.02.2万美元，2002年在美国的销售量约为2.4万辆。在美国，美国政府为了发展和推广环保型

15、汽车（包括电动汽车）的使用，美国政府有关部门不仅制定了按比例销售环保汽车的有关法规，而且在政策上还给子购买环保类汽车的消费者提供40008000美元的补贴，因而大大地促进了美国电动汽车的发展。美国AV8公司于20世纪90年代就推出了电动大巴，这种电动大巴己在欧美许多大中城市中投入实际使用，并有逐步取代传统燃油公交车的趋势。近年来由于燃料蓄电池发展迅速，其技术有所突破，许多采用氢燃料蓄电池的概念车也相继问世。美国加利福尼亚州计划于2003年前投入70 辆燃料蓄电池轿车和客车，并进行试运行试验。据Ballaud公司介绍，他们正和主要制造商和供应商的技术人员一道共同解决一些技术难题，如快速起动，降低

16、成木等问题，在近期即可推出商品化的使用氢燃料蓄电池的电动汽车3。 在中国首辆电动汽车于1966年在上海问市，1977年相应试制出SHD170，SHD610型电动汽车，但均因受蓄电池技术的限制，未能推广投入实际使用。我国从20世纪90年代后将电动汽车的研发又重新提到议事日程上，目前在北京、上海、天津、西安、合肥等地，各高等院校、汽车研究所和汽车厂家合作，纷纷研制出微型电动车、微型电动厢式车、电动大客车等，清华大学在燃料蓄电池方而也取得了较大的进展，小型氢燃料蓄电池汽车也己试制成功。如果一辆蓄电池能源电动汽车动力系统各参数选择合理，就可以最低的能量消耗获得良好的动力性，并达到零排放，得到良好的社会

17、效益和经济效益。总之，这项研究对国民经济和在学术上都有一定的意义和价值。随着电动汽车技术的不断发展和逐步推向市场，电动汽车动力匹配这项研究显示出越来越重要的地位，受重视的程度也将不断加强，研究得将更加深入，理论也将不断完善。与此同时，电动汽车动力系统匹配的研究作为电动汽车关键技术之一，也会推动电动汽车的发展和推广。但由于现有技术的限制，电动汽车的续驶里程及汽车的一些动力性不能达到我国大部分地区的要求。因此汽车的动力性能的研究也日益重要。电动汽车这个概念内涵很广泛，它包括蓄电池电动汽车或纯电动汽车（BEV）、混合动力电动汽车（HEV）和燃料蓄电池电动汽车（FCEV），涉及到很多学科，内容广泛而且

18、复杂，其核心技术包括底盘和车身技术、驱动技术和能源技术。西方发达国家政府从20世纪70年代起开始注重环境保护，世界发达国家均投入巨资进行电动汽车的商业化开发和应用。美、日及欧洲发达国家，近年来随着整车产品的技术和性能水平提高，纯电动汽车在乘用车上已开始进入实用化阶段，即将进入产业化阶段3。纯电动乘用车产业化将是产品技术和性能水平大幅提高的重要标志。在我国发展电动汽车事在必行，有关电动汽车的开发研究也日益增多。电动汽车动力系统的匹配有利于电动汽车的效率优化控制的提高，还与电动汽车的动力性、经济性有关，使汽车在起步时有足够大的转矩。电动汽车动力系统的合理匹配能够使汽车驱动系统满足高的可靠性、高性能

19、、高效率、低成本、调速范围宽等要求。第2章 电动汽车的结构和工作原理2.1 电动汽车的结构电动汽车系统可分为三个子系统，即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。其中，电力驱动子系统又由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成；主能源子系统由主电源、能量管理系统和充电系统构成；辅助控制子系统具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能4。双线表示机械连接，粗实线表示电气连接，细线表示控制信号连接，线上的箭头表示电功率和控制信号的流动的方向。根据从制动踏板和加速踏板输入的信号，电子控制器发出相应的控制指令来控制功率转换器的功率装置的通断，功率转换器的功能是调节电动机和电源之间

20、的功率流。电动汽车的结构图如图2.1所示。图2.1 电动汽车的结构图当电动汽车制动时，再生制动的动能被电源就吸收，此时功率流的方向要相反。能量管理系统和电控系统一起控制再生制动及其能量的回收，能量管理系统和充电器一同控制充电并监测电源的使用情况。辅助动力供给系统供给电动汽车辅助系统不同等级的电压并提供必要的动力，它主要给动力转向、空调、制动及其它辅助装置提供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动汽车输入信号外，转向盘输入也是一个很重要的输入信号，动力转向系统根据转向盘的角位置来决定汽车灵活的转向。现代电动汽车很多采用三相交流感应电动机，相应的功率转换器采用脉宽调制逆变器，机械变速传动系统一般采用

21、固定速比的减速器或变速器与差速器。空调装置主要根据一个国家不同地区的气候来选用冷气或者加温装置。与燃油汽车相比，电动汽车的特点是结构灵活。燃油汽车的能量是通过刚性联轴器和转轴传递的，而电动汽车的能量则基本上是通过柔性的电线传输，因此电动汽车各部件的放置具有很大的灵活性。与传统燃油汽车的发动机不同，电动车的电动机具有很大的灵活性。不同类型的电动机，像直流电动机、交流电动机、轮式电动机等等都可以作为电动汽车的驱动电机，并直接导致电动车不同的行驶性能。不同类型的储能装置，例如不同的蓄电池、燃料蓄电池、超大电容器和高速飞轮等也都会影响电动汽车的重量、体积、尺寸，进而影响电动汽车的性能。这些不同的选择，

22、赋予了电动汽车的设计者很大的灵活性，同时也产生了最佳选择准则的问题。变速传动系统是电动汽车驱动子系统的一个重要部件，它指的是驱动电机转轴和车轮之间的机械连接部分。电动汽车的驱动电动机的转矩和转速完全可以用电子控制器进行全范围的控制，因此变速系统的设计就可以有多种不同的选择。既可用传统的齿轮变速箱变速，也可以用先进的自动变速传动桥变速，还可以用电子驱动桥控制电动机直接变速。2.2 电动汽车的工作原理电动汽车装备有蓄电池、电动机、电动机控制装置和能源管理系统等。蓄电池电动汽车的电路可分为三部分。第一部分为由主电源到电动机的电路；第二部分为主电源DC/DC转换器汽车电器设备备用电源电器设备(如前灯、

23、后灯、雨刮器等)；第三部分为制动能量回收发电机到主电电源部分的电路5。现代电动车是一个复杂的系统工程，它的理论基础是现代电动车学。电动汽车工作原理图如图2.2。现代电动车学时研究现代电动车的新兴交叉学科，其核心是如何最有效和环保的利用电能驱动车辆，而总体指导思想是将汽车技术、电机技术、驱动技术、电力电子技术、能源储存技术和现代控制理论有机的结合起来，实现系统的集成优化。电动汽车不同的子系统之间的相互工作是不同的。例如，电动机是直接由电机控制器控制的，与控制器之间有很强的相互作用，影响到电动车的行驶特性、成本和安全性；电动机和辅助电源则几乎没有直接的相互作用；而电机控制器与蓄电池充电器在电路上有

24、一定的联系，它们之间有弱的相互作用。为了实现电动车的系统优化，就需要系统地分析和考虑电动车的各个主要部件、子系统之间的相互作用和影响，在系统的水平上实现系统的集成和优化。从国内外电动车的成功的开发经验来看，现代电动车的总体设计思想应是根据电动汽车本身的固有特图2.2电动汽车工作原理图点，优化设计包括车体在内的各个部分，使主要部件或子系统之间达到最佳的匹配，从而最有效的利用电动汽车有限的车载能量，增加其行驶里程。通过系统的优化设计，即使在蓄电池性能未能显著改善的条件下，也能使电动汽车达到令人满意的行驶性能。电动汽车是一种由电动马达而不是汽油发动机提供动力的汽车。消声器、催化转化器、排气管和油箱一

25、起拆下。从外观上看，您可能完全不知道汽车是电动的。大多数情况下，电动汽车都是由汽油动力车改装过来的，因此在这种情况下很难分辨出来。驾驶电动汽车时，通常唯一能够让您认清这辆车的真实面目的方法是：电动汽车开起来几乎是无声的。在发动机罩的下面，汽油车和电动汽车之间存在许多差异：汽油发动机已被电动马达替换。电动马达从控制器获取动力。控制器从一组可充电的蓄电池获取动力。汽油发动机及其油管、排气管、冷却管和进气歧管看起来就像一个管道工程。而电动汽车完全是一个布线工程。第3章 电动汽车动力系统发展现状研究3.1 电动汽车动力系统组成原理研究电动汽车动力系统主要包括蓄电池、电机及控制器、变速箱、主减速器和驱动

26、车轮。蓄电池为能量源，电机通过蓄电池提供的电能转化为机械能，将动力传送到变速箱。为使电动汽车有足够的动力，蓄电池要有足够的容量储备6。蓄电池的基本组成为蓄电池单体，多个蓄电池单体串联组成蓄电池。其基本工作原理基于化学反应放电，蓄电池正极和负极都浸在电解液中，放电时，负极发生氧化反应向外带南路释放电子，正极发生还原反应，从外电路得到电子。充电时，过程正好相反，负极得到电子发生还原反应，正极失去电子发生氧化反应。这里着重介绍常温锂蓄电池，通常使用金属锂作蓄电池负极和固态无机电解质作为蓄电池正电极，电解液为固态聚合物。还有一种逐渐被采用的方法为采用锂碳材料代替金属锂。在放电过程中，锂离子在蓄电池正极

27、和负极间往返移动，在负极生成的锂离子通过电解液嵌入正极晶状结构中，充电时反应过程相反。通常使用高分子导电材料、聚乙烯、聚苯胺或聚对苯酚作负极和采用、和作正电极，在锂聚合物蓄电池中，蓄电池是最具吸引力的一种。如：正极为、负极为人造石墨、电解质为/有机碳酸脂混合物的锂离子聚合物蓄电池，蓄电池充电（向右）、放电（向左）的总化学反应方程式为 电机是电动汽车电力驱动系统的核心，其性能、效率、重量等直接影响着电动汽车的性能12。为达到对电动汽车续航能力及在复杂工况下安全运行的要求，电动汽车驱动电机的设计专用化已成为趋势，电动汽车的电机及其控制与传统的电机及其控制相比，有其特殊性：电动机处于频繁起动、加减速

28、、变速范围宽和制动回馈的工况下，要求有良好的控制性能。低速（恒转矩区）运行能够提供大转矩，以满足起步和爬坡的要求；能够提供高转速，以满足汽车高速行驶及超车的要求。在整个运行范围内要求高效率，包括电动机、控制器和传动装置的综合效率，以增加汽车的一次充电行驶里程和再生制动能量的回收，而且在宽功率变化范围内有较高效率。有较强的过载能力、快速的动态响应及良好的加速性能，以满足道路行驶工况的变化。电机和控制系统能承受大电流冲击以提高起步和加速转矩，并且有较长时间的过载能力。要考虑电机在车上的安装和与车上传动系统的联结.电机体积要小，重量要轻，有较高的功率密度：同时要考虑电机抗振、防潮、防水、防尘、通风散

29、热等。对于电机驱动控制系统主控制器，仅采用增量式PI算法对控制器的控制算法进行了研究，因此，建议后续的研究工作可以采用H。鲁棒控制理论、神经网络控制理论、模糊控制理论以及最优控制理论等，对主控制器的控制算法进行研究和对比，以提高电动汽车电机驱动控制系统的性能。通过电动机的转速控制给变速箱不同的转速，在变速箱不同挡位的调节控制下，通过传动件的动力传动给驱动轮以动力，实现电动汽车不同车速的行驶控制。3.2 电动汽车蓄电池技术现状国际油价飞涨，全球气候异常，各国对能源安全和环境保护在战略上更加重视。在此形势下，我国对电动车事业发展也非常重视，在“十五”计划和“十一五”规划中都将其列为科技重大项目。在

30、“十五”电动车事业有长足的发展。蓄电池是电动车的能源，是影响电动车性能的关键部件，也是制约电动车发展的关键。为适应电动车的需要，电动车用蓄电池发展也很快。这里简述近几年各种电动车蓄电池发展概况1。（1）铅酸蓄电池铅酸蓄电池因其价格便宜、材料来源丰富、比功率较高、技术和制造工艺较成熟、资源回收率高等综合因素被各国各种电动车普遍采用和广泛研究。90的商品化的电动车上都采用铅酸蓄电池。纯电动车是以蓄电池为唯一动力源的四轮以上电动车。纯电动中巴车用的铅酸蓄电池（开口式）是”八五”的研究成果，已取得在车上可用19个月(12万千米)的成功经验，关键是积累了控制好充电方式、放电深度、及时补水等一套系统匹配的

31、工作经验和精心维护的经验。近年来四轮微型电动车(包括游览车、巡逻车、高尔夫球车，短距离道路车等)发展很快。四轮微型电动车采用的蓄电池主要是铅酸蓄电池，品种有普通富液式开口蓄电池(其中包括管状极板和涂膏式极板蓄电池)和阀控铅酸蓄电池。电压一般为4872V，个别有120V的。容量主要是180和210Ah，个别用120Ah蓄电池并联使用。用户反映目前国内厂家生产的此类铅酸蓄电池产品还赶不上进口的国外先进的产品。制造相应型号的蓄电池制造厂家正在不断提高产品的质量水平。相信电动自行车用的阀控铅酸蓄电池成功经验可推广到四轮微型电动车用的阀控铅酸蓄电池，性能将会有迸一步的提高。有专家认为：510分钟的快速充

32、电技术与铅酸蓄电池结合有可能满足大多数城市中心区短途交通用的纯电动车的要求。香港曾经提出过用此方案解决城市中心区交通。铅酸蓄电池的反应方程式如下： 正极： 负极： 总反应：铅酸蓄电池结构原理图如图3.1： 图 3.1 铅酸蓄电池结构原理图铅酸蓄电池是已有100多年历史的老产品，而且比能量较低，因此很多人认为铅酸蓄电池是落后、过时的产品，在电动车上应用的前途不大，进一步开发的必要性不大。笔者认为这种观点不一定正确。实际上，铅酸蓄电池在100多年的历史中一赢不断地在改进提高，有的是革命性的飞跃式提高，现在已开发出比能量提高到近40KW/Kg的蓄电池；已有可像汽车加油一样的在几分钟内实现充电的快速充

33、电技术；超高速率阀控铅酸蓄电池比功率已达到24KW/Kg；等等。因此，我们认为：因价格便宜、材料来源丰富、制造和回收技术及工艺都较成熟、资源回收率高等综合因素，铅酸蓄电池将是商业化电动车主要采用的蓄电池；随着性能不断地改进提高，铅酸蓄电池将保持在电动车上应用的显著地位，很难被完全取代，因此要重视对它的研究和改进提高；在实际使用中，根据使用对象、维护条件和专业化程度，选择使用寿命长、成本低的品种，不必盲目追求最新的品种和单项指标（如比能量）；加强新型铅酸蓄电池和新技术研究，以适应纯电动车的新要求。（2）锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池的比能量更高（120150KW

34、/Kg），有较高的比功率（250350KW/Kg），寿命长（5001000次循环），无污染等优点，被认为是有希望是电动车用蓄电池。对于用金属锂作负极，石墨作正极，电解液由四氯化铝锂（）溶解在亚硫酸氯（）的锂离子蓄电池反应方程式如下： 负极： 正极：锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池在电动车上推广应用遇到最大的问题是燃烧、爆炸的安全性问题。在安全性好、循环性能好、比容量高的新型价廉正极材料发展的推动下，我国的动力型锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池的安全性能在”十五”期间有明显提高，短路、过充、挤压、针刺、加热、跌落、震动等安全性能指标到2005年全部通过、达到安全要求。现在认为电动自行车用48Ah

35、以下的蓄电池组安全性是有保障的。电动自行车用的锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池已接近实用。有几家公司已可提供较成熟的、装有蓄电池管理系统的电动自行车用锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池包。装有锂离子蓄电池或聚合物锂离子蓄电池的电动自行车产品已经出现。也有专门生产用锂离子蓄电池电动自行车厂家。当然，安全性还有待在实用中经市场考核。我们的观点：电动自行车用的锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池将是首先商业化、大批量在电动车上使用的动力型锂离子蓄电池；在电动自行车上它将是继铅酸蓄电池之后所占比例较大的实用化蓄电池：将成为用于高端、便携式电动自行车产品的蓄电池。大型锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池在纯电动轿

36、车和电动巴士上试用的、已开车的和展览示范的有不少报道。混合电动车上用的高功率锂离子蓄电池也有显著的进展，15Ah的锰系锂离子蓄电池的比功率已达到1220KW/Kg，安全性达到测试标准，并在燃料蓄电池轿车上试用。根据现在的锂离子蓄电池发展水平和经验，认为电动自行车用48Ah以下的蓄电池组安全性是有保障的，但大型锂离子蓄电池及聚合物锂离子蓄电池要在商业化电动车辆上使用还要经过许多艰苦的工作，其原因主要是：安全性难度更大；纯电动轿车和电动巴士，以及混合电动车上使用的蓄电池数量多、系统复杂，对可靠性和一致性的要求更高：价格高等。曾经报道过深圳比亚迪要在2005年提供200辆以锂离子蓄电池为动力源的电动

37、轿车组成出租车队之事，现在已推迟到2007年了，我们拭目以待。最近报道了上海市在825路公交车上进行锂离子蓄电池和超级电容器联用的示范运行，我们将注视试验的进展和结果。（3）金属氢化物一镍蓄电池（MHNi） MHNi蓄电池由于价格高在我国的纯电动汽车和电动自行车上真正使用的不多。MHNi蓄电池在我国的混合电动车的成品车和样车(包括轿车和巴士)上已普遍采用，成为主流采用的蓄电池。但是价格高和资源有限是限制MHNi蓄电池在混合电动车上推广和发展的因素，甚至影响到混合电动车广泛推广应用的前途。我们观点是：正在成熟的、价廉的混合电动车用铅酸蓄电池和性能更优越、价格相近的混合电动车用锂离子蓄电池将是MH

38、Ni蓄电池在混合电动车上的竞争对手。（4）锌镍蓄电池（ZnNi）ZnNi蓄电池曾被认为是应提倡的电动车用蓄电池。经45年的市场筛选来看，在商业化的电动车上几乎没有使用。这主要是由于ZnNi蓄电池的价格贵（每1Ah要2.54元，为铅酸蓄电池的4.6倍）；循环过程中，初期容量衰减率大，限制了蓄电池组实际可使用的寿命。另外，锂离子蓄电池的迅速发展和价格降低，使ZnNi蓄电池在电动车上应用更加困难。（5）锌空气蓄电池锌空蓄电池是金属空气（氧）蓄电池的一种，属于半燃料蓄电池范畴。因为它的正极活性物质（氧）来源于蓄电池外部的空气，不必包含在蓄电池内部，不占蓄电池的重量，因此蓄电池的理论比能量比常用蓄电池的

39、高得多，实际比能量也较高；另外还有原材料丰富，价格不高，无污染等优点，被认为是电动车用蓄电池的有竞争力的候选者。国内外在开发电动车用锌空蓄电池方面已经做了许多工作。早在1960年代美国就开始电动车用锌空蓄电池的开发研究工作。1970年代初西方发生了石油危机，促使西方各国重视对电动车的开发研究，锌空蓄电池以其很高的比能量被作为电动车用蓄电池的候选者。20世纪六七十年代期间，日本、法国等一些国家投入了很大力量进行电动车用锌空蓄电池的开发研究，蓄电池类型包括机械可充型和循环型。1990年代，以色列的EFL公司又可是研制电动车用锌空蓄电池系统，此系统包括：车上用的机械可充式的锌空蓄电池组；更换锌空蓄电

40、池的加燃料站；用电能将氧化锌转换成锌的燃料再生中心。从此，世界上再次掀起开发电动车用锌空蓄电池的高潮，美国、德国、新加坡等国投入了电动车用锌空蓄电池的开发研究。近十年间，EFL公司在自行车、摩托车、高尔夫球车、吉普车、面包车、巴士等车型上进行了试验，最后与欧洲有最大邮政车队的德国邮政署合作，在64辆车上进行了试验，其中有一辆车于1996年10月从法国的 ChaIIlbe 巧越过阿尔卑斯山最后到意大利的 Turin，行程244km，用去蓄电池容量的65；1997年4月又有车载重650kg，从德国的Bremen到Bonn行驶了424Km；从德国的Bremen到荷兰的阿姆斯特丹行驶了375km。同年

41、11月2日，这样的车从伦敦开到巴黎，行程439 km。建立了三个示范的更换锌空蓄电池和用电能将氧化锌转换成锌的燃料再生中心。应该说，投入和取得的成绩可不小。但是，据1998年6月的IEE Spectrumv报道，德国邮政署用EFL公司的锌空蓄电池进行了二年试验后，决定停止资助此项目继续试验，原因是更换成本太高。国内开发电动车用锌空蓄电池的步伐基本跟着国外的潮流。1970年代初（文化大革命期间），清华大学教授钱伟长先生带领的电动车用锌空蓄电池研制组带动下，国内出现了锌空蓄电池的研制高潮，开展锌空蓄电池研制的单位有十几家。到1980年代初，国内锌空蓄电池的研制高潮逐渐衰退，只有752厂和梅林化工厂

42、把部分研制成果转换成产品。应用于便携式电器、手表、计算器、航标灯、应急电源、通讯电源等场合。受国外的第二次开发电动车用锌空蓄电池高潮的影响，近年来国内研制工作又有兴起。美籍华人在上海成立的生产机械可充锌空蓄电池的博信（Power Zinc）公司，并已建成示范车间。该公司制造的电动自行车和电动摩托车用锌空蓄电池装在进行了行驶里程测试，分别达到150和250 千米，并做了大量的推广应用工作，在上海市建立了50个蓄电池更换点。不到一年，此推广试用工作就停止了，市场筛选的结果是没有被用户接受。此后在有些领导支持下，做了一辆用该公司制造的锌空蓄电池为动力源的电动巴士，但受锌空蓄电池高功率性能差的限制，车

43、的启动和加速性能明显较差。2005年11月，全国清洁汽车行动领导小组和上海市科委联合主持召开了博信锌空蓄电池用于城市客车专家研讨会，一致认同：“锌空动力蓄电池可适用于城市客车。”在2007年6月，中国国际蓄电池产业链论坛上，我国蓄电池界老前辈吴寿松先生针对上述结论，以“锌空动力蓄电池失败的原因”为题，介绍了笔者几十年中三次介入锌空动力蓄电池的开发，均以失败告终的经验教训，并且列举了当年遇到的困难和问题，如：实现机械充电困难；空气电极寿命限制；蓄电池功率性能差，不符合汽车加速性能的要求；电解液的碳酸盐化和水管理。看来类似会议有不同意见人士参加是必要的9。多年工作实践证实了锌空蓄电池原来应有的优越

44、性，同时也暴露了一些国内外己报道过的问题，如锌电极更换服务系统和再生成本、氧电极的寿命、蓄电池的电解液渗漏、爬漏或溢出等。这些问题影响锌空蓄电池在电动车上推广应用。市场筛选的结果也证明用户没有接受。因此，对电动车用锌空蓄电池的开发要认真总结国内外经验和教训，多听取不同的意见是必要的。3.3 电动汽车电机技术现状在电动汽车上，驱动电机及其控制器是电动汽车中把电能转换成机械能的动力部件，目前常用的驱动系统有四种：直流电机（DC Motor）驱动系统，电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)控制方式；交流感应电机（AC IM）驱动系统，电机控制器采用矢量控制或直流转矩控制的变频调速方式；交流永磁电机驱动

45、系统，主要包含两类电机：永磁同步电机（PMSM）和无刷直流电机（BDCM）驱动系统；开关磁阻（SR）电机驱动系统7。（1）直流电机驱动系统早期的电动汽车中通常采用直流电机驱动系统,在我国城市中广泛使用的无轨电车和电动叉车等电动车辆中也在使用直流驱动系统。直流电机由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间有空隙，即气隙。其中定子部分包括机座、主磁极、换向器、端盖、电刷等装置，转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件11。无刷直流电机系统控制图如图3.2所示。图3.2 无刷直流电机系统控制图直流电机驱动系统具有成本低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟等优点，但由于直流电机在运行过程

46、中需要电刷和换向器换向，因而电机本身的效率低于交流感应电机，同时，电刷需要定期维护，造成了使用的不便。此外，电机本身的体积大、重量大，换向器和电刷制约了直流电机的转速，这些因素都限制了其在电动车中的应用。（2）交流感应电机驱动系统 交流感应电机又称异步电机，与直流电机相比其结构简单，从技术水平来看，感应电机驱动系统是电动汽车用电机驱动系统的理想选择，尤其是驱动系统功率需求较大的大型电动客车。目前，国内外高性能的感应电机驱动系统也主要是采用矢量控制和直接转矩控制这两种控制方法。交流感应电机定子是用来产生旋转磁场的，它由定子铁芯、定子绕组、铁芯外侧的外壳、支承转子轴的轴承等组成；交流感应电机的转子

47、绕组有两种类型：笼型和绕线型，其中笼型转子绕组结构比较简单，仅由导条和端环构成。感应电机按照转子绕组结构也分为两类：笼式感应电机和绕线式感应电机。交流感应电机与直流电机相比，具有效率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、重量轻、易于冷却、寿命长等优点。感应电机本身比直流电机成本低，只是其逆变器比直流电机控制器成本高，但随着功率电子技术的不断进步，两者的成本差距越来越接近。从目前看来，感应电机交流系统总成本要比直流电机驱动系统高，但由于其重量轻、效率高及能有效的实现再生，因而在电动汽车上使用的运营成本要比使用直流电机驱动系统时低，尤其在大功率电动汽车中更有广泛的应用。（3）交流永磁电机驱动系统

48、交流永磁电机主要包含两大类：永磁同步电机和无刷直流电机。两者的主要区别在于永磁励磁磁场在定子相绕组中感应出的电动势波形：前者每相感应出的电动势波形为正弦波，而后者为梯形波。无刷直流电机与永磁同步电机相比，前者的优点是：控制器简单，输出转矩大；缺点是转矩脉动大一些。后者的优点是：转矩脉动小；但是控制器较复杂，对于同功率的电机，其转矩比无刷直流电机略小.永磁同步电机利用矢量控制算法可以实现宽范围的恒功弱磁调速,而无刷直流电机弱磁调速方面还没有成熟的技术。交流永磁电机采用稀土永磁铁励磁，具有效率高、功率密度大等特点，在中、小功率的系统中有优势。总的来说，相对于励磁电机来讲，交流永磁电机驱动系统效率高、体积小、重量轻，在电动汽车中也得到了一定的应用，但该类驱动系统目前还存在成本高的缺点，在可靠性和使用寿命指标上也明显比感应电机差。另外，对于功率较大的PMSM和BDCM，要做到体积小、重量轻，尚存在一定的技术难度。（4）开关磁阻电机 随着现代大功率半导体开关和现代控制技术的发展，才使开关磁阻电机驱动技术以高效率、高可靠性和一种新型的电机一体化、具有软启动特性的调速传动技术面貌出现，目前在电动汽车驱动领域也有