汽车工程论文.doc

《汽车工程论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车工程论文.doc（9页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、电动汽车正在向我们驶来随着汽车工业的发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源供给，各国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。电动汽车具有良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点，即可以保护环境，又可以缓解能源短缺和调整能源结构，保障能源安全。目前发展电动汽车已成为各国政府和汽车行业的共识，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、研究和开发的观点，还是从实用的角度来看，了解和掌握电动汽车技术的社会需求会越来越大。一、我国电动汽车发展情况（一）我国电动汽车的发展概况。

2、与世界其他国家一样，电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着。“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，设立“电动汽车重大科技专项”，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研 院所等方面的力量进行联合攻关。（二）我国电动汽车的发展模式。燃料电池汽车均采用电-电混合驱动方案，在整车操控性能、行驶性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到较大提高。2004 年 5 月在北京召开的世界氢能大会上，我国自主研发的燃料电池轿车和客车样车与世界领先的奔驰公司样车同堂展示，引起了世界的惊赞。二、电动汽车的构

3、造与原理电动汽车的分类：铅酸蓄电池、钠硫电池、镍锌电池、混合动力汽、内燃机+电池、蓄电池、燃料电池、电容、燃料电池蓄、储能器、飞轮、燃料电池汽、H2 燃料电池、甲醇燃料电、重燃料电池、燃料电池电、蓄电池+电容、空气电池、 锂离子电池。（一）纯电动汽车（EV）1、EV 概述。采用电能作为能源的电动车辆，已有 100 多年的历史，现在已具有多种多 样的电动车辆。电动汽车与普通汽车的主要区别是动力源的改变，EV 用蓄电 池电动机系统。2、EV 的基本组成部分 。（1）车载电源；（2）电池组的管理系统、动力电池组的管理系统包括对动力电池组的充电和放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的

4、自放电率、电池的温度等进行控制；（3）动力电池组管理系统的功能和作用动力电池组管理系统要承担动力电池组的全面管理，一方面保证动力电池组的正常运作，显示动力电池组的动态响应并及时报警，使驾驶员随时都能掌握动力电池组的情况。另一方面要对人身和车辆进行安全保护，避免因电池引起的各种事故。3、驱动电机和驱动系统。驱动电机是 EV 的动力装置，这也是 EV 与内燃机汽车的根本区别之处。现代 EV所采用驱动电机主要是交流电动机、永磁电动机、和开关阻尼电动机等。EV驱动系统由驱动电动机和驱动操纵系统共同组成，随着 EV 结构形式不同，采用了不同驱动系统。EV 的驱动系统由集中驱动系统和轮毂驱动系统两驱动系统

5、。（二）燃料电池电动汽车 1、燃料电池电动汽车的构成。燃料电池电动汽车的外形和内部空间与普通内燃机汽车几乎没什么差别，燃料电动汽车与传统汽车不同之处在于动力系统。燃料电池电动汽车的动力系统主要由动力控制单元、电动机、电池组、燃料箱、储能装置及燃料加入口等组成。2、燃料电池电动汽车的种类。虽然燃料电池汽车的历史并不长，但由于燃料电池汽车具有突出的环保、节能优势，各种各样结构的燃料电池汽车不断问世。3、燃料电池电动汽车动力系统的工作原理。燃料电池电动汽车动力系统的工作原理由燃料电池组出发的电流经 DC/DC 逆变器后进入电动机驱动汽车行驶或经 DC/DC 转换器向蓄电池充电，当汽车行驶时需要的动力

6、超过电池的发电能力时，蓄电池也参与工作，其电流经过DC/DC 转换器进入电动机驱动汽车行驶。4、燃料电池电动汽车的驱动形式。驱动电机及其控制系统是燃料电池汽车的心脏，它的主要功能是使电能转变为机械能，并通过传统系统将能量传动到车轮驱动车辆行驶。其基本构成有两个部分：电机及控制器。 （三）混合动力汽车（HEV） 1、概述。混合动力汽车指携带有不同动力源的，可根据汽车行驶需要，同时或分别使用不同的动力源而行驶的汽车。2、混合动力电动汽车的种类及主要组成。HEV 一般由发动机、发电机、储能装置、电动机、功率转换器和控制装置等组成。（1）发动机。采用不同的发动机可组成不同的HEV。采用的发动机有四冲程

7、内燃机、二冲程内燃机、转子发动机和斯特林发动机等。一般采用四冲程内燃 机比较普遍。（2）电动机。采用不同的电动机可组成不同的HEV。采用的电动机有直流 电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。（3）电池。储能装置是 HEV 的辅助能源，只有在 HEV 用电动机启动发动 机或电动机辅助驱动时使用，HEV 可选用不同的蓄电池、燃料电池储能器等。HEV 的分类：单轴驱动、双轴驱动或多轴驱动 HEV 三种。 根据混合动力电动汽车动力系统的特点有不同的分类方法，可把混合动力电动汽车区分为串联式、并联式、混联式。 三、电动汽车动力蓄电池及储能装置 （一）电池的分类。 化学电池常见的分类方法有

8、三种：第一种是按电解液种类分类，可把常见的电池分为碱性电池、酸性电池、中性电池及有机电解液电池四种。第二种是根据电池所用正、负极材料的不同，可把常见的电池分为锌系电池、铅系电池、锂系电池、二氧化锰系电池及空气（氧气）系电池。第三种是根据工作的性质和储存方式不同，可把常见的电池分为一次电池、二次电池、燃料电池、储备电池四类。 （二）铅酸蓄电池。电动汽车用动力铅酸电池有多种，常见的有湿荷电式蓄电池、阀控式蓄电池、免维护蓄电池、胶体蓄电池、水平板式蓄电池等。动力铅酸蓄电池与一般启动用的蓄电池不同，既要求有瞬时大电流放电特点，又要求铅酸蓄电池有持续大电流放电的能力。 （三）燃料电池1、燃料电池分类和特

9、点：碱性燃料电池、磷酸盐 型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、固体聚合物燃料电池又称为质子交换膜燃料电池、及生物燃料电池。按工作温度它们又分为高、中、低温型燃料电池。燃料电池具有以下特点：（1）能量转化效率高。（2）有害气体x、x 及噪音排放都很低 率高而大幅度降低，五机械振动。（3）燃料适用范围广。（4）积木化强 规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周 2 排放因能量转换效期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。（5）负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从

10、最低功率变换到额定功率， 而且电厂离负荷可以很近， 从而改善了地区频率偏移和电压波动， 降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路目前。2、燃料电池的工作原理：它由正极、负极 和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的 板而形成， 现在正发展为直接使用固体的电解质。 四、电动汽车的电动机及传动系统 （一）概述 1、电动汽车驱动系统的组成、种类：根据电动汽车驱动用电动机的数量可以区分为单电动机和多电动机驱动系统。电动汽车对驱动系统的要求是很高的，主要有：电动汽车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、加速性能好，使用寿命长的特点。2、电动汽车用电动机应具

11、有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求。3、电动汽车用电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率，这在内燃机汽车上是不能实现的。4、电动汽车驱动电动机的分类电动机可分为交流电动机、直流电动机、交/直流点动机、控制电动机、开关、磁阻电动机及信号电动机等多种。适用于电力驱动的电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类。目前在电动汽车上已应用的和应用前景的有直流电动机、交流感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁

12、阻电动机等。 （二）直流电动机 1、电动机的基本构造：直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座组成。主磁极铁芯上套有线圈，通入直流励磁电流便会产生磁场，即主磁场。换向极也由铁芯及套在上面的线圈组成，其作用是产生附加磁场。以减弱换向片与电刷之间的火花，避免烧蚀。机座除作电动机的机械支架外，还作为各磁极间磁的通路。转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇组成。转子铁芯用来安装转子绕组，并作为电动机磁路的一部分。转子绕组的主要作用是产生感应电动势并通过电流，以产生电磁转矩。换向器由换向片组成，换向片按 一定规律与转子绕组的绕组元件连接。2、直流电动机的工作原

13、理：直流电动机包括俩个在空间固定的永久磁铁，一个为 N 极，另一个为 S 极。在磁极的中间，装有一个可以转动的线圈，它的首末两端分别接到两片圆弧形的换向片（铜片）上，两个换向片之间、换向片与转轴（与线圈一起旋转）之间均相互绝缘，为了把电枢绕组和外电路接通，在换向器上安置了两个固定不动的电刷。由于电刷和电源固定连接，因此无论线圈怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。由左手定则可知，通电线圈在磁场中受到逆时针方向的力矩作用。虽然电流方向是交替变化的，但所受的电磁力的方向不改变，因此线圈可以连续地按逆时针方向旋转。这就是直流电动机的各种原理。3、直流电动机的运动特性与特点：直流电动机的运

14、动特性包括工作特性和机械特性。工作特性是指电动机在额定电压、额定励磁电流不变的情况下，其转速、转距和输出功率之间的关系。机械特性是指在额定电压和电磁绕组不变的情况下，转距与转速的关系。特点：直流电动机的构造较复杂，价格也比交流电动机昂贵,维护维修也较困难。 五、电动汽车的能源管理与供给系统（一）电动汽车的能源管理系统所谓能源管理系统是指对电动汽车动力系统能源转化装置的工作能量的协 调、分配和控制的软硬件系统。硬件系统主要由各种传感器、ECU、执行元件等组成。软件系统的功能主要是对传感器的信号进行分析处理，对能量转换装置的工作能量进行优化分析，并向执行元件发出指令。电动汽车能源管理系统的作用就是

15、在满足汽车基本技术性能和成本要求的前提下，使各部件的特性和汽车运行工况达到最佳配置，实现能量在能源转换装置之间的动力流线最优化，整车能源的利用率最大化。能源转换装置指的是发电机、发动机、电动机、储能超级电容、功率变换模块、动力传递装置、燃料电池、蓄电池等。为了是电动车有良好的机械性能、点驱动性能及合理的能量分配等，能量管理系统必须对能量系统的工作进行有效的监测和控制，以便最大限度的节约能量。 （二）蓄电池充电原理与充电器1、充电方法与充电过程： 蓄电池的充电可以分为恒（定）流充电、恒（定）压充电和脉冲快速充电。三种不同的充电方法，可根据具体情况选择一种充电方法或几种充电方法的组合 方法，现代智

16、能型蓄电池充电器大多可设置不同的充电方法。2、充电器的种类:充电器可以分为直接充电器和带过压、欠压保护电路及电池反接保护电路 等功能的自动（智能）冲电器两大类。（三）电动汽车制动能量回馈系统 1、制动能量回馈系统的组成：电动机在切断电源之后，不可能立即完全停止旋转，总是在其本身及所带负载的惯性作用下旋转一段时间之后才停止。因而，在能源供应紧张的今天，利用电动机制动过程中的剩余能源自然成了研究开发的一个热点。电动机制动的方法可以分为机械制动和电气制动两大类。电动汽车的制动方式应该考 虑机械制动和电气制动两种类型的结合， 尽可能多的用回馈发电方式取代机械制动。在电动汽车刹车和下坡滑行时，通过控制系

17、统将电动机的状态改变为发电状态，将发电机发出的能源储存于电池中 这样可急可以减小机械刹车系统的损耗，又能提高提高整车能量的使用率，达到节约能源和提高电动汽车续驶里程的目的，可得到一举多得的效果。2、电动汽车制动能量回（收）馈系统。在保证安全的前提下，将减速制动时车辆的部分动能转化为电能，并储存 于储能器的系统叫做制动能量回收系统。制动能量回收是电动汽车所独有的，它可增加电动汽车的续驶里程，降低汽车的运行成本。 （四）电动汽车能量系统的电源变换装置 1、电动汽车电子设备对电源的要求：电动汽车电子设备各部分所需的功率等级、电压高低、电流大小、安全可靠性、电磁兼容性等指标不同。为了满足上述需要，电动

18、汽车常使用各种功率转换器。目前使用的功率转换器可分为 AC/DC、DC/DC、DC/AC 三种类型。它们分别适用于各种不同的领域，其中 使用最多的是前两种。2、DC/DC 功率转换器。要是汽车电子设备正常工作，必需使用一个 DC/DC 功率变换模块，将宽 范围变化的直流电压变换成一种稳定性能良好的直流电压。 电动汽车的 DC/DC 变换器的主要功能是给车灯、ECU、小型电器等车辆 附属设备供给电力和向附属设备电源充电， 其作用与传统内燃机汽车的交流发电 机相似。3、DC/AC 功率转换器。DC/AC 功率变换模块是将直流电变为交流电的电源模块，DC/AC 功率变 换模块也称为逆变器 （电源模块

19、） 使用交流电动机的电动汽车必须通过 DC/AC 。 功率变换模块将蓄电池或燃料电池的直流电变换为交流电。4、AC/DC 功率转换器.AC/DC 功率变换器模块的作用是将交流电压如 220V、110V 转换成电子 设备所需要的稳定直流电压，电动汽车中 AC/DC 的功能主要是将交流发电机发 出的交流电转换成直流电提供给用电器或储能设备储存。 六、电动汽车发展趋势 1、纯蓄电池驱动的超微型汽车。这种汽车降低了汽车的动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高，较适合于市内或社区小范围内使用。由于多数采用了镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等高性能电池，车辆性能较有保证，已进人小批量试生严阶段。

20、2、驱动电机呈多样性发展 美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小， 但控制器技术较复杂；日本多采用永磁无刷直流电机，优点是效率高，起动扭矩 较大，质量较小，但成本较高，且有高温退磁、抗振性较差等不足；德国、英国 等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠，成本较低、缺点是质量较大，易于产生噪声。目前我国也研制成了稀土永磁无刷直流电机和开关磁阻电机?电 动机的使用尚无定论，有待今后在使用中考验。 3、混合动力汽车 由于受到蓄电池性能的严重制约使纯蓄电池型电动汽车的产业化进程举步 维艰，于是混合动力汽车成了内燃机汽车和电动汽车之间的过渡产品，既充分发 挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。混合动力汽车 将现有内燃机与一定的储能元器件通过先进控制系统相结合 可以大幅度降低油 耗，减少污染物排放，同时技术成熟、价格便宜。 4、燃料电池汽车燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是行程和补充燃料时间上明显优于 其他电池的电动汽车，开且燃科电池所用的燃科(甲醇、汽油、柴油、天然气等)。 汽车工程专业的课程很多，分的也很细，一定要学好基础课，它是我们以后研究问题的理论依据，实践则是我们实现创造的钥匙，我们只有理论与实践相结合，不断的学习提高自身素质和创新能力，才能推动社会进步和企业发展。word文档 可自由复制编辑