新汽车时代电动汽车.docx

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新汽车时代电动汽车

新汽车时代——电动汽车

（申请学位）

专业：

汽车制造与装调技术

指导老师：

学生：

长春汽车工业高等专科学校

二○一一年七月

独创性声明

本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名：

签字日期：

2011年7月1日

学位论文版权使用授权书

本论文作者完全了解有关保留、使用论文的规定。

特授权可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

（保密的论文在解密后适用本授权说明）

论文作者签名：

导师签名：

签字日期：

年月日签字日期：

年月日

内容提要

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。

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。

【关键词】电动汽车电动汽车未来行业前景发展方向

Abstract

Electricvehiclesmeansapower-driven,usingmotor-drivenwheels,inlinewithroadtraffic,safetyregulations,therequirementsofthevehicle.Duetotherelativelyconventionalcarssmallerimpactontheenvironment,waswidelyoptimisticaboutitsprospects,butthecurrenttechnologywasnotmature.Compositionofelectricvehiclesincluding:

electricdriveandcontrolsystems,mechanicalsystems,willaccomplishtaskssuchasdrivingforcetransmissiondevice,andsoon.Electricdriveandcontrolsystemisthecoreofelectricvehicles,isalsodistinguishedfrommaximumdifferentpointsofthemotorcar.

"Keywords"electricvehicleEVindustryprospectsforthefuturedevelopmentdirection

前言....................................................6

第一章电动汽车的概念..................................7

第二章电动汽车的发展..................................8

第三章电动汽车的主要结构..............................9

第四章电动汽车的结构和特点............................12

第五章电动汽车的优点..................................14

第六章电动汽车的电机..................................15

第七章我国电动汽车发展的总体战略构想..................16

小节..................................................18

前言

未来个人移动工具的发展蓝图,其中最为关键的是采用何种方式替代现有石化能源。

从当前发展情况来看,电力驱动或成为最为主流的选择。

电动机是一种成熟而可靠的驱动方式,然而如何储存和供应电力仍然是当前阻碍电动汽车大规模商业化的难题。

包括燃料电池,插电式充电电池等各种电动汽车模式都可能成为最终的选择,而在这背后是各国政府、企业争夺新能源话语权和制定未来电动汽车标准,甚至是控制电动汽车产业链的汹涌暗潮。

　　种种迹象表明,越来越多的汽车制造商正在抛弃传统的动力系统,转而向电力系统靠拢。

美国佛罗斯特-沙利文市场咨询公司最近的调查报告说,传统的汽车开始进入“换心”时代,未来10年将迎来商业化时期,车商将围绕“换心”展开激烈竞争。

第一章电动汽车的概念

电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。

本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。

由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。

电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。

有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。

有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会

第二章电动汽车的发展

电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。

要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。

氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池。

但目前价格为铅酸电池的4-5倍，正在大力攻关让它降下来。

铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成本得到大幅度降低，也有厂家采用。

锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是很有希望的电池。

我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。

电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：

交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。

我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有16个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。

我国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平---每1000人有110辆汽车，我国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。

因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。

第三章电动汽车的主要结构

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。

电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

电源

　　电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。

目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。

正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

驱动电动机

　　驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。

目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。

但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BLDCM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代，如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机

电动机调速控制装置

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。

　　早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。

因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。

目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。

在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。

从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。

　　在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得电路复杂、可靠性降低。

当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。

此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。

传动装置

　　电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。

因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。

因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。

当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。

在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

行驶装置

　　行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。

它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

转向装置

　　转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。

作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。

多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。

电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

制动装置

　　电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。

在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。

工作装置

　　工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。

货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

第四章电动汽车的结构和特点

纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别（异）在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。

相对于加油站而言，它由公用超快充电站。

　　纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。

纯电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。

纯电动汽车时速快慢，和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小，车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积，比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。

这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。

　　纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。

另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速，有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。

电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。

电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响。

　　公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施，将它做完善到位了才能使前者畅行无忧，反之则是它的短腿，受其制约和影响，欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。

我们对此认识到了，但行动不力。

另外，充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范，形成电池品种、电压分档、快慢（功率大小）诸要素的一致，否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接，这个产业目前白纸一张，待我们去开拓，但必须规划、设计成型后实施，以免徒劳，以免劳命伤财。

　　纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机，专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统，这是汽车行业新的零部件，没它们将是无米之炊，没做到位、不完善则是短腿受其制约。

同时与此相关的零部件制造商应以此形成产业链，共图发展。

　　国家发政委“新能源汽车公告管理办法和实施细则”已于2007年11月1日施行。

“城镇乡村农用（专用）电动汽车通用技术条件”也在酝酿过程中，纯电动汽车商业化在农村已经初现雏形，我们不该视而不见。

　　将来符合国际和符合市场需求的纯电动汽车必定遵守以下几项：

1、电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。

整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。

2、电动车辆是以电为能源，由电动机驱动行驶的，不再产生新的污染，不再产生易燃、易爆之隐患。

3、电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。

且具有耐久的寿命，具备超快充电（2-3C以上电流）的功能。

车辆根据用途确定一次充电之续行里程，以此装置够用电量的电池组，充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程。

4、电动机组应有高效率的能量转换。

刹车、减速之能量的直接利用和回收，力求车辆之综合能源利用的高效率。

5、根据车辆用途和行驶场合设定最高车速，且不得超过交通法规的限定值，以合理选择电动机的功率和配置电池组容量。

6、车辆驾驶操作，控制简单有效、工作可靠，确保行车安全。

7、机械、电气装置耐用少维修。

车辆运营之费用低廉。

8、以目标市场需求为依据，提供实用、合适车型满足之，力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。

　　将来产业化、商业化为用户所欢迎的电动汽车，必定符合以下几点特征：

准确的定位、恰当的用途、宜驶的区域、最佳的效能。

合适的车型、经济的配置。

可靠的性能、便当的操控。

环保的电池、耐久的寿命、够用的电量、超快的充电、完善的网络、到位的服务。

低廉的费用、最少的维修。

第五章电动汽车的优点

　1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。

需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

　　2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。

　　3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。

　　4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

　　5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。

6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

第六章电动汽车的电机

直流电机

　　习惯上把有换向器的直流电机称为直流电机。

优点是其电磁绕组的磁场与电枢绕组的磁场是垂直的，因而其控制原理非常简单；通过用永磁材料代替励磁绕组后，就变成了永磁直流电机。

由于有效的利用了径向空间，使定子的直径大大减小，并且没有磁场损失，提高了功率密度和效率。

但缺点是由于有换向器和电刷，使它的可靠性降低（火花和碳粉），且需要定期专业维护。

永磁无刷直流电机

　　通过改变永磁直流电机的定子和转子的位置，就可以得到永磁无刷直流电机。

需注意到是“直流”这个术语会引起误解，因为它并不是指直流电机，实际上它采用交流方波供电，所以也称为永磁无刷方波电机。

它最大的优点是无刷，消除了电刷带来的许多问题。

而且方波电流方波磁场相互作用可以产生更大的转矩。

佛山照明沈大卫教授给的全称就是“永磁无刷方波力矩电机”。

永磁无刷同步电机

　　用永磁材料代替传统同步电机的励磁绕组，就能去掉传统的电刷、滑环和励磁绕组的铜损，由于采用正弦交流电及无刷结构，又叫永磁无刷交流电机。

其优点是高能量密度和高效率，其恒功率区域有更宽的转速范围，并可以以矢量控制方法来满足电动汽车的高性能要求。

如南车时代的电机。

异步电机驱动系统

　　异步电机其特点是结构简单，坚固耐用，成本低廉，运行可靠，低转矩脉动，低噪声，不需要位置传感器，转速极限高。

　　异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品（尤其在美国），但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。

最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。

第七章我国电动汽车发展的总体战略构想

发展电动汽车，是在中国以煤为主的能源结构下，煤基能源交通应用的最佳方式，是我国汽车工业应对能源、环境和气候变化挑战、保持可持续发展的最佳途径；是我国应对金融危机、培育新兴产业和新的经济增长点的战略选择；是在国际汽车业“转移”与“转型”的大背景下，实现我国汽车产业从大国向强国转型、实现自主发展的最佳选择。

战略目标：

把握电动汽车的历史机遇，实施电动汽车国家战略，全面掌握电动汽车核心技术，带动汽车共性技术的全面提升，形成具有国际竞争力的电动汽车及关键零部件工业体系，加快汽车动力系统电气化转型，构建可持续发展的交通能源体系，实现我国由汽车大国向汽车强国的转变。

自主创新目标：

建立完善的自主创新开发体系，全面掌握电动汽车核心技术，形成具有国际先进水平的产品开发能力，自主开发的各类产品具有国际竞争力。

整车、动力系统和电子控制等共性技术达到国际先进水平；先进动力电池、驱动电机、燃料电池及发动机、多能源动力总成控制系统等关键技术达到国际领先水平。

产业发展目标：

建立起电动汽车整车及关键零部件的产品开发、生产、供应和售后服务保障体系，电动汽车规模化生产能力和网络化服务能力满足市场需要。

小型纯电动汽车、大型纯电动商用车、轻度混合动力汽车和PLUG-IN混合动力汽车形成比较优势；先进动力电池、驱动电机等关键零部件及其核心材料产业化规模和竞争力保持领先。

市场环境目标：

完善电动汽车消费和使用环境，各类电动汽车大规模进入市场，缓解能源和环境形势紧张的局面。

混合动力汽车成为市场主导产品；纯电动汽车得到大规模应用；燃料电池汽车小批量进入市场；充电站、加氢站等基础设施基本满足电动汽车应用需求。

政策法规目标：

发挥标准引领作用，建立健全完善的电动汽车标准体系，积极参与国际标准化研究和制定工作，争取在优势产品和技术领域发挥主导作用。

充分利用政策法规的激励和约束机制，系统规划、超前部署，建立有利于电动汽车发展的政策法规环境。

战略途径：

大力实施汽车产业转型战略。

坚持自主创新，积极开发新一代能源动力系统，加快电动汽车的发展，瞄准未来汽车竞争制高点，加速车用能源动力系统向电气化“转型”。

利用国际汽车业“转移”的机遇，全面提升汽车共性关键技术水平，满足当前汽车节能和排放法规不断升级的需要，同时服务于我国汽车产业转型战略。

小结

通过了解新燃料电车，清楚了我国电车的发展趋势，也明确了与发达国家的差距，在不久的将来新燃料电车将成为汽车行业的主流。

没有了汽车尾气的污染，全球的环境也迈出了一大步。

汽车的文明时代逐步向我们走来……

致谢

在学位论文即将完成之际，我想向曾经给了我许许多多帮助和支持的人们表示由衷的感谢。

首先要感谢我的老师在整个学习和论文指导过程中，她充分体谅我们这些工作任务及其繁重的学生，总是牺牲个人的休息时间为我们作指导。

她的无私、她的关怀、她渊博的知识、她的循循善诱，她严谨刻苦的治学态度、精益求精的工作作风、不但让我在专业知识上收获巨大，更让我学会了如何成为一名受人尊敬的人、品德高尚的人，这些都将对我产生深远的影响，使我终生受益。

在此，我衷心感谢王慧霞老师对我的关心和指导，祝愿她身体健康，阖家幸福！

其次，我要感谢在撰写论文期间，我的同学所给予我的热情帮助和鼓励，他们是我工作和学习中的好伙伴，也是战胜困难的坚强战友。

也祝愿他们身体健康、事业有成！

同时，我也要感谢一直以来默默支持我的家人，是他们的理解和付出使我能够专心完成我的学业，我深知他们为我求学所付出的一切，祝愿他们永远幸福、安康！

我也一定会更加努力！

最后，我要衷心地感谢在百忙之中抽出时间审阅拙作的专家教授，希望能够得到各位师长的不吝赐教，使自己早日成为一名合格的毕业生！