1、电动汽车的结构原理及其原理 【 摘要 】 伴随着汽车工业的高速发展，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。为了经济的可持续发展，保护人类的居住的环境和缓解能源供给。电动汽车应运而生，电动汽车 具有良好的环保性能和有多种能源为动力的显著特点，既可以保护环境，又可以缓解能源的短缺并能调整能源的结构，保障能源的安全。本文主要简绍了电动汽车的发展和优缺点，结构与管理，能量存储与管理， 电机的形式与驱动，典型电动汽车的分析和电动汽车所面临的问题。 关键词 ： 关键词一 关键词二 （宋体，小四） Abstract: The caption . Key words: 目
2、 录 1 发展电动汽车的意义及其电动汽车的优缺点 . 2 1.1 发展 电动汽车的 意义 . 3 1.1.1 电动汽车的历史及现状 . 5 1.1.2 电动汽车的优势 . 6 1. 2 电动汽车的主要问题 10 2 电动汽车的主要结构形式及其工作原理 . 9 2.1 电动汽车的主要结构形式 . 错误 !未定义书签。 2.2 电动汽车的工作原理 3 电动汽车的能量存储装置与能量管理系统 3. 1 电动汽车的蓄电池与储能装置 3.1.1 电池的分类 3.1.2 普通铅酸蓄电池 3.1.3 动力锂离子电池 3. 2 能量管理与供给系统 3.2.1 电动汽车的能源管理系统 3.2.2 蓄电池的充电原理
3、与充电器 4 电动汽车的电机及驱动系统 4. 1 电动机的分类及原理 4.1.1 直流电动机 4.1.2 三相异步电动机 4.2.3 永磁电动机 4.2.4 开关磁阻电动机 5 电动汽车 性能参数分析 6 电动汽车所面临的主要问题及其未来发展 结 束 语 . 33 谢 辞 . 34 文 献 . 35 1 发展电动汽车的意义及其电动汽车的优缺点 汽车自诞生不过 100 年的时间，其发展速度极快，且与人们生活的联系越来越紧密。汽车不再是一个简单的代步和运输工具，已成为许多人的生活必须品和文化生活的一部风，甚至成为了一些人的流动办公室。汽车的普及程度和技术已成为一个国家或 地区现代化的标志。 (内容
4、用小四号宋体，论文字间距设置为：标准。行间距设置为：固定值 20 磅 ) 1.1 发展电动汽车的意义 （ 小三号粗黑体，左对齐，单倍行距 ） 汽车已是当今 社会中不可缺少的一部分。可是其带来的问题也是尤为严重的。最为严重 的是环境和能源的问题。 发展电动汽车的意义在于解决现如今的能源与环境问题。 电动汽车一直是伴随着争议的发展的，尽管目前电动汽车配套体系不完善，但发展电动汽车对中国是很有意义的，技术 的不断攻克与国家的政策扶持为电动汽车的地址在不断的铺路，预示着其在未来将有不凡的意义。 电动汽车对中国 的意义 现阶段的中国已经面临着石油短缺的严峻挑战，急需研究开发新能源来应对能源安全。电动汽车
5、战略已经成为我国新兴战略产业发展的决策。 随着清洁能源的发展，煤电比例逐年减少，可以有效解决电动汽车间接碳排放的问题。当前，我国煤电约占发电总量 80%。据研究，当煤电比例占 87%时，电动汽车和传统汽油车的碳排放已经达到平衡点；当煤电比例降至 65%时，和传统汽车相比，电动车会实现 30%的碳减排。 发展电动汽车的合理路径 以小型车为突破口是发展电动汽车的合理路径，因为它是技术可支撑、政府贴得起、百姓买得起、市场需求大的现 实选择。 政府的引导和支持是关键 推进小型电动汽车产业化，政府须采用财税政策加以扶持和引导。政府的引导和支持是小型电动汽车产业化成败的关键，应在以下几方面着力。 第一，明
6、确发展重点，坚持标准和基础设施先行。政府要抓紧电动汽车发展规划，把发展小型电动车放在优先位置，作为汽车产业转型的重点予以支持；要采取有力措施，合理布局和分工，加快产业链形成，扭转当前电动车发展的无序状态，防止出现一哄而上，一哄而下的局面；防止以发展电动汽车之名进行传统汽车生产的重复建设；要抓紧具有电动汽车特色的电动车标准和充电设施标准的制定 ，加快充电基础设施建设，为小型电动车进入市场创造条件。 第二，推行绿色补贴和税费制度，大力推动小型电动汽车发展。我国普遍存在 “住大房、乘大车、吃大餐 ”的消费观念，有悖于建立节约型社会的目标。许多发达国家并非如此，小型车在欧洲和日本非常普遍，日本 1 升
7、排量以下的微型车占轿车保有量的 40%以上， 2008 年新车销量排行前十强中的六款为微型车。我国应借鉴日本的小四轮车法，出台支持小型电动车发展的政策，增加对小型电动汽车补贴和免税优惠，并通过提高大、中型燃油车相关税费，平衡税收。各级政府应将小型电动汽车列入政府采购清单 ，带头使用，发挥表率和导向作用。 第三，加强科技投入，力求重大技术突破。战略性新兴产业的关键技术很难通过引进获得，须大力推动自主创新。 “十一五 ”期间我国在新能源汽车的研发投入还不到发达国家政府或大公司一年的投入。我国应大幅度增加投入，加强动力电池的基础科学和竞争前技术的研发，寻求原始创新的突破。引导建立产学研联盟，分工协作
8、，统一部署，加快电动汽车产业链中薄弱环节的研发。采取实际措施，加快电动汽车和充电设施的标准研究，坚持标准优先，防止浪费，保障安全。 环保是世人不断追求的境界，电动汽车将为环保，低碳领域带来 了一股新鲜空气，我们无法肯定的说电动汽车将成为环保主力军，但我们期待其为我们带来不一样的精彩 。(内容用小四号宋体，论文字间距设置为：标准。行间距设置为：固定值 20磅 ) 1.1.1 电动汽车的历史及现状 （ 四号粗黑体，左对齐，单倍行距 ） 说了这么多我们先不谈电动汽车的历史。到底什么是电动汽车？ 电动汽车是针对内燃机车辆提出来的概念。谓之 “电动 ”，是因为它的能源是蓄电池而不是汽油（或柴油）等石油产
9、品。纯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。一般采用高效率充电电 池，或燃料电池为动力源。电动汽车无需再用内燃机，因此，电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，由于电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。 现在的电动汽车有三种形式： 纯电动汽车（ Pure EV）、混合动力电动汽车（ Hybrid Electric Vehicle： HEV）和燃料电池汽车（ Fuel Cell Vehicle： FCV） 。 电动汽车的历史要比内燃发动机汽车历史遥远， 1885 年，世界上第一辆汽油机汽车由德国人
10、卡尔本茨研制成功，并与 1886 年 1 月 26 日获得专 利，后人为了纪念这位汽车之父，将 1886 年 1月 26 日定为世界第一辆汽车诞生日。而电动汽车的历史同样可以追溯到 19 世纪，并且早于内燃机汽车的发明时间，最早开发电动汽车 的人是法国和英国人。 1881 年法国工程师古斯塔夫 特鲁夫发明了第一辆电动汽车 铅酸蓄电池动力三轮车，可惜没有留下照片。接下来由英国人阿顿和培里与 1882 年发明的电动三轮汽车。电动汽车在欧洲发明之后，很快传到了美国，并在美国得到了快速的发展。 1890 年美国第一辆蓄电池汽车在美国衣阿华州诞生，时速 23km/h。在此之后的十多年里，电动汽车在美国飞
11、速 发展，到 1912 年保有量已达到 33384 辆。虽然电动汽车的动力和续驶里程很差，但对于当时美国的 道路和市区，对于当时续驶里程 30 英里并不认为是一个严重的缺陷。英法两国就不一样了，由于欧洲历史悠久，文化古老，在主要城市之间当时已有公路相连，无论什么天气，车辆都能行驶。因此，在英国和法国，汽油动力车成为主要对象。 到 20 世纪初，美国以蓄电池为动力的电动汽车占汽车保有量的 38%，其比例仅此与占汽车保有量 40%的蒸汽机汽车。到了 1915 年，美国电动汽车的年产量达 5000 辆。后来由于 起动机的发明促进了汽油机的发展和美国 州际公路的发展，使电动汽车不能适应长距离行驶的缺点
12、更为突出 ，因而电动汽车走向衰落，在 1935 年到 1960 年的 25 年里，电动汽车几乎处于停产状态，并逐步退出使用。 20 世纪 60 年代，随着汽车保有量的增加，汽车的排气污染使美国等发达国家相继出现光化学烟雾等空气污染事故，使人们的健康与生命安全受到了严重的威胁。因而，首先在受到汽车污染的威胁的汽车工业发达国家又重新开始电动汽车的开发。如日本在 1976 年就成立了电动汽车协会，并开展了电动汽车的研究和开发工作。但是，由于电动汽车技术 一直没有重大突破，到 20世纪 80 年代 电动汽车的研究 ， 开发和应用仍然处于停滞不前的状态。 1991 年美国三大汽车公司签订协议，合作研究电
13、动汽车用先进电池，成立了美国先进电池联合体 USABC（ United States Advanced Battery Consortiun） ,同年 7 月美国 电力研究院 EPRI(Electric Power Research Institute)参加了美国先进电池联合体， 10 月布什总统批准了 2.26 亿美元拨款资助此研究项目。 1990 年通用汽车公司在洛杉矶展出“冲击 (Impact)”牌电动轿车。从此世界性的 电动汽车 研发热潮拉开了序幕。直到今天几乎所有的汽车厂家都在致力于电动汽车的研发。不论纯电动汽车，混合动力电动汽车还是燃料电池电动汽车。 （内容用小四号宋体，论文字间距
14、设置为：标准。行间距设置为：固定值 20 磅 ） （ 1） XXXXX（小四号宋体，固定值 20 磅） （ 2） XXXXX（小四号宋体，固定值 20 磅） 1.1.2 电动汽车的优势 （ 四号粗黑体，左对齐，单倍行距 ） 电动汽车包括蓄电池车，燃料电池车和混合动力电动汽车三类。 由传统的汽车动力（内燃机等）和电力组成的混合动力电动汽车由于装备了内燃机等传统的汽车动力，因此， 此类混合动力车仅在以电力运行时具备蓄电池汽车和燃料电池的一些优势。 1.良好的环境保护效果 燃料电池电动汽车通常 以富氢气体为燃料，这样燃烧产物 CO2 的排放量大大减少，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。由于其没有大
15、量的含硫含氮，所以在排放过程，几乎不排放氮，硫氧化物，减轻了对大气的污染。蓄电池车以电力为动力，混合以电为动力，混合动力电动汽车在城市运行时也可以 仅使用储存的电力。因此可以说，电动汽车是零排放汽车。 2噪声低 燃料电池按电化学原理工作，运动部件很少，无内燃机的燃烧噪声和进气门，排气门，活塞与曲轴 等运动部件的机械噪声。燃料电池系统中最大的噪声源是空气压缩机（仅采用压力供气的燃料电池）。在没有采取隔声措施的燃料电池概念车中，空气压缩机在汽车运行中产生的噪声也相当大。总的来看 燃料电池的噪声明显低于内燃机汽车。实验表明， 4.5MW 和 11MW的大功率磷酸燃料电池电站的噪声水平已经达到不高于
16、55dB 的水平。蓄电池汽车和混合动力电动汽车仅使用储存的电力在城市运行时也具备类似特点。因此可以说，电动汽车工作是产生的噪声低，较传统汽车安静。 3.热效率高 燃料电池按电化学原理等直接将化学能转为电能。它不通过热力过程，因此不受 卡诺循环的限制。在理论上它的热电转化效率可达 85%90%。但实际上，电池在工作时由于各种限制，目前各类电池实际的能量转化效率均在 40%60%的范围内。若实现热电联供，燃料的总利用率可高达 80%以上。汽油机和蓄电池汽车的热效率相当，蓄电池汽车的效率最低在电动汽车里，其主要原因之一是有化学能到电能转换过程的效率较低。 可见出蓄电池外，电动汽车具有较高的热效率，因
17、而运行成本也较低。 4.可回收利用的能量多 对电动汽车而言，很容易利用电动机反转时发电的功能回收制动或下坡时的能量，从而使汽车的续驶里程增加， 经济性提高。近几年开发的电动汽车都具有下坡，制动或减速时的能量回收系统，具有能量回收系统的电动汽车 的续驶里程增加 10%15%。 6.可以改善能源结构，解决汽车的替代能源问题 装备蓄电池的电动汽车所消耗的电能可以由普通电网得到，故所有获取电能的方法都可以用作电动汽车的能源获取途径，如水利发电，潮汐发电，燃煤发电，风能发电等。燃料电池可以以氢，甲醇等非化石燃料为能源，因此电动汽车改变了传统汽车单纯依赖石油燃料的不足，既可以改变能源的结构，弥补化石燃料的
18、不足，又可以作为石油枯竭的交通工具，因此可以说开发电动 汽车 具有重要的能源战略意义。 1.2 电动汽车 的主要问题 1.续驶里程短，载质量小 能量密度 (指单位体积的动力电池所能输出的能量 )低除内燃机混合动力车外的电动汽车存在的最大的问题。目前实际使用的电池有铅酸电池，镍 -镉电池，镍 -氢电池 ，锂离子电池等，常见的蓄电池比能量（指单位质量的动力电池组所能输出的能量）的范围为 35110W h/kg,而汽油的低热值为 44MJ/kg，可见汽油的能量密度约为蓄电池的 110340 倍，即使把电动机的工作效率高于发动机这一因素考虑在内，两者之差也相当悬殊。镍 -氢电池，锂离子电池等电 动机的
19、 一次充电行驶里程目前虽然已超过200km，最高车速已超过 130km/h，但这仍然难以和内燃机相比。燃料电池车由于采取了 35Mpa的高压存储技术等各种措施，其续驶里程已超过 300km，但仍然无法与内燃机汽车相比，内燃机混合动力车虽没有续驶里程短的问题，但由于其结构复杂，在载重量上仍然难以与传统内燃机汽车相比，加之其在制造成本和可靠性等方面的不足，目前仍然难以与传统的内燃机汽车相媲美。 2制造成高 目前纯电动汽车的价格一般为同级燃油车的 25 倍。当然生产规模扩大后，会有一定幅度的降低，但仍然难以达到内燃 机汽车的水平。内燃机混合动力汽车价格明显高于同级别的汽油车。燃料电池汽车的价格非常贵
20、，达到同级别的燃油汽车的数倍，甚至上百倍，还处于消费者无法接受的地步。 3.必须重新建设基础设施和解决氢的来源问题 除内燃机混合动力车外的电动汽车存在重新建设基础设施的问题。为了克服蓄电池充电时间长的问题，需要在停车场或车库建设类似 燃油汽车加油站的快速充电站。氢燃料电池汽车则需要解决氢来源问题和建设加氢站的问题。 2 电动汽车的主要结构形式及其工作原理 2.1 电动汽车的主要结构形式 电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系 统等三部分组成。图 1 电动汽车的基本结构 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。 下面是根据电力驱动系统的不同，电动汽车的结构分为以下六种不同的形式： 图 2 电驱动的结构形式 C 离合器 D 差速器 FC 固定器 CB 变速器 M 电动机 电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。后一种功能称作再生制动 。 电源系统包括电源、能量管理系 统和充电机，其功用主要是向电动机提供
