燃油教练车电动化工程技术研究

第 1 章 绪 论1.1 论文的研究背景汽车改变了我们的生活方式，让我们的生活更加便捷。现如今汽车工业已经成为了国家经济的重要组成部分[1]。汽车工业的发展给人民带来便同时也给环境带来了很大污染，二氧化碳排放量的猛增，导致室效应，南极的冰川融化致使海平面升高，越来越多的岛屿被湮没[2]。20 世纪第一台电动汽车诞生，内燃机和电动机在汽车上的使用都处于起步阶段，电动汽车、燃油汽车以及蒸汽机车占领着大部分市场[3]。随着内燃机技术的出现，内燃机汽车的地位逐步提高。由于电动车技术水平发展缓慢的原因，逐渐退出了竞争市场。直到上世纪 70 年代，石油危机爆发自然环境越来越污染严重，从而电动车又重新回归了舞台[4]。电动汽车对环境的污染小，是提高环境质量的重要途径。蓄电池充放电技术的发展，电机控制技术提高，使电动汽车的行驶里程有了很大的增加，电动汽车数量成几何级发展[5]。与传统汽车比较纯电动汽车有以下特点[6-7]。（1）污染物排放低行驶过程中电动汽车不会排放任何气体或氧化物。（2）能源利用率高在行驶过程中电动汽车消耗的能量可以回收，将产生的热量直接转化成电能储存到蓄电池中，比内燃机能量回收利用率高。其次电动汽车使用二次电力能源，可以从风能、水能、太阳能、潮汐等再生能源中获取。（3） 振动噪声小电动机启动只需接通电源，驱动电机，几乎没有噪声产生，而内燃机汽车在启动过程中，起动机驱动电动机，会产生很大的震动噪声，造成噪声污染。........1.2 国内外电动汽车发展概述1.2.1 国外电动汽车发展概述21 世纪以来，能源危机日益凸显，我们生存的环境也愈加恶劣，造成这种现象很大一部分原因来自于能源燃烧时有害气体的排放，其中汽车行驶时用的汽油占能源燃烧的很大一部分。为了遏制日益严重的能源危机和环境污染，新能源汽车技术的发展势在必行，新能源汽车在汽车销量中的比重也日益增长。目前，各国政府和企业的高度重视新能源汽车产业的发展[8]。美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车厂商曾占美国汽车市场的绝大部分。世界能源危机的爆发使得奥巴马政府提出了发展新能源汽车的政策能源政策，利用新能源技术，减少对石油国家的依赖。制定更加严格的排放标准和新能源汽车政策，促进新能源汽车在美国的发展[9]。日本政府启动了新一代汽车;计划，全面发展各类新能源汽车。在政府的推动和政策扶持的作用，日本新能源汽车的产业化成果明显[10]。在混合动力电动汽车技术领域，日本已经取得了很多研究成果，并应用到生产当中，领先世界。以丰田普锐斯为代表的日本混合动力电动汽车技术，以丰田汽车公司和本田汽车公司为代表的燃料电池汽车技术[11]。各国都在大力发展新能源汽车技术，日本更是当仁不让地扮演了新能源车的主角[12]。........第 2 章 电动汽车基本原理及驱动系统简介2.1 电动汽车特点与类型电动汽车的主要特点是通过电机驱动，而能量的来源来自于蓄电池储存，蓄电池通过放电释放出能量，电机接收到能量后驱动其他部件运行。在目前电动汽车市场上，主要有几种电动汽车：混合动力、纯电动和燃料电池几种，其中目前运用较多的是混合动力电动汽车。电动汽车的特点是因为没有使用发动机，噪声很小，稳定性能好，无任何污染气体的排放，可以节约资源，降低成本。............2.2 纯电动汽车的结构与工作原理与传统的汽车相比，纯电动汽车的动力来源于发电机，发电机的能量来源的储能装置，储能装置一般采用的是高效率的蓄电池，所以说在传统汽车中发动机改为电动机，油箱变成了现在的蓄电池。电能的来源很广，有太阳能、热能、水能、风能等形式，所有电能是可再生资源，可以无限的使用[19]。燃油汽车的组成部分主要有电气、车身、底盘和发动机，与燃油汽车不一致的地方是，纯电动汽车不包含发动机，增加了电动机以及电力驱动控制系统。电力驱动控制系统主要由 3 大部分组成，分别是辅助模块、车载电源模和驱动驱动主模块，具体的工作原理可以从图 2-1 中看出。辅助动力源、驾驶室显示操纵、动力转向系统和辅助装置等组成了辅助模块。每种车型的辅助动力源基本一样，但是其他的辅助模块因车型不同而不同。辅助动力源的主要作用是将动力电源分配给其他辅助装置，由 DC/DC 功率转换器和辅助电源组成，一般采用的是直流低压（12 或 24V）传输。与传统的汽车仪表盘相比，驾驶室驾驶室显示操纵台显示有很多不同的地方，当然功能是根据不同的特点设置，一般采用液晶屏幕或数据显示信息，这点与传统车区别很大。动力转向单元的功能是控制汽车的转弯，组成部分如下：转向轮、转向器、转向盘、转向机。其原理与传统车相似，在汽车行驶中，通过控制方向盘来控制转向器，转向器控制转向机构使转向轮偏转，从而控制汽车的转向。辅助装置主要是用来完善汽车其他的性能，比如汽车舒适性、操纵性和安全性而设置。配置越高，辅助装置越丰富，一般包括以下几个部分：空调、各种信号灯、雨刮、门窗控制器、天窗控制器、座椅调节器、音响设备、后视镜调节器等。

...........第 3 章 电动场地教练车动力系统匹配设计....113.1 电动汽车驱动电机的类型 .... 113.2 电动汽车对电动机的要求 .... 163.3 电动场地教练车方案验证 .... 173.4 场地教练车动力性能要求 .... 173.5 驱动电机的相关参数计算 .... 17第 4 章 电动场地教练车电机控制器选择方案......254.1 电动场地教练车控制要求 .... 254.2 电机控制器选择 ..... 26第 5 章 电动教练车用动力电池的匹配与布置......275.1 电动车中电池的类型 ......... 275.2 电动汽车用动力电池的工作特性..... 315.3 电动教练车用动力电池的选择............ 345.4 电动教练车用动力电池的布置设计....... 355.5 动力蓄电池相关参数计算 .... 385.6 主、从带轮和皮带的设计 .... 41第 5 章 电动教练车用动力电池的匹配与布置电动汽车储能装置主要有蓄电池、燃料电池、超级电容器和飞轮电池等。蓄电池的作为能量存储装置，在电动汽车中广为应用，并且在推动电动汽车发展中，起了很关键因素。蓄电池的好坏对汽车的性价比、续航里程、运行效率及整车质量有很大的影响，电池的快速发展能够提高电动汽车竞争力，在与燃油汽车的竞争中占有优势[35]。5.1 电动车中电池的类型通过生物之间的化学反应进行发电的原理，制造生物电池，目前主要包括酶电池、微生物电池等。目前在电动汽车中已经使用的蓄电池有如下几种：锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸蓄电池。在一些电动汽车中，已经使用超级电容器。生物电池目前的市场前景很广阔，许多重要的电池研发，比如以氢、氧化物原料电池，正在重要的开发当中。在电动车中使用比较多的是化学电池，利用化学反应产生电流，主要包括储备电池、原电池、蓄电池、化学电池等。原电池一般称为一次电池，当使用一次放电后，不能再通过其他方式进行充电，如一次锌银电池、锂锰电池等。蓄电池称为二次电池，这种电池在使用后，可以通过其他方式进行充电，从而重复的使用，使用次数可以达到几百或者几千。常用的包括锂离子电池、铅蓄电池、锂聚合物电池等[36]。化学电池主要按以下几种分类：电池的特性、正负极材料、电解质。按电池的特性可以分为防爆电池、高容量电池、免维护电池等。按电池正负极材料可以分为锂电池系列、锌锰电池系列、铅酸系列等。按电解质可以分为固体电解质电池、酸性电池、中性电池等。..........结 论本论文主要研究的方向是将燃油教练车改为纯电动教练车，选择的车型是SANTANA LX 教练车。主要工作内容如下：(1) 通过很多电动机的优缺点对比分析，选择永磁直流电动机作为该设计方案中电动教练车选用的电动机。电动机的额定功率通过最大爬坡度和最高车速来确定，额定功率必须满足我们的设计需求。根据计算出的数据和结果分析，最终选择的电动机型号为 XQ-4.5-2。(2) 根据所选择的电动机，我们选择 1204M-5301G48 控制器。该电控装置的使用范围很广，可以在很多车辆上进行使用，主要是服务于 3w 的串励电动机的电动车。并且该电控装置的性价比高，安全有效，安装起来方便。(3) 通过阐述国内外电动汽车的发展状况以及一直制约电动汽车大规模进入市场的三大关键因素，即电池技术、电机技术和控制器技术，结合我国电动教练车的发展，介绍本文的主要研究内容。(4) 详细介绍电动汽车的特点与类型、结构与工作原理、驱动系统及布置形式、纯电动汽车的关键技术以及纯电动汽车的特点和存在的问题。(5) 针对电动教练车与原燃油教练车经济性进行详细对比分析，电动教练车的维修成本、使用成本及综合成本都比燃油教练车低。(6) 通过对比几种常用的动力电池的优缺点，选择型号为 XQ-4.5-2 的铅酸蓄电池为该车的动力电池。1 组铅蓄电池的电压为 6V，而我们所选的发动机额定电压为45V，所有需要将 8 组串联起来才能满足要求。然后根据电动教练车的尺寸，对蓄电池的布置方案做了设计，后备箱布置 6 组，车头布置 2 组，这样的设计方案，不仅可以合理分配蓄电池的位置，还可以节约电车的空间，使整个电池前后均衡。..........参考文献（略）