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摘 要
本文針對電動車的理想車型——雙輪獨(dú)立驅(qū)動電動車的驅(qū)動系統(tǒng)，對與上述EV的車輛動力學(xué)特性和電動車相關(guān)的輪轂式永磁無刷直流電機(jī)進(jìn)行了深入的分析，基于當(dāng)前電動車（EV）產(chǎn)業(yè)的興起與發(fā)展進(jìn)行了相關(guān)的研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
目前電動車發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是蓄電池技術(shù)，但同時(shí)也是電動車的薄弱環(huán)節(jié)，動力蓄電池已經(jīng)成為電動車產(chǎn)業(yè)化的主要障礙。不同種類的蓄電池?fù)碛胁煌男阅?，而同一類型的蓄電池的不同個(gè)體也存在相當(dāng)大的個(gè)體差異，這些差異對蓄電池組的性能會有影響，從而對電動車的整體性能也有影響。本論文中也涉及了有關(guān)電動車動力蓄電池性能的介紹。
電力機(jī)車技術(shù)的發(fā)展越來越受到廣泛關(guān)注，其中控制系統(tǒng)性能的好壞對電動車的發(fā)展越來越重要，控制系統(tǒng)也逐漸引起了人們的關(guān)注?？刂葡到y(tǒng)性能的關(guān)鍵是發(fā)揮控制系統(tǒng)的最大功效，因此研究電力機(jī)車控制系統(tǒng)也已經(jīng)成為當(dāng)今電動車領(lǐng)域一個(gè)重要的課題?，F(xiàn)有的電力機(jī)車控制系統(tǒng)包括微機(jī)控制系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等，關(guān)鍵是如何將他們有機(jī)的結(jié)合起來并發(fā)揮出盡可能大的功效。本論文的寫作過程中查閱了相關(guān)的資料，提出了一套以車指令系統(tǒng)+微機(jī)控制系統(tǒng)+邏輯控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制策略。
關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；電動汽車的發(fā)展;
永磁無刷直流電機(jī);蓄電池技術(shù)
ABSTRACT
Based on the development of electric vehicles (EVs) industrial ,this paper describes an ideal concept EV, that is a EV has independent directly driven wheels (In-wheel EV). The research into drive systems concerns theoretical analysis and correlative experiment. The research on the permanent magnet brushless in-wheel motors and vehicle dynamics used for this novel EV is presented.
As the feeble section of electric vehicle, power battery was the main obstacle of the industrialization of electric vehicle. Designing a sound battery management system was one of the key technologies of electric vehicles. It was known that the performance difference among different kinds of batteries and considerable individual difference among the same kind of battery had great influence on the performance of battery team and the whole capability of electric vehicle. This article mainly describles the whole capability of power battery of the electric vehinle.
With the development of electric locomotive, the performance of locomotive control system is more and more took into account. How to combine the microcomputer control system, logic control system, display system with locomotive security system, and make the best use of control system is task of research of the electric locomotive control system. According to the other paper,this article expounds a strategy of control system based on locomotive instruction system,microcomputer control system, logic control system.
Key Words: Electric Vehicle; power battery ;Servo system
Permanent magent brushless DC motor; Lead acid battery
目 錄
第一章 緒論···················································4
1.1 研制自動行走小車的意義····································4
1.2 電動汽車的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀··································4
1.3 電動小車的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)··································5
1.4 本課題的研究內(nèi)容··········································4
第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)與雙輪驅(qū)動···································7
2.1 整車設(shè)計(jì)參數(shù)的選?。ㄋ俣?、轉(zhuǎn)矩、功率）·····················7
2.2 雙輪驅(qū)動方案的實(shí)施········································7
第三章 輪轂電機(jī)···············································8
3.1 電動小車用電動機(jī)選型······································8
3.2 永磁直流無刷電機(jī)的特點(diǎn)····································8
3.3 小車用電機(jī)的選擇··········································9
第四章 電動小車的蓄電池·····································14
4.1 蓄電池技術(shù)的現(xiàn)狀··········································14
4.2 蓄電池容量的計(jì)算方法······································16
4.3 小車用蓄電池的選擇········································17
第五章 結(jié)束語 ················································19
致謝·····························································20
參考文獻(xiàn)························································21
第一章 緒論
1.1 研制自動行走小車的意義
自動行走小車結(jié)構(gòu)簡單、便于控制，方便實(shí)現(xiàn)工業(yè)和農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)。
我國從1994年開始已經(jīng)成為石油進(jìn)口國，所以從長遠(yuǎn)利益講，發(fā)展電動車輛有利于節(jié)省能源，是我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。
為了讓電動汽車的得到更好的研究與發(fā)展，直接面向真正的電動車輛能夠?yàn)殡妱榆嚨难芯刻峁┫嚓P(guān)的技術(shù)參考。
電動車的發(fā)展中關(guān)鍵的部分是動力電池，同時(shí)也是電動車發(fā)展的瓶頸。針對動力電池的研究成果，我們既可以用來解決現(xiàn)有電池的應(yīng)用，也可為進(jìn)一步突破電池技術(shù)做好準(zhǔn)備。
1.2 電動汽車的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀
1881年8月，法國人特魯夫發(fā)明了了世界上第一輛電動交通工具——電動三輪車，這也意味著電動車EV出現(xiàn)了。在此期間人們發(fā)現(xiàn)汽油的比能量相當(dāng)高適合車載使用，以及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)得到飛速的發(fā)展，到二十世紀(jì)初期，機(jī)動車輛的市場幾乎被燃油汽車所占據(jù)。由于燃油汽車的廣泛使用導(dǎo)致了電動車的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)。
直到第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，各國為了緩解汽油供應(yīng)緊張紛紛開始研究電動車，同時(shí)電動車也可以用于軍事戰(zhàn)爭和人們?nèi)粘Ｉ畋Ｕ掀返倪\(yùn)輸。但是由于當(dāng)時(shí)落后的蓄電池技術(shù)，電動車的性能發(fā)展受到很大的限制。隨著戰(zhàn)爭的結(jié)束，電動汽車的研究逐漸放緩，各國不斷減少研究的投入，電動車的發(fā)展再度陷入了停滯狀態(tài)。
大氣污染到二十世紀(jì)九十年代已經(jīng)引起了人們的高度重視。影響大氣污染的因素有很多，其中近60%是來自于車輛的燃油排放。能源問題專家們同時(shí)提出石油資源不久將面臨枯竭。面對壓力，電動車技術(shù)開發(fā)的高潮再度掀起，發(fā)達(dá)國家和一些發(fā)展中國家開始關(guān)注電動汽車技術(shù)的研究和發(fā)展，各大汽車公司開始重視電動汽車的研究，紛紛投入人力和物力研究電動汽車。在環(huán)保與石油危機(jī)的呼聲中，電動汽車的研究進(jìn)入持續(xù)發(fā)展的新階段。
在各國政府的支持和各有關(guān)汽車公司、院校的共同努力下，研制出了適用于電動車的各種電動機(jī)和車輛專用電池。電動車技術(shù)的發(fā)展也算是取得了一些可喜的進(jìn)步。目前日本、美國、俄國和德國等國家在電動汽車的研究上取得較大進(jìn)展。
日本很早就意識到電動汽車的重要性，在1965年他們便把研制電動汽車確立為國家計(jì)劃，1997年又推出了ACF計(jì)劃（先進(jìn)的清潔能源汽車計(jì)劃）。型號為FCX的清潔能源汽車預(yù)計(jì)于年底投入市場，其最高速度可達(dá)130km/h，加滿氫氣后，最多能行駛335公里，該車最初是為政府機(jī)關(guān)和東京的一些社團(tuán)組織設(shè)計(jì)的。
從98年開始，美國各大汽車公司的電動汽車技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，并已經(jīng)研究出多種型號的樣車。在其發(fā)展電動車的十年計(jì)劃中（2001—2010），為了更好的發(fā)展電動車的關(guān)鍵技術(shù)他們把純電動車和混合電動車商業(yè)化確立為目標(biāo)，使得電力電子、燃料儲能、汽車系統(tǒng)和輕型材料等關(guān)鍵技術(shù)得到了很好的研究與發(fā)展。
除了美國和日本，德國的電動車技術(shù)也得到了很好地發(fā)展。他們在蓄電池電動車，燃料電池電動車和混合動力電動車等方面都進(jìn)行了大量的研發(fā)工作并取得了不錯(cuò)的成果。
隨著世界各國的關(guān)注，我國政府也已經(jīng)確定了電動車研發(fā)運(yùn)作的規(guī)劃，啟動了“十五”電動車重大專項(xiàng)科技的全面計(jì)劃。1998年7月，為了更好的推動電動車的發(fā)展，由國家電動車領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室和國家科委牽頭，在汕頭南澳島設(shè)立了中國EV現(xiàn)場測試示范區(qū)來推動電動車的發(fā)展。
1.3 電動小車的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)
電動車的關(guān)鍵技術(shù)是系統(tǒng)總體機(jī)電一體化技術(shù)及車身技術(shù)。
在設(shè)計(jì)電動車時(shí)由于受電動車車載能源密度的限制，必須考慮的技術(shù)問題有：
·改善車體材質(zhì)以使得整車重量得到減輕；
·充分合理的利用空間；
·最大可能的減小輪胎滾動阻力；
選擇用電動機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)這樣可以改變車輛的結(jié)構(gòu)，這樣不僅可以使車輛結(jié)構(gòu)更加靈活，也可以選擇更多的驅(qū)動方式。
電動車所用的電動機(jī)屬于電動汽車的關(guān)鍵部件之一，對高功率密度、可控性良好的電動機(jī)的研究與開發(fā)顯得格外的重要。為使得電動汽車有良好的使用性能以及電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行部件有良好的可控性，這要求電動機(jī)體積小、重量輕、效率高。
蓄電池技術(shù)的研究
蓄電池技術(shù)是電動車?yán)锏囊豁?xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但卻是制約純電動車技術(shù)發(fā)展的瓶頸。車載蓄電池不僅要求循環(huán)使用壽命長和低成本，還有要求有高的比能量、比功率。
1.4 本課題的研究內(nèi)容
在對相關(guān)的機(jī)械技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)技術(shù)，以及EV動力學(xué)等進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)應(yīng)用于雙輪獨(dú)立驅(qū)動的自動（電動）行走小車方案。
EV的動力驅(qū)動采用直流電機(jī)，本文著重對永磁無刷直流電動機(jī)進(jìn)行了介紹和分析。
本文針對電動機(jī)在EV中的應(yīng)用給出了相關(guān)的模型，以及分析了永磁直流無刷電動機(jī)在雙輪獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)中獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在電動機(jī)的研究和分析對比中體現(xiàn)了此類型的電動機(jī)對獨(dú)立驅(qū)動電動車具有良好的適應(yīng)性。
蓄電池技術(shù)是電動車的關(guān)鍵技術(shù)，粗略探討了動力蓄電池的特性與選用等內(nèi)容。
第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)與雙輪驅(qū)動
2.1 整車設(shè)計(jì)參數(shù)的選取
行走速度：≤1m/s
負(fù)載能力：≤100kg
行走方式：輪式
防碰撞探測：機(jī)械方式
工作平臺提升方式：半閉環(huán)控制機(jī)械方式提升
工作平臺提升高度：500mm
外形尺寸：寬≤600mm
2.2 雙輪驅(qū)動方案的實(shí)施
雙電機(jī)前輪驅(qū)動
車體基本架構(gòu)：
原型車體采用設(shè)計(jì)要求，車體重量約200kg,采用直流電動機(jī)驅(qū)動，軸距380mm，電池采用免維護(hù)封閉式鉛酸蓄電池，90Ah 12V 2節(jié)，總電壓24v。電動機(jī)為永磁無刷直流輪藏式電動機(jī)，上海司壯電機(jī)有限公司制造，其額定功率為92W額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分。輪轂電動機(jī)配直徑200mm輪胎，電動車設(shè)計(jì)額定速度為3.6km/h。
電動車驅(qū)動系統(tǒng)的總體框圖如下圖
第三章 輪轂電機(jī)
3.1 電動小車的電動機(jī)選型
眾所周知，直流電機(jī)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無級調(diào)速），低速性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，調(diào)速范圍寬，運(yùn)行平穩(wěn)，效率高，噪音低。
直流電機(jī)的調(diào)速裝置非常的關(guān)鍵，因?yàn)橛来艧o刷直流電機(jī)的調(diào)速裝置擁有一個(gè)高性能高速實(shí)時(shí)數(shù)字控制器，所以決定了這個(gè)系統(tǒng)擁有控制相對簡單，成本低，高效節(jié)能，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，噪音低等優(yōu)點(diǎn)，永磁無刷直流電機(jī)是節(jié)能型綠色環(huán)保產(chǎn)品，特別適合應(yīng)用在家用電器產(chǎn)品中，在其他工業(yè)應(yīng)用中也得到了推廣，如機(jī)床、機(jī)器人和電梯驅(qū)動等。
所以選擇永磁直流無刷電機(jī)作為電動小車的電動機(jī)。
3.2 永磁直流無刷電機(jī)的特點(diǎn)
永磁無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用非常的廣泛，也可運(yùn)用在電動自行車、電動汽車、抽油煙機(jī)、電梯、豆?jié){機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、小型清污機(jī)等機(jī)械上。
新型永磁無刷直流電動機(jī)調(diào)速方便，可以進(jìn)行無級調(diào)速，特別適合于民用產(chǎn)品，也可以作為伺服電動機(jī)用于工業(yè)控制場合。除了調(diào)速方便還具有運(yùn)行效率高，啟動力矩大，啟動電流小，噪音低，無機(jī)械換向器，工作壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
永磁無刷直流電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、制作容易、控制方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)控制及各類民用產(chǎn)品的領(lǐng)域。
（1） 電機(jī)要滿足各種運(yùn)行模式下的轉(zhuǎn)速要求，就必須擁有范圍大的工作轉(zhuǎn)速，同時(shí)為了方便用戶在驅(qū)動器上編程，永磁無刷直流電機(jī)采用DSP芯片將驅(qū)動器及控制器集成于一體，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，多種變速甚至定位動作。
（2） 因?yàn)殡妱訖C(jī)需要在超低轉(zhuǎn)速下工作，一般的交流變頻器是做不到的，然而永磁無刷直流電機(jī)的性能可以滿足這樣的工作環(huán)境，甚至有些新型無刷直流電機(jī)完全可以取代小功率交流變頻器，所以我們選擇永磁無刷直流電機(jī)。
（3） 電機(jī)要幾乎不受電網(wǎng)電壓波動的影響，就必須擁有大的啟動轉(zhuǎn)矩，這也是永磁無刷電機(jī)的有點(diǎn)。
（4） 永磁無刷直流電動機(jī)的效率比較高，比一般的交流變頻系統(tǒng)效率還要高。
（5） 永磁無刷直流電機(jī)的壽命比一般的交流電機(jī)要高，這是因?yàn)樗臏厣^低，與同功率交流電機(jī)相比溫升可低30%左右。
（6） 永磁無刷直流電機(jī)比一般的電機(jī)噪音要低。
3.3 小車用電機(jī)的選擇
電動機(jī)
1. 通過網(wǎng)絡(luò)查找“直流電動機(jī)”獲取信息。
浙江中原電氣有限公司（http://www.zyec.com/index.aspx）是一家專門從事稀土永磁電機(jī)及其驅(qū)動裝置的科研與制造的高科技實(shí)業(yè)公司。
其生產(chǎn)的TYWZ稀土永磁無刷直流電機(jī)以高性能稀土永磁材料作轉(zhuǎn)子材料，保留了傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還具有以下特點(diǎn)：
·轉(zhuǎn)矩特性好，尤其是中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大；
·調(diào)速特性也比較好，尤其在中、低速調(diào)速性能方面；
·永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)速度快；
·結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，維修與保養(yǎng)簡單；
·耐顛簸震動，震動更小，運(yùn)轉(zhuǎn)更平滑，噪音更低，壽命更長；
·防護(hù)等級：IP-54 IP-55
2 TYWZ稀土永磁無刷直流電機(jī)的典型應(yīng)用
·電動汽車
·電動自行車
·磁懸浮列車
·軍事工業(yè)
·伺服系統(tǒng)
3 TYWZ稀土永磁無刷直流電機(jī)的電氣參數(shù)
電機(jī)型號
電壓等級U（v）
額定功率P（kw）
額定轉(zhuǎn)速RPM
額定電流I（A）
效率
η（%）
功率因數(shù)COSθ
防護(hù)等級
重量W
（kg）
TYWZ-18-63
DC220
0.18
3000
1.1
90
0.91
IP-54或IP-55
5
TYWZ-50-63
DC24
0.5
3000
25
90
0.88
IP-54或IP-55
5
4. 小結(jié)：系列產(chǎn)品功率偏大，不宜選用
西安微電機(jī)研究所（http://www.micromotor.com.cn/micromotor）是我國微特電機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)的主要研究開發(fā)基地，國家微電機(jī)專業(yè)研究所。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展尤其是電子技術(shù)，其生產(chǎn)的新型無刷直流電動機(jī)在性能上保持了普通直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型直流電動機(jī)。
該類電機(jī)不僅可做為一般直流電動機(jī)使用，還能做直流穩(wěn)速電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)等使用。
ZWS型無刷直流電動機(jī) 技術(shù)數(shù)據(jù) Technical Data
型號
額定電壓（V）
額定功率（W）
額定電流（A）
額定轉(zhuǎn)矩(N·m)
額定轉(zhuǎn)速(r/min)
36ZWSC01A
27
63
3
0.0554
11000
40ZWSC01
54
180
4
0.4
4300
55ZWS04
48
80
2.3
0.5
1500
55ZWS04A
24
55
≤5
0.32
1500
88ZWS01
24
113
5.8
0.36
3000
90ZW03
48
100
≤6
0.12
8000
90ZWSK01
24
≤4
18000
小結(jié)：根據(jù)計(jì)算要求可選擇 55ZWS04
55ZWS04
48
80
2.3
0.5
1500
圖片如左圖
上海司壯電機(jī)有限公司
（http://strongmotor.cn.alibaba.com/athena/sampledetail/5358254.html）是專業(yè)制造和銷售交流減速電機(jī)、直流減速電機(jī)、空心杯直流伺服電機(jī)和減速電機(jī)的企業(yè)，產(chǎn)品以出口美國和歐洲為主。
分析該公司產(chǎn)品：其功率較大、結(jié)構(gòu)緊湊，且均與減速器集成，有多種減速比可供選擇，簡單適用。省去了單獨(dú)設(shè)計(jì)減速器等問題。
經(jīng)比較分析，90JB齒輪減速器永磁直流電動機(jī)符合我們的使用設(shè)計(jì)要求，可供選用。
90JB齒輪減速永磁直流電動機(jī)
產(chǎn)品型號：90JB/83125 直流減速電機(jī)系列
產(chǎn)品名稱：90JB齒輪減速永磁直流電動機(jī)
原產(chǎn)地： 上海
裝運(yùn)期限：天
描述：電動機(jī)輸出功率有77W、92W兩個(gè)品種，電壓24V。減速器安裝端面尺寸90*90mm等，偏心出軸，減速比有1:3~1:150等12個(gè)規(guī)格可供選擇。減速器最大允許負(fù)載20N·m，最大瞬時(shí)允許負(fù)載30N·m。采用“一體式”減速器，詳細(xì)介紹見單相交流電容運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪減速電動機(jī)的內(nèi)容。
總結(jié)：
根據(jù)要求，綜合以上比較分析之后，從簡化結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)角度出發(fā)，選擇上海司壯電機(jī)有限公司的90JB齒輪減速永磁直流電動機(jī)77W的作為升降臺用電機(jī)。
選用上海司壯電機(jī)有限公司的90JB齒輪減速永磁直流電動機(jī)92W的作為車輪的驅(qū)動電機(jī)。
主要參數(shù)如下：
型號
額定電壓
額定功率
額定電流
額定轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)速
90JB
24V
77W
3.2
1500
第四章 電動小車的蓄電池
4.1 蓄電池技術(shù)的現(xiàn)狀
從1835年美國湯姆斯發(fā)明電動汽車至今已有150年的歷史，在這其間一直制約電動汽車發(fā)展的最主要因素是驅(qū)動用的蓄電池技術(shù)，其實(shí)蓄電池技術(shù)是電動車技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，就是因?yàn)殛P(guān)鍵技術(shù)的落后，才導(dǎo)致了電動車緩慢的發(fā)展。
蓄電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀制約電動汽車時(shí)代能否到來。蓄電池的關(guān)鍵技術(shù)包絡(luò)比能量、比功率、循環(huán)壽命、充電時(shí)間、安全性、可靠性及價(jià)格等。
當(dāng)今的蓄電池主要有如下幾類：
鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池是現(xiàn)在大多數(shù)電動汽車都會選用的蓄電池。因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，而且價(jià)格低廉，獲得了廣泛的應(yīng)用算得上是現(xiàn)在比較成熟的電池，但是也有一些缺點(diǎn)，例如質(zhì)量重，功率密度小，而且平均壽命短僅為2~2.5年，在寒冷氣溫下會更短。同時(shí)鉛酸蓄電池也存在一定的危險(xiǎn)，比如他在充電時(shí)放出的氫氣有爆炸的危險(xiǎn)，為了解決這個(gè)問題我們采用密封裝置來提高安全性。我們采用膠體來代替鉛酸蓄電池溶液，這樣也可以增加電池的安全性，但其過充電、過放電時(shí)壽命會縮短。美國能源部提出了鉛酸蓄電池的研究，在19991年成立了美國先進(jìn)蓄電池財(cái)團(tuán)（USABC），隨后在美國能源部和USABC的共同努力下研發(fā)了鉛酸蓄電池。福特公司作為USABC的生產(chǎn)伙伴之一，希望鉛酸蓄電池能為他們生產(chǎn)的第1批電動汽車提供動力。美國另外一家汽車公司，通用汽車公司生產(chǎn)的電動汽車也采用了鉛酸蓄電池，他們所推出的第1代“沖擊牌”電動汽車，采用了395kg的鉛酸蓄電池系統(tǒng)，這個(gè)鉛酸蓄電池系統(tǒng)每次需要2~3小時(shí)充電時(shí)間，沖完電時(shí)速可達(dá)120km，每充一次電最多可行駛195km。
鎳鎘蓄電池
鎳鎘蓄電池的技術(shù)成熟性僅此于鉛酸蓄電池，他們的體積能量密度也相近，但是在質(zhì)量能量密度方面，鎳鎘蓄電池比鉛酸蓄電池優(yōu)越，質(zhì)量能量優(yōu)越的同時(shí)成本卻比比鉛酸蓄電池高50%。雪鐵龍公司的新型電動車采用了鎳鎘蓄電池，他們設(shè)計(jì)了能完全回收的以電為動力的雪特拉原型車，吸收了鎳鎘蓄電池組件結(jié)構(gòu)一體化的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)該公司稱，該車的蓄電池使用要求為10年，最高時(shí)速達(dá)109km/h，平均時(shí)速90km/h，一次充電行駛109km。鎳鎘蓄電池能量高，放電深度及周圍溫度的變化對其性能影響較小，可以急速充電、過充電而且很安全，壽命一般為3年。但這種蓄電池除非完全放電，否則不能完全充電，因此汽車的行程受到了影響。另外，鎳鎘蓄電池用完后需要回收，其回收能力盡管是一大難題，但是為了防止污染環(huán)境也需要回收電池。據(jù)日產(chǎn)公司稱，他們覺得電動汽車充電時(shí)間長不僅不實(shí)用還會產(chǎn)生浪費(fèi)，所以他們在生產(chǎn)的FEV（未來電動車）車上采用了新的技術(shù)來解決充電時(shí)間長的問題，采用了新技術(shù)的未來電動車每次充電只需要15min就能充滿，充電6min就可以達(dá)到40%的充電量，大大縮短了充電時(shí)間。FEV車充電時(shí)間短的的秘訣是因?yàn)樗玫男铍姵刂挥谐Ｒ?guī)汽車蓄電池的一半，而且薄而輕，電池由23節(jié)鎳鎘蓄電池組成，重量為202kg。該車不僅充電時(shí)間快，而且在充滿電后時(shí)速可達(dá)到72km/h，最高車速可達(dá)130km/h，可連續(xù)行駛160km。該車的也兼顧到散熱問題，它的蓄電池采用了比普通組件更薄，更堅(jiān)固的隔片，通過增加表面積來改善散熱，還可以提高效率。此外，先進(jìn)材料還降低了電阻。然而該快速充電系統(tǒng)的缺點(diǎn)也同時(shí)存在，缺點(diǎn)就是在充電時(shí)需440V的輸入量才能達(dá)到快速充電時(shí)間。為了進(jìn)一步研究鎳鎘蓄電池，日本東京電力有限公司（TEPCO）和東京研究與開發(fā)有限公司共同研制的IZA車，288V鎳鎘蓄電池為該車提供動力，附件由鉛酸蓄電池提供動力。在實(shí)際行駛中，該車標(biāo)準(zhǔn)時(shí)速是40km/h，完全充電后該車可行駛超過547km。蓄電池充電電源為50A220V，在8小時(shí)內(nèi)可以完成充電。該車的整體性能水平基本與汽油為燃料的汽車性能相同。
鈉硫蓄電池的儲備能量是鉛酸蓄電池的2倍，但是其相關(guān)技術(shù)尚處于發(fā)展階段。鈉硫蓄電池不僅能量密度高，而且由于結(jié)構(gòu)緊湊可以緩解封裝問題。但其工作環(huán)境一般在300~350℃的高溫下，在不使用時(shí)要保溫，因?yàn)殡姵卦诓还ぷ魇菚?，一旦凝固就沒有功率可發(fā)啦。鈉硫的化學(xué)反應(yīng)會放出大量熱量，使內(nèi)壓升高，硫在溫度超過445℃時(shí)就會沸騰，這樣很危險(xiǎn)，還好不用擔(dān)心鈉硫蓄電池的回收工作，因?yàn)殁c硫蓄電池?fù)碛歇?dú)特的回收結(jié)構(gòu)，，所以回收很方便。
鋰鉛二硫化鐵蓄電池（LAIS）以及鋰和某種聚合物的蓄電池共同組成鋰蓄電池，鋰蓄電池能量的釋放受溫度的變化影響較大，所以他的可靠性也會受到影響。鋰鉛二硫化鐵蓄電池有很高的能量密度和功率密度，是一種正在研究的蓄電池。鋰和某種聚合物的蓄電池是一種固態(tài)系統(tǒng)，但現(xiàn)在還處于初期開發(fā)階段。克萊斯勒公司工程副總裁弗朗索瓦·卡斯坦說：“從長遠(yuǎn)角度看，鋰蓄電池有很大的發(fā)展前途。到1995年，該技術(shù)可用于汽車上。如果想要提高電動汽車的行程可以在設(shè)計(jì)中采用這項(xiàng)技術(shù)，一般能提高到483km。英派克特電動汽車在美國通用汽車公司的改進(jìn)下得到了很大的提升，據(jù)接近該項(xiàng)目的有關(guān)人士說，原因就是第2代英派克特可能采用鋰蓄電池代替原來計(jì)劃的鎳鎘蓄電池。
鎳鐵蓄電池與鉛酸蓄電池相比性能相近?？巳R斯勒公司的最新概念小篷車（EPIC）采用了電源為180V、200Ah的鎳鐵蓄電池提供動力。據(jù)稱該車在鎳鐵蓄電池作用下最高時(shí)速可達(dá)105km/h，但缺陷是在行駛了193km后，EPIC小篷車不得不在用220V電壓上充電8h。該車配有817kg的蓄電池組，蓄電池組使用自動供水系統(tǒng)，在補(bǔ)水前，可以連續(xù)使用3個(gè)月。鎳鐵蓄電池組雖然性能與鉛酸蓄電池差不多，但是成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池。普通的鉛酸蓄電池要2000美元，而鎳鐵蓄電池高達(dá)10000美元，這讓很多產(chǎn)家望而卻步。
能量密度為鈉硫蓄電池的2倍的鋅蓄電池是一種電解液循環(huán)的特殊蓄電池，能在室溫下工作。不僅能獲得高的能量密度，還能取得輕量化，前提是在結(jié)構(gòu)上采用樹脂，這樣做的話還能降低電池價(jià)格。但是如何增大能量密度延長循環(huán)壽命是急需解決的問題。鋅空氣蓄電池壽命很短，只有2年，處于初期開發(fā)階段。
4.2 蓄電池容量的計(jì)算方法
所定的電壓、所定的時(shí)間和可向負(fù)載決定了蓄電池的容量。
1. 計(jì)算容量的必要條件
A 放電電流
放電過程中負(fù)載電流的增減隨時(shí)間而變化。
B 放電時(shí)間
可預(yù)期的負(fù)載的最大時(shí)間
C 最低蓄電池溫度
蓄電池放置場所的溫度條件會影響到蓄電池的最低溫度，所以一般情況下需要判斷一下蓄電池放置場所的溫度條件。一般分為兩種，5℃（室內(nèi)）和—5℃（寒冷），遇到有空調(diào)的情況，室內(nèi)溫度作為最低溫度。
D 允許的最低電壓
單格允許的最低電壓（V/單格）=（負(fù)載所允許的最低電壓+導(dǎo)線的電壓損失）/串聯(lián)格數(shù)
2 容量的計(jì)算公式
C=1*[K1I1+K2(I2-I1)、、、、、、、KN（IN-IN-1）]/L
L：一般L值采用0.8.
K：時(shí)間換算由放電時(shí)間T、電池的最低使用溫度、允許的最低電壓而決定。
4.3 小車蓄電池的選擇
蓄電池
上海霆峰電子科技有限公司是一家集銷售和代理不間斷電源系統(tǒng)、全封閉免維護(hù)蓄電池系列、特殊規(guī)格交直流逆變電源系統(tǒng)的公司。其經(jīng)營銷售的沈陽松下系列電池功率大，容量大，符合我們的設(shè)計(jì)要求
型號
電壓（V）
容量（Ah）
外形尺寸（mm）
重量
含端子型號
長
寬
高
總高
LC-P0612
6
12
151
50
94
100
1.95
187.250M
LC-R127
12
7
151
64.5
94
100
2.2
187.250M
LC-RA1212
12
12
151
98
175
179.5
2.8
187.250M
LC-X1224
12
24
165
125
175
175
8.5
L
LC-X1224A
12
24
165
125
175
175
8.5
BOLT
LC-QA1224A
12
24
165
125
175
179.5
10
BOLT
LC-X1228
12
28
165
125
175
180
10.2
L
LC-X1228A
12
28
165
125
175
175
10.2
BOLT
LC-X1238
12
38
197
165
175
180
12.8
L
LC-X1238A
12
38
197
165
172
175
12.8
BOLT
LC-X1242
12
42
197
165
175
180
15.5
L
LC-X1242A
12
42
197
165
175
175
15.5
BOLT
LC-P1242A
12
42
197
165
175
175
17
BOLT
LC-X1265
12
65
350
166
175
175
21
L
LC-XA12100
12
100
407
173
210
236
32.5
L
分析比較各種型號，綜合考慮功率、容量等因素
選擇LC-X1242作為電車的驅(qū)動電池
結(jié)束語
本文以雙輪獨(dú)立驅(qū)動電動車的設(shè)計(jì)、驅(qū)動、控制為核心，分析研究了相關(guān)的機(jī)械技術(shù)，電機(jī)技術(shù)，電力電子技術(shù)，以及EV動力學(xué)等，在此基礎(chǔ)上，成功的設(shè)計(jì)了應(yīng)用于雙輪獨(dú)立驅(qū)動的自動（電動）小車方案。
本文針對EV的動力驅(qū)動，對比各種電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)，著重對永磁無刷直流電動機(jī)進(jìn)行了介紹和分析。本文分析了永磁無刷直流電機(jī)適用于雙輪獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)和分析對比說明了此類型的電動機(jī)對獨(dú)立驅(qū)動電動車的良好適應(yīng)性。
雙輪獨(dú)立驅(qū)動與傳統(tǒng)的差速器驅(qū)動有本質(zhì)的不同，本文借鑒傳統(tǒng)汽車動力學(xué)，對EV動力學(xué)進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，由于雙輪獨(dú)立驅(qū)動可以對每個(gè)驅(qū)動輪施加獨(dú)立的控制，所以雙輪獨(dú)立驅(qū)動比傳統(tǒng)差速器系統(tǒng)具有更好的操控性。
蓄電池技術(shù)是電動車的關(guān)鍵技術(shù)，本文也初略探討了動力蓄電池的特性和選用等內(nèi)容。
本文根據(jù)前述驅(qū)動方案構(gòu)造了實(shí)際的系統(tǒng)（小車），設(shè)計(jì)結(jié)果表明實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡練，性能良好，便于實(shí)現(xiàn)。
鑒于本研究課題的時(shí)限和本人的知識水平，在設(shè)計(jì)構(gòu)造這一新型驅(qū)動控制系統(tǒng)的工作基礎(chǔ)上，還存在大量工作未完成，甚至可能還存在不少錯(cuò)誤，有待于在以后的工作和學(xué)習(xí)中改進(jìn)。但我相信以永磁無刷直流電動機(jī)為動力的雙輪獨(dú)立驅(qū)動電動車有令人矚目的發(fā)展前景。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了江蘇大學(xué)龐偉老師的悉心指導(dǎo)。在龐老師身上學(xué)到了許多的東西，他為人誠懇，謙遜，和藹可親，平易近人，淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作精神使我受益匪淺，也是我今后學(xué)習(xí)的榜樣。在此，我向王老師致以崇高的敬意，并由衷的祝愿他工作順利，開開心心。
本篇論文從選題、文獻(xiàn)的搜集、以及后期的設(shè)計(jì)過程，都得到龐偉老師的悉心指導(dǎo)，耐心指出我的錯(cuò)誤，使得我的課題能夠順利完成。
最后，感謝一直支持和幫助我的老師，同學(xué)和家人，感謝他們這四年來辛勤無私的付出，謝謝。
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