1、純電動(dòng)汽車新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化文件發(fā)布號(hào)：（9456EUATWK-MWUBWUNNINNULDDQTY-KII研究生課程考核論文（適用于課程論文、提交報(bào)告）科1:發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代技術(shù)概論 教 師： 周恩序姓名： 尤敏 學(xué)號(hào)：2014071322111專業(yè)：車輛工程領(lǐng)域 類別:（專業(yè)碩士）上課時(shí)間： 2014 年9月至2014 年11月考生成績：卷面成績平時(shí)成績課程綜合成績閱卷評(píng)語:閱卷教師（簽名）重慶大學(xué)研究生院制電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)技術(shù)【摘要】隨著社會(huì)的快速發(fā)展，汽車領(lǐng)域所面臨的能源緊缺和環(huán)境污染兩大問題受 到了高度重視，電動(dòng)汽車的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。由于布局更為靈活，不 需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，輪轂

2、電機(jī)越來越受到人們的關(guān)注。再生制動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng) 汽車的能量利用和續(xù)航里程等方面有著重要的作用，是電動(dòng)汽車領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵的 節(jié)能技術(shù)，再生制動(dòng)系統(tǒng)的研究對(duì)電動(dòng)汽車的應(yīng)用有著重要的意義。超級(jí)電容可以 進(jìn)行短時(shí)大電流充放電，而且充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)上萬次，故能很好的解決電動(dòng)汽 車制動(dòng)能量回收的問題C【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；輪轂電機(jī)；再生制動(dòng)；超級(jí)電容1 研究背景隨著石油等不可再生資源的日漸減少，大氣環(huán)境越來越差.電動(dòng)汽車以其低污 染、低能耗等優(yōu)勢(shì)為各個(gè)國家及各大汽車廠商所青睞。然而電動(dòng)汽車現(xiàn)在主要面臨 的問題有：續(xù)駛里程短、充電時(shí)間長等。所以動(dòng)力電池技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)和電子 控制系統(tǒng)技術(shù)為電動(dòng)汽車目前面臨的

3、主要技術(shù)問題。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車以其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)成為汽車發(fā)展的新寵兒。汽車在制動(dòng)過程中車輛的動(dòng) 能一直沒有被很好的利用，大都被轉(zhuǎn)換為熱量耗散掉了。特別是在市區(qū)等復(fù)雜的城 市工況下，紅綠燈較多，車速較低，制動(dòng)頻繁.制動(dòng)能量回收的意義顯得尤為明 顯。目前車輛的制動(dòng)能量回收技術(shù)主要有飛輪儲(chǔ)能制動(dòng)能量回收、液壓儲(chǔ)能制動(dòng)能 量回收和電化學(xué)能儲(chǔ)能制動(dòng)能量回收等。而電化學(xué)儲(chǔ)能制動(dòng)能量回收因?yàn)槠淠芰恐?要以電能的形式流動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，控制方便，具有很好的發(fā)展前途。電動(dòng)汽車中的 蓄電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)為電化學(xué)儲(chǔ)能制動(dòng)能量回收提供了方便。超級(jí)電容作為一種 全新的儲(chǔ)能元件的出現(xiàn)，具有十分重要的意義。

4、超級(jí)電容有著蓄電池所不具備的優(yōu) 點(diǎn)。超級(jí)電容的充放電速率要比電池快的多，功率密度要比蓄電池大得多。利用超 級(jí)電容可以迅速的回收制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量，2. 輪轂電機(jī)技術(shù)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車因?yàn)楠?dú)特的特點(diǎn)，越來越受到人們的關(guān)注，許多汽車企 業(yè)已經(jīng)將其列為公司發(fā)展規(guī)劃當(dāng)中。由此可見，輪轂電機(jī)技術(shù)正逐步被人們所重 視。有人預(yù)言：未來電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)將是輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)汽車。這主要是因 為輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)有著以下的優(yōu)點(diǎn)：1）傳動(dòng)效率高是輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：普通的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，在市區(qū)路況時(shí)，平均能量利用率僅為20%,而輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)可使能 量利用率達(dá)到90%。輪轂電機(jī)沒有傳統(tǒng)的變

5、速器、軸或齒輪，直接將轉(zhuǎn)子與車輪 安裝在一起。這樣既提升了性能，也讓電動(dòng)機(jī)更為緊湊，便于安裝在汽車上，同時(shí) 騰出了更多內(nèi)部空間用于配置動(dòng)力電子設(shè)備，如集成式逆變器、電子控制系統(tǒng)和軟 件。圖2為輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)。圖2輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)2）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，車內(nèi)空間得到提升。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛與傳 統(tǒng)汽車相比，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、主減速器、傳動(dòng)軸等機(jī)械裝置，底 盤結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化的同時(shí)，車內(nèi)空間得到明顯改善。而且輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車各組成模 塊之間主要由線束連接，省去了傳統(tǒng)的機(jī)械連接，可以更好的布置動(dòng)力電池及車內(nèi) 其他設(shè)備n3）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)使車輛的行駛穩(wěn)定性得以提高。對(duì)于ABS防抱死系統(tǒng)等底盤控

6、制系統(tǒng)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以通過單獨(dú)控制不同的車輪轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)這些功能。與傳統(tǒng)車相比，控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度得以簡(jiǎn)化，還提高了響應(yīng)速度和精度.傳統(tǒng)車延遲50-100毫秒，而輪轂電機(jī)最快響應(yīng)時(shí)間0.5毫秒。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性更高。4）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置更加多樣化。由于輪轂電機(jī)具備單個(gè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的特 性，因此無論是前驅(qū)、后驅(qū)還是四驅(qū)形式，它都可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)，全時(shí)四驅(qū)在 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上實(shí)現(xiàn)起來非常容易。同時(shí)輪轂電機(jī)可以通過左右車輪的不同 轉(zhuǎn)速甚至反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)類似履帶式車輛的差動(dòng)轉(zhuǎn)向，大大減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，在特殊 情況下幾乎可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向（不過此時(shí)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪胎的磨損較大），對(duì) 于特

7、種車輛很有價(jià)值。像圖2.2所示的AHED“先進(jìn)混合電驅(qū)動(dòng)”樣車的8輪電驅(qū)動(dòng) 很輕松就能實(shí)現(xiàn)。圖2.2 AHED“先進(jìn)混合電驅(qū)動(dòng)”5）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車能更合理的分配軸荷。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車取消了質(zhì)量較 大的動(dòng)力總成，只要合理的布置動(dòng)力電池，就很容易實(shí)現(xiàn)前后軸荷50:50,降低了 新產(chǎn)品的開發(fā)難度。6）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的制動(dòng)能量回收效率更高。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，車輪的 轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，在制動(dòng)時(shí)，輪轂電機(jī)發(fā)電，直接將電能回收，與傳統(tǒng) 汽車相比，去了機(jī)械傳動(dòng)部分，使制動(dòng)能量回收效率得到提高。7）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車使整車噪聲得以降低。輪轂電機(jī)的噪聲與傳統(tǒng)汽車動(dòng)力 總成的噪聲相比，減小10-15分貝。

8、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的駕駛舒適性更好。8）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車也使線性控制技術(shù)更加容易實(shí)現(xiàn)，采用輪轂電機(jī)可以匹 配包括純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池電動(dòng)車等多種新能源車型，如圖2.3所示。純電動(dòng)車輪載電機(jī)圖2.3輪轂電機(jī)匹配多種新能源車型3. 再生制動(dòng)技術(shù)車輛的制動(dòng)形式主要包括液壓制動(dòng)、氣壓制動(dòng)、氣壓液壓混合制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng) 等。這些制動(dòng)方式的原理是相同的，都是通過摩擦的方式將汽車行駛過程中的動(dòng)能 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?，使車輛減速或者停止，通過這些制動(dòng)裝置制動(dòng)時(shí)，會(huì)有一些缺 占八、1）在復(fù)雜路況中，車輛常常會(huì)出現(xiàn)頻繁制動(dòng)或長時(shí)間制動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器 表面產(chǎn)生大量的熱量，使摩擦表面溫度升高，制動(dòng)效果會(huì)明顯減弱甚至

9、不起作用， 對(duì)整車安全性造成很大的影響。2）制動(dòng)過程中，車輛行駛所具有的動(dòng)能被轉(zhuǎn)換為熱量耗散掉，増加了車輛行 駛中的能量損失，使汽車的能量利用率降低。如果車輛在制動(dòng)過程中采用制動(dòng)能量 回收技術(shù)，汽車的電能消耗可以得到較為明顯的改善，同時(shí)制動(dòng)器熱負(fù)荷能夠減 小，磨損度也會(huì)下降，因此車輛的安全性得到提高。車輛在制動(dòng)過程中的動(dòng)能，到 目前為止還沒有很好的被回收，通常會(huì)轉(zhuǎn)換為熱能或其他形式的能量消耗掉。制動(dòng)過程中所耗散的能量在車輛總的動(dòng)能中占有很大的比重，這部分能量有很大的開發(fā) 潛能。為了解決這一問題，再生制動(dòng)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，并成為了研究熱點(diǎn)。再生制動(dòng)又稱再生回饋制動(dòng)，電動(dòng)汽車在制動(dòng)時(shí)，將汽車行駛的

10、動(dòng)能或勢(shì)能通 過傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)，然后將其轉(zhuǎn)換成電能，為動(dòng)力電池充電，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能 量的再生利用。同時(shí)，產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩又可通過傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪施加制動(dòng) 力，這樣不但實(shí)現(xiàn)了再生制動(dòng)能量的回收，還減少了制動(dòng)器溫升，提高了制動(dòng)效能 和制動(dòng)安全性能。再生制動(dòng)技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的制動(dòng)技術(shù)，通過電機(jī)的輔助制動(dòng)，將 制動(dòng)過程中車輛部分動(dòng)能或勢(shì)能回收到蓄電池，提高了電動(dòng)汽車的能量利用率，并 且可以進(jìn)一步降低尾氣的排放。因此，再生制動(dòng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)電動(dòng)汽車具有 重要的意義。圖3為電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)。汽平行駛方向電機(jī)衣 制I器亠電機(jī)三一.PI I-1R模擬信號(hào)電流液壓管路真空管路圖3.1再生制動(dòng)系統(tǒng)4

11、. 超級(jí)電容及其應(yīng)用電動(dòng)汽車能依賴于本身電機(jī)的特性輕松的將車載動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，但由于汽車 制動(dòng)過程一般都是很短暫的，故所產(chǎn)生的電流將會(huì)很大，而一般的車載蓄電池是承 受不了短時(shí)大電流充電的，這不僅效率會(huì)很低，而且會(huì)損害電池，降低其使用壽 命。由于超級(jí)電容可以進(jìn)行短時(shí)大電流充放電，而且充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)上萬次， 故能很好的解決電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收的問題。再次，由于超級(jí)電容不僅可以大電 流充電，而且可以大電流放電，這使得超級(jí)電容和動(dòng)力蓄電池一起作為電動(dòng)汽車的 動(dòng)力源，為蓄電池進(jìn)行分擔(dān)，降低電動(dòng)汽車對(duì)蓄電池的要求，同時(shí)改善電動(dòng)汽車的 啟動(dòng)加速和爬坡性能。超級(jí)電容作為新型的儲(chǔ)能器件，有著諸多的優(yōu)點(diǎn)：1）

12、相對(duì)于其他傳統(tǒng)的儲(chǔ)能器件如電池，超級(jí)電容有著較高的功率密度。由于 其本身的內(nèi)阻比較小，而且能在電解液界面和電極材料本體內(nèi)都能對(duì)電荷進(jìn)行快速 的儲(chǔ)存和釋放，故其輸出輸入功率可高達(dá)數(shù)千瓦/千克，是一般蓄電池的數(shù)十倍。2）超級(jí)電容有著較長得充放電循環(huán)壽命。由于其在充電和放電過程中，沒有發(fā) 生任何電化學(xué)反應(yīng)，只有離子和電荷的傳遞過程，幾乎可以說是沒有損耗，故循環(huán) 壽命可達(dá)上萬次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的蓄電池。3）超級(jí)電容相對(duì)于一般的蓄電池，另一重要的特性就是可以大電流的進(jìn)行充放 電。由于其本身的工作原理特性，直接決定了超級(jí)電容的這一特性，這可以使超級(jí) 電容在極短的時(shí)間內(nèi)完成充電，又可以再較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大功率

13、輸出，這是蓄電 池不可能做到的。4）由于超級(jí)電容沖完電后，漏電流極小，故其擁有較長的儲(chǔ)存壽命。一般蓄電 池可以進(jìn)行自放電，故漏電現(xiàn)象比較嚴(yán)重，但超級(jí)電容由于其內(nèi)部電解液相對(duì)比較 穩(wěn)定，且內(nèi)部電荷的遷移運(yùn)動(dòng)是在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的，并沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)， 故其存壽命幾乎可以說是無限的。5）超級(jí)電容的工作溫度范圍很寬，可工作于-50°C70°C左右，且在不同的溫度 下，特性都相對(duì)比較穩(wěn)定。當(dāng)然作為一種剛面世不久的新型儲(chǔ)能器件，超級(jí)電容也有著很多缺點(diǎn)，如成本 價(jià)格比較髙，能量密度低，比能量只有2千瓦/千克左右，故作為近幾年比較熱門的 研究領(lǐng)域.超級(jí)電容技術(shù)也有待進(jìn)一步的發(fā)展。5.

14、未來展望當(dāng)今的電動(dòng)汽車技術(shù)相對(duì)于以前已經(jīng)有了巨大的提升，不論在安全性，舒適性 方面還是在電池技術(shù)方面，都有了長足的發(fā)展，但相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車的性能還是有 諸多方面的不足，發(fā)展電動(dòng)汽車必須解決好4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：電池技術(shù)、能量 管理技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)以及電動(dòng)汽車整車技術(shù)。1）電池技術(shù)，電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，在很多方面可以直接決定電動(dòng)汽 車的諸多性能，如續(xù)航里程，加速爬坡性能，使用壽命，安全性等等，當(dāng)今電動(dòng)汽 車所使用的電池主要還是以蓄電池為主，由于其相對(duì)較低的能量密度，壽命短，成 本高，充電慢等因素，還是很難使電動(dòng)汽車的性能趕超內(nèi)燃機(jī)汽車。2）能量管理技術(shù)，電動(dòng)汽車以電機(jī)為主要驅(qū)動(dòng)力

15、來源，使得電動(dòng)汽車在能量 的控制方面比內(nèi)燃機(jī)汽車更加容易掌控。能量管理技術(shù)主要是針對(duì)電池的能量管 理，若能根據(jù)不同的行車狀態(tài)，良好的控制電池的每個(gè)單元進(jìn)行合理的放電，便能 増加電池的續(xù)航里程能力及延長壽命，但當(dāng)今的技術(shù)并沒做的很好。3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的總要組成 部分，可以在很多方面影響及決定電動(dòng)汽車的性能，如安全性，舒適性，高效性等 方面，特別是高效性方面.由于電池技術(shù)很難再短時(shí)間能得到重大的突破，故高效 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以緩解因電池技術(shù)瓶頸所帶來的一些問題。4）電動(dòng)汽車整車技術(shù)，電動(dòng)汽車是高科技綜合性產(chǎn)品，除電池、電動(dòng)機(jī)外， 車體本身也包含很多高新技術(shù)，有些節(jié)能措施比提高電池儲(chǔ)能能力還易于實(shí)現(xiàn)。采 用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕 30%-50% ；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，可使汽車的滾動(dòng)阻力減少 50% ；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。參考文獻(xiàn)1 沈文強(qiáng).基于超級(jí)電容的電動(dòng)汽車高效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.浙江大學(xué),2014.2 劉玉龍.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車制動(dòng)能量復(fù)合回收裝置研究D.吉林大學(xué),