纯电动汽车设计方案

目录 目录 汽车产品定位 …………………………………………3 汽车底盘布置形式 ……………………………………4 驱动电机的选择 ………………………………………5 蓄电池的选择 …………………………………………8 技术参数………………………………………………10 六、成本分析 ………………………………………………11 七、后记 ……………………………………………………12 一、汽车产品定位 二、汽车底盘布置形式 采用电动机前置前驱形式，变速驱动桥将变速器、主减速器和差速器安装在同一个外壳(常称为变速器壳)之内。这样可以有效地简化结构，减小体积，提高传动效率。而且取消了传动轴，可使汽车自重减轻。 电池组安装在前后两排座椅下。 三、驱动电机的选择 电动汽车电机是将电源电能转换为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮的汽车驱动装置，该电机与其他电机相比具有体积小、重量轻、效率高且高效区范围广、调速性能好等特点。   电动汽车用电动机在需要满足汽车行走的功能同时，还应满足行车时的舒适性、耐环境性、一次充电的续行里程等性能，该电机要求比普通工业用电动机更为严格的技术，还希望有如下功能： 体积小，重量轻。 减小有限的车载空间，特别是总质量的减小，在整个运行范围内高效率。 一次充电续行里程长，特别是行走方式频繁改变时，低负载运行时，也有较高的效率。 低速大转矩特性及宽范围内的恒功率特性。 综合上述原因考虑我们初步选定永磁无刷直流电机作为驱动电机。 无刷直流电机优点是： 电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足车辆的加速要求。 速度范围宽，电机可以在低中高大速度范围内运行，而有刷电机由于受机械换向的影响，电机只能在中低速下运行。 电机效率高，尤其是在轻载车况下，电机仍能保持较高的效率，这对珍贵的电池能量是很重要的。 过载能力强，这种电机比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上，满足车辆的突起堵转需要。 再生制动效果好，因电机转子具有很高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电机可完全进入发电机状态，给电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹车负担。 电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。 电机无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电机内部，可靠性高。 电机控制系统比异步电机简单。缺点是电机本身比交流电机复杂，控制器比有刷直流电机复杂。 永磁无刷直流电机的技术数据： 参数 型号 电源 电压 V 额定 电压 V 额定 功率 kW 额定 转速 rpm 额定 效率 % 最大 功率 kW 最高 电压 V 最高 转速 rpm 最大 转矩 N.m 工作制 min 外形尺寸 直径*长度 mm*mm 重量 Kg ZYCD-3 144 120 2.5 2500 92 4 144 3000 25 S1 Φ165*265 25 　 384 2.5 2500 92 4 　 S1 Φ200*220 27 120 2.5 3000 92 　 　 　 S1 Φ165*260 27 ZYCD-6 120 100 5.5 3300 92 9 120 4000 45 S2-60 Φ190*270 31 ZYCD-10 120 96 10 1600 92 15 120 2000 150 S2-40 Φ219*415 75 288 216 10 3000 93 15 280 4000 80 S1 Φ216*340 55 ZYCD-15 120 100 15 3000 92 36 120 3600 120 S2-60 Φ245*454 84 ZYCD-20 288 216 18.5 3000 92 32 280 4000 150 S1 Φ245*470 85 144 120 20 3000 92 35 144 3600 S1 Φ294*500 120 　 400 20 2000 93 　 　 　 S1 Φ294*504 123 800 20 4000 93 　 S1 Φ294*504 125 ZYCD-30 240 180 30 3000 94 50 240 4000 250 S1 Φ294*504 123 288 210 30 3000 94 50 280 4000 S1 Φ294*517 125 ZYCD-45 288 210 40 3000 93 60 288 4000 300 S1 Φ294*580 142 ZYCD-60 　 288 55 3000 93 75 　 　 400 S2-60 Φ420*650 320 384 350 60 2000 92 100 384 2500 1000 S2-60 Φ420*670 300 ZYCD-75 384 288 75 2500 94 125 384 3400 1050 S2-90 Φ460*800 410 384 288 75 2700 94 125 384 3600 1200 S2-90 Φ460*1000 500 综合电动汽车的动力要求通过上对比我们选定型号ZYCD-30为驱动电机。   安装型式 安装结构型式代号 安装结构型式 机座号 单轴伸 双轴伸 机壳外圆安装 A5 AA5 55-110 端盖凸缘安装 A3 AA3 55-110 底脚安装 A1 AA1 90-110 使用条件 1、海拔不超过4000m； 2、环境温度：-25℃～+40℃； 3、相对湿度：≤95%（25℃时）； 4、允许温升：不超过75k（海拔　为1000m时) 接线说明 四、蓄电池的选择 电动汽车发展的最大因素是动力蓄电池，应用在电动汽车上的电源系统应有以下要求： （1）高的比能量和能量密度； （2）高的比功率和功率密度； （3）快速充电和深度放电的能力； （4）使用寿命长； （5）自放电率小，充电效率高；； （6）安全性能良好，且成本低廉； （7）免维修； （8）对环境无危害，可回收性好。 以下是几种蓄电池特性的比较 单体电压（V） 比能量 (W/h/kg) 比功率 ((W/kg) 循环寿命 （次） 参考价格 (US$/k Wh) 铅酸蓄电池 2 30-45 200-300 400-600 150 镍-镉 1.2 40-60 150-350 600-1200 300 镍-锌 1.6 60-65 150-300 600-1200 200-350 锌空气 1.4 350 105 —— 90-120 钠-硫 2.0 100 200 800 250-450 锂离子 3.6~4.0 150 1500 800-1200 >200 超级电容 1.8 10000 >3000 ≥100000 25000 （注：——表示缺少数据） 总之，（1）铅酸蓄电池技术最成熟，最安全，成本也低，是电动汽车的可选动力电源，但比能量、比功率都比较低。（2）超级电容电池和飞轮电池的成本很高，不实惠。（3）燃料电池是今后发展的重点方向，但目前存在成本高的问。（4）镍金属蓄电池要求有发展可靠的能量管理系统，系统比较复杂。（5）锂离子蓄电池的单体电池电压大，体积小，比功率、比能量高，循环寿命长，相比之下更能够满足电动汽车的要求。 所以我们选择锂离子电池来作为动力电源。 选用电池 中航锂电（洛阳）有限公司是中航工业空空导弹研究院全资子公司，是一家拥有先进管理、技术、制造能力的现代企业。公司是专业从事锂离子动力电池、电源管理系统的研发和生产，是国内领先的生产100AH以上大功率、高容量、高电压锂离子动力电池制造专业公司，是承担国家863重大专项“大容量磷酸铁锂动力电池及动力模块技术开发”的单位。所以我们选用中航锂电（洛阳）有限公司生产的锂离子蓄电池。 中航锂电（洛阳）有限公司生产的单体电池规格型号有：SE60AHA、SE100AHA、SE400AHA、SE40AHA、SE130AHA、SE180AHA、SH40AH，它们的额定电压均为3.2V，则单体电池的总数为240/3.2=75个。其中SE60AHA 应用于电瓶车，SE40AHA 、SH40AH应用于电动摩托车，SE180AHA应用于火车，SE400AHA应用于公共汽车，SE100AHA、SE130AHA应用于电动汽车。由于SE100AHA的重量比SE130AHA小1.4kg左右，所以选用SE100AHA，为了能增大电池的容量，再并联75个单体电池，这样电池的总容量便达到200AH。 SE100AHA单体电池的描述如下： 单体电池尺寸 电池放电曲线图 电池性能指标 项目名称 SE100AHA 额定容量（AH） 100 额定电压（V） 3.2 内阻（1kHz  AC,mΩ） ≤0.9 充电截止电压（cccv模式，V） 3.6 放电截止电压（V） 2.5 充电电流（0.3C，A） 80 最大瞬间放电电流（持续时间10s，A） 800 循环寿命（0.3C充放，80%DOD） 2000 工作温度范围 充电 0℃～55℃ 放电 -25℃～55℃ 储存温度范围 -25℃～45℃ 重量（Kg） 3.1±0.1 壳体材料 塑料 技术参数 长*宽*高：3460*1618*1465 轴距：2340 电动机前置前驱 主减速器传动比i0=2.13 轮胎规格：165/60 R14 （165为轮胎的名义断面宽度/mm、60为轮胎的高宽比/%、R表示为子午线轮胎、14为安装轮辋的外径/inch 其中1inch =25.4mm） 轮胎的半径：r=H+1/2xd=165*60%+25.4x14/2=165*60%+355.6/2=276.8mm=0.2768m 质量：车载五人为装载质量（包括驾驶员），以每个人的体重为75kg、货物的质量为55kg，则装载质量为75x5+55=430kg ，整车装备质量为870kg，则总质量为430kg+870kg=1300kg。 最大爬坡度：Ft=Ttqxig1xi0xηt/r=uxmxgxcosa+mxgxsina 有210x2.75x2.13x0.876/0.2768=0.013x13000xcosa+13000xsina 求得a=16.7º 即最大爬坡度为i=30% 变速器传动比（自行）i0=2.13 ig1=2.75 ig2=2 ig3=1.5 ig4=1 i倒=-2.45 汽车的最大速度：Vmax=0.377xrxn/（ig4xi()）=0.377x0.2768x3000/1x2.13=147km/h 百公里加速时间： 1档：减速比=i0*ig1=2.13*2.75=5.8577 扭矩=210*5.8577=1230.12N*m 驱动力=扭矩/r=1230.12/0.2768=4444N 车重m=1300kg F=ma a=F/m=4444/1300=3.42m/s2 3000转时 1档最大速度Vmax=0.377*r*n/ig1/i0=0.377*0.2768*3000/2.75/2.13=53.4km/h=14.846m/s V=at t1=V/a=14.846/3.42=4.34s 2档：减速比=i0*ig2=2.13*2=4.26 扭矩=210*4.26=894.6N.m 驱动力=扭矩/r=894.6/0.2768=3232N 车重m=1300kg F=ma a=F/m=3232/1300=2.486m/s2 3000转时2档最大速度Vmax=0.377*r*n/ig2/i0=0.377*0.2768*3000/2/2.13=73.488km/h=20.4m/s t2=V/a=(20.4-14.846)/2.486=2.234s 3档：减速比=i0*ig3=2.13*1.5=3.195 扭矩=210*3.195=670.95N.m 驱动力=扭矩/r=670.95/0.2768=2424N 车重m=1300kg F=ma a=F/m=2424/1300=1.8645m/s2 3000转时3档最大速度Vmax=0.377*r*n/ig1/i0=0.377*0.2768*3000/1.5/2.13=98km/h=27.22m/s t3=V/a=(27.22-20.4)/1.8645=3.6575s 4档：减速比=i0*ig4=2.13*1=2.13 扭矩=210*2.13=447.3N.m 驱动力=扭矩/r=894.6/0.2768=1616N 车重m=1300kg F=ma a=F/m=1616/1300=1.243m/s^ t4=V/a=(27.77-27.22)/1.243=0.448s t总=t1+t2+t3+t4=4.34+2.234+3.657+0.448=10.68s 百公里耗电量（以60km/h匀速行驶） 匀速行驶时坡度阻力与加速阻力都为0 Ff=Gf=13000*0.013=169N Fw=CDA*U2/21.15=0.782*60*60/21.15=133N Ft=Ff+Fw=302N 百公里耗电量W=Fs/ηt=302*105/（3.6*106）=8.39/（0.94*0.95*0.875）=10.7kw 续驶里程（60km/h匀速) 电池耗电量=200Ah*240V=48kw.h 续驶时间=48/10.7=4.486h 续驶里程S=Vt=4.486*60=269km