新能源汽车——电动汽车动力及控制技术设计_毕业设计论文

2024年1月14日发(作者：尼桑天籁轿车)

济南职业学院

毕业设计（论文）

题 目：

新能源汽车

电动汽车动力及控制技术设计

系 部：

机械系

济南职业学院

毕业论文（设计）任务书

课题名称：

电动汽车动力及控制技术设计

系 部：_机械系

专 业：

汽车检测与维修__________

姓 名：_

学 号：

指导教师：_

二〇一一 年

4 月

25

日

一、毕业论文（设计）的目的与要求：

目的：

1、了解各种电动机的工作原理及性能然后结合汽车发动机性能和特性寻找可代替发动机的动力电机。

2、根据所掌握的汽车原理和电动机及其控制原理各种蓄电池特点设计出合理的电动汽车动力部分和控制部分以满足电动汽车的使用需求。

要求：

1、设计出的动力电机和控制部分必须符合理论及实践要求。

2、设计所提到的公式或图形必须有理论来源而且要简明扼要，条理清晰。

二、毕业论文（设计）的内容：

首先分析、了解电动汽车的基本构造和原理，通过对电动汽车的了解结合现实需找可以替代内燃机的动力电机。

本文主要围绕电动机以及目前普遍使用的电动车控制系统主要参数作出分析，例如转速与转矩的关系、转速与功率的关系、功率与转矩的关系以及传动比、蓄电池的比能量等，设计出合理的电动车动力系统和控制系统。

三、毕业论文（设计）进程的安排

序 号 论文（设计）各阶段名称 日 期

备 注

1

2

3

4

5

6

搜集与电动车相关的资料

分析电动车控制电路原理

查找与电动机有关的资料

整理资料

整理论文

交论文

2011年2月

2011年3月

2011年3月

2011年4月

2011年4月

2011年4月

四、任务执行日期：

自

2011

年_ 2__月__21__日起，至__2011__年__04__月__25__日止。

学 生（签字）_______ ___

指导教师（签字）_________

系主任（签字）__________

毕业设计（论文）成绩评定表

系部：机械系 专业：汽车检测与维修 班级：1班

姓 名

设计（论文）题目

评定成绩： 签名： 年 月 日

评定成绩： 签名： 年 月 日

设计（论文）总成绩：

新能源汽车——电动汽车动力及控制技术设计

指导教师评语

评阅人评语注：设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）

答辩小组评语

答辩成绩： 组长签名： 年 月 日

新能源汽车

电动汽车动力及控制技术设计

摘要

随着世界环境的污染、全球石油危机日益严重而带动的石油价格不断上涨给汽车工业带来了不可忽视的冲击，也增强了人们开发新能源的意识，而新能源汽车更是人们关注的一大焦点。

目前电瓶式纯电动汽车以噪音小、耗能低、无污染、成本低、结构简单而成为新能源汽车发展的主流，世界很多国家都投入了大量的人力、财力去开发电动汽车。

本文主要围绕电动汽车的电动机以及目前普遍使用的电动车控制系统主要参数作出分析，例如转速与转矩的关系、转速与功率的关系、功率与转矩的关系以及传动比、蓄电池的比能量等，设计出合理的电动车动力系统和控制系统。

本文主要采用的技术有：

1、 电动机的转矩、转速、功率。

2、 电动机的主要调速方式。

关键词：电动机、发动机、转矩、变频调速、交流电动机、EV

目录

第一章 前言.................................................1

第二章 电动汽车构造与原理...................................2

第一节 电动车的种类...........................................2

第二节 蓄电池电动车...........................................4

第三节 燃料电池电动车.........................................10

第三章 电动车动力及控制设计.................................12

第一节 电动车驱动电机种类.....................................12

第二节 直流驱动电动机........................................14

第三节 交流驱动电动机........................................18

第四节 直流电动机的控制.......................................21

第五节 三项交流电动机的控制...................................24

第四章 我国电动汽车的缺陷...................................27

第五章 电动汽车的发展趋势...................................29

致谢........................................................31

附录一......................................................32

附录二......................................................33

参考文献....................................................39

第一章 前言

汽车工业的告诉发展，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。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源供给，各国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。

我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年成递增趋势。

由于电动汽车具有突出的环保方面的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。电动汽车使用的能源是可以用与发电的一切能源。因此使用电动汽车可以摆脱汽车对化石燃料的依赖，改善能源结构，使能源供给多样化，使能源的供给有保障。电动汽车在解决道路交通事故方面和传统汽车相比也具有一定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。

电动汽车具有良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点，即可以保护环境，又可以缓解能源短缺和调整能源结构，保障能源安全。目前发展电动汽车已成为各国政府和汽车行业的共识，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、研究和开发的观点，还是从实用的角度来看，了解和掌握电动汽车技术的社会需求会越来越大。

第二章 电动汽车构造与原理

第一节 电动车的种类

电动汽车的分类，如图2-1

电动汽车类纯电动汽车铅酸蓄电池 钠硫电池 镍锌电池

混合动力汽内燃机+电池

蓄电池 燃料电池

燃料电池蓄储能器

飞轮

燃料电池汽H2燃料电池 甲醇燃料电重燃料电池

燃料电池电蓄电池+电容空气电池

锂离子电池

电容

图2-1

电动汽车主要有蓄电池电动车和燃料电池电动车。

纯电动汽车车是以车载电源为能源的汽车，又称为EV。目前纯蓄电池电动车是由充电式蓄电池为能源的电动车。目前这种电车普遍使用的电池一般都是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池又有很多种类，常见的有个干呵电式蓄电池、湿荷电式蓄电池、阀控式蓄电池、免维护蓄电池、胶体蓄电池、水平板式蓄电池等。

动力部分广泛使用的是直流串励电动机和直流他励电动机，这种电机启动转矩大，具有\"软\"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，控制电流大，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。

燃料电池电动车目前使用的较少，因为燃料电池由于技术还不成熟其结构复杂，价格昂贵等缺点而限制了其适用范围，不过燃料电池转换效率高、无污染、运行噪声低、续驶里程长、无需充电时间（加氢式）等优点被电动车未来的发展所看好。其动力和控制部分除了电池组部分有所不同外其他都大同小异。

第二节 蓄电池电动车

2.2.1结构 如图2-2

加速器

电池 控制器 接触器 电动机

车轮

变速器/差速器

图 2-2

蓄电池电动车是由动力蓄电池向电动机供电从而驱动汽车行驶，是目前运用最广泛的电动车，其结构主要由动力蓄电池（车载电源）、控制器、接触器、控制电路、附加电路、DC/DC、DC/AC、电动机、变速器、附加电器、车身等组成。

蓄电池电动车是由多个动力蓄电池串联组成的电池组为电动车供电，电池组一般是36V~400V的直流电源，为了便于向一些低压用电设备供电，动力电池组还有DC/DC转换器。动力电池组采用并联或者串联的方式进行组合，在EV（电动汽车）上占据很大一部分有效的装载空间，在布置上有相当的难度，通常有“集中”布置和“分

散”布置两种形式。

控制器是电动车大脑，它控制着电池电量的输出、电动机的转速、转向、过载保护、能量反馈等等，目前使用的控制器分为两大类：直流控制器和交流控制器。直流控制器使用比较广泛的是串励电机控制器和他励电机控制器，在是使用方面也都有各自的优势。交流控制器现在在技术上也有了很大的提高，不如变频调速，不过由于成本高所以在使用范围上收到了很大限制。

电动机是整个电动车的动力输出部分，就像汽车的发动机。现在电动车上使用的电动机以直流电动机为主流，交流电动机目前在电动车上还没有得到广泛应用。直流电机在电动车上应用最广泛的主要有串励电机和他励电机。交流电动机的使用还是以三相交流异步电动机为主。

2.2.2 电动车原理

1、蓄电池

有关电池的常见术语

放电：电池向外电路输送电流的过程。

放电容量：电池在规定条件下的放电电量或有效工作时间。

储存寿命：电池在规定条件下储存结束时，电池仍能保持规定的性能和储存期限。

电池极端：电池连接外电路的部件。

电动势：组成电池的两个电极的平衡电位差。

放电率：放电率指放电是的速率，通常用“时率”和“倍率”表示。

充电：将外电路输入蓄电池的电能转换为化学能储存起来的操作过程。

充电率：蓄电池在规定的时间内充到额定容量所需的电流值。

恒压充电：充电时保持充电器端电压不变的一种充电方法。

恒流充电：充电时保持充电电流不变的一种冲电方法。

极化：极化是电池由静止状态即电流为零转入工作状态产生的电池电压、电极电为的变化现象。

上一节我们说过，目前电动车上普遍使用的电池一般还都是铅酸蓄电池，但是这种电池有普通电池还有很大区别。动力铅酸蓄电池既要求有瞬时大电流放电特点，又要求铅酸蓄电池有持续大电流放电的能力。动力铅酸蓄电池有以下几个特点：

（1）单格电压高，汽车用铅酸蓄电池单格额定电压可达2.0V，开路电压2.1V，工作电压1.8V-2.0V。

（2）比功率和功率密度大，内阻小，长时间可输出大电流。

（3）性能可靠，冲放电可逆性好。

（4）循环次数多，寿命长。

（5）结构简单，价格低廉。

目前，电动汽车上应用最广泛的电源依然是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。

2、电池组的管理系统

动力电池组的管理系统包括对动力电池组的充电和放电时的电

流、电压、放电深度、再生制动反馈的电流、电池的自放电率、电池的温度等进行控制。因为个别蓄电池性能变化后，影响到整个动力电池组的性能，用蓄电池管理系统来对整个动力电池组和对动力电池组中的每个单体电池进行监控，保持各个电池间的一致性，还要建立动力电池组维护系统，来保证电动车的正常运行。

电池组管理系统组成

电动车上动力电池组是它的主要电源，电动车全靠动力电池组提供电源。根据电动汽车所采用的电池的类型和动力电池组的组合方法，电池组管理系统主要包括：热管理系统；电池管理系统；电线线路管理系统。

动力电池组管理系统的功能和作用

动力电池组管理系统要承担动力电池组的全面管理，一方面保证动力电池组的正常运作，显示动力电池组的动态响应并及时报警，使驾驶员随时都能掌握动力电池组的情况。另一方面要对人身和车辆进行安全保护，避免因电池引起的各种事故。

电动汽车目前之所以没有得到有效的推广主要就是速度、充电时间和续驶里程收到了很大的限制，若想在这方面得到提高电池技术是一个重点。

2.2.3 驱动电机和驱动系统

驱动电机是EV的动力装置，这也是EV与内燃机汽车的根本区别之处。现代EV所采用驱动电机主要是交流电动机、永磁电动机、和开关阻尼电动机等。

电动车驱动系统由驱动电动机和驱动操纵系统共同组成，随着电动车结构形式不同，采用了不同驱动系统。电动车的驱动系统由集中驱动系统和轮毂驱动系统两驱动系统。

电动车的驱动系统总布置形式有以下几种，其特征如表2-1 所示：

（1）传统驱动模式

（2）电动机—驱动桥组合式驱动系统

（3）电动机—驱动桥整体式驱动系统

（4）轮毂电动机分散驱动系统

表2-1 EV的驱动系统总体布置形式、结构模型、特征

项目 结构模型 特征

传统的驱动模式

1.电动机代替发动机；

2.仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成；

3.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）等各种驱动模式；

4.结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能

电动机

—驱动桥组合式驱动系统

1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，形成电动机—驱动桥组合式驱动系统；

2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；

3.传动机构紧凑，传动效率高，安装方便

电动机

—驱动桥整体式驱动系统

1.在电动机端盖处装置变速齿轮、差速器等驱动总成，电动机有一个空心轴，有一个驱动桥的半轴从电动机空心轴中通过；

2.有电动机前置、驱动桥前置、（F-F），电动机前置、驱动桥后置（F-R）、驱动桥后置（R-R）等驱动模式；

3.传动机构紧凑，传动效率高，可以作为驱动桥布置在车架下面

轮毂电

动机分

1.电动机装在车轮轮毂中，可以有4×2和4×4两种布置方式，各个车轮之间的

散驱动系统

同步转动或差速转动由中央控制器的计算机系统控制；

2.4×2布置方式有双前轮驱动模式和双后轮驱动模式；

3.4×4布置方式可以实现4轮驱动模式;

4.能腾出大量有效空间，便于布置

第三节 燃料电池电动汽车

2.3.1燃料电池电动汽车的构成

燃料电池电动汽车的外形和内部空间与普通内燃机汽车几乎没什么差别，特别是燃料电池电动轿车与普通内燃机轿车的外形无任何区别。单凭外形是无法区分燃料电池汽车与普通内燃机汽车的。燃料电动汽车与传统汽车不同之处在于动力系统。燃料电池电动汽车的动力系统主要由动力控制单元、电动机、电池组、燃料箱、储能装置及燃料加入口等组成。

燃料电池电动汽车的动力系统组成是很复杂的，主要组成为燃料系统、空气供给系统、控制器、燃料电池组、蓄电池、DC/DC转换器、DC/AC逆变器、电动机或发电机及驱动齿轮等。

2.3.2燃料电池电动汽车的种类

虽然燃料电池汽车的历史并不长，但由于燃料电池汽车具有突出的环保、节能优势，各种各样结构的燃料电池汽车不断问世。为了便与区分各种燃料电池汽车的结构特征，对燃料电池汽车进行科学的分类是十分必要的，目前常见的方法有三种。

1、是根据汽车是否带有储能设备（如蓄电池、飞轮等）分类，据此可把燃料电池汽车分为纯燃料电池汽车和混合（复合）式燃料电池汽车。

2、根据燃料特点把燃料电池汽车分为直接燃料电池汽车和重整燃料电池汽车。

3、分句燃料氢的储存方式的不同可以把燃料电池汽车分为压缩氢燃料电池汽车、液氢燃料电池汽车和合金吸附氢燃料电池汽车三种。

2.3.3燃料电池电动汽车动力系统的工作原理

由燃料电池组出发的电流经DC/DC逆变器后进入电动机驱动汽车行驶或经DC/DC转换器向蓄电池充电，当汽车行驶时需要的动力超过电池的发电能力时，蓄电池也参与工作，其电流经过DC/DC转换器进入电动机驱动汽车行驶。如图2—3所示

图2-3

燃料电池电动汽车动力系统的工作原理

2.3.4燃料电池电动汽车的驱动形式

驱动电机及其控制系统是燃料电池汽车的心脏，它的主要功能是使电能转变为机械能，并通过传统系统将能量传动到车轮驱动车辆行

驶。

其基本构成有两个部分：电机及控制器。电机由控制器控制，是一个将电能转变为机械能的装置。控制器的作用是将动力源的电能转变为适合于电机运行的另一种形式的电能，所以控制器本质上是一个电能变换控制装置。

目前，燃料电池可以采用的电机驱动系统有直流电机驱动系统、异步电机驱动系统、同步电机驱动系统和开关磁阻电机驱动系统。

第三章 电动车动力及控制设计

第一节 电动车驱动电机种类

电动机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机也称（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。

3.1.1驱动电动机的种类

电动机可分为交流电动机、直流电动机、交/直流点动机、控制电动机、开关、磁阻电动机及信号电动机等多种。适用于电力驱动的电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类。目前在电动汽车上已应用的和应用前景的有直流电动机、交流感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。

3.1.2 电动车驱动电机

电动汽车由电动机驱动，电动机是电动汽车的关键部分。要使电动汽车具有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速、足够大的启动扭距，还要具有体积小、质量轻、效率高且具有动态制动性强和能量回馈的性能。

电动汽车对电动机的基本要求：

电动汽车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要求是很高的，主要有：

1．电动汽车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为3～4)，加速性能好，使用寿命长的特点。

2. 电动汽车用电动机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求。

3．电动汽车用电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率，这在内燃机汽车上是不能实现的。

4．电动汽车用电动机应在整个运行范围内，具有高的效率，以提高1次充电的续驶里程。

另外还要求电动汽车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等

第二节 直流电动机

3.2.1电动机的基本构造

直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座组成。主磁极铁芯上套有线圈，通入直流励磁电流便会产生磁场，即主磁场。换向极也由铁芯及套在上面的线圈组成，其作用是产生附加磁场。以减弱换向片与电刷之间的火花，避免烧蚀。机座除作电动机的机械支架外，还作为各磁极间磁的通路。转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇组成。转子铁芯用来安装转子绕组，并作为电动机磁路的一部分。转子绕组的主要作用是

产生感应电动势并通过电流，以产生电磁转矩。换向器由换向片组成，换向片按一定规律与转子绕组的绕组元件连接。

3.2.2直流电动机的工作原理

如图 3-1 直流电动机的工作原理图

图 3-1

直流电动机包括俩个在空间固定的永久磁铁，一个为N极，另一个为S极。在磁极的中间，装有一个可以转动的线圈，它的首末两端分别接到两片圆弧形的换向片（铜片）上，两个换向片之间、换向片与转轴（与线圈一起旋转）之间均相互绝缘，为了把电枢绕组和外电路接通，在换向器上安置了两个固定不动的电刷。由于电刷和电源固定连接，因此无论线圈怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。由左手定则可知，通电线圈在磁场中受到逆时针方向的力矩作用。虽然电流方向是交替变化的，但所受的电磁力的方向不改变，因此线圈可以连续地按逆时针方向旋转。这就是直流电动机的各种原

理

3.2.3直流电动机的运动特性与特点

1、运动特性

直流电动机的运动特性包括工作特性和机械特性。工作特性是指电动机在额定电压、额定励磁电流不变的情况下，其转速、转距和输出功率之间的关系。机械特性是指在额定电压和电磁绕组不变的情况下，转距与转速的关系，如图

电 机－永磁

N

A

S

转速－转矩变化曲线，固定

转速

电流

转矩

电流

转矩

图3-2 直流电动机特性曲线图

电 机－串励

A

励磁绕组

电枢

电枢电流＝励磁电流

转速

电流

转速

转速－转矩变化曲线，固定

电流

转矩

图 3-3

直流串励电动机特性曲线

电 机－他励

励励磁和电枢独立受控

转速－转矩变化曲线，可变

电流

流电

转速

转矩

图3-4 他励电动机特性曲线

A

电枢

磁绕组

转速

2、特点

直流电动机的构造较复杂，价格也比交流电动机昂贵,维护维修也较困难。近年来，由于变频调速技术的发展，在中小功率的电动机调速领域中，交流电动机正逐步取代直流电动机。

尽管如此，由于直流电动机具有转速稳定、便于大范围平滑调速、起动转矩较大等优点，因此，广泛用于要求进行平滑、稳定、大范围的调速或需灵活控制起动、制动的生产机械。

第三节 交流驱动电机

3.3.1三相异步感应电动机

1、三相异步感应电动机的结构

三相异步感应电动机性能优越、结构简单、成本较低目前在电动汽车上已经得到很广泛的应用。其结构主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,被广泛应用于各个领域。

三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都是由定子和转子这俩大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、 风扇、风扇罩、接线盒、吊环等其他附件。

在交流异步电动机中，定子绕组流过依次相差120度相位角的三相交流电时，产生旋转磁场。该旋转磁场在转子绕组中产生感应电动势，因为绕组是闭合电路，所以产生感应电流，有电流的绕组导体在旋转磁场中产生电磁力，对转轴形成电磁转距带动转轴转动。

2、三相交流异步电动机的工作原理

定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场。当三相电流不断地随时间变化时，所建立的合成磁场也不断地在空间旋转，如下图3-5所示。旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。

图 3-5

定子旋转磁场旋转切割转子绕组，转子绕组产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。由于转子绕组自身闭合，便有电流流过，并假定电流方向与电动势方向相同，转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，其方向由“左手螺旋定则”判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩)，并可见，它的方向与定子旋转磁场(即电流相序)一致，于是，电动机在电磁转矩的驱动下，顺着旋转磁场的方向旋转，且一定有转子转速。有转速差是异步电动机旋转的必要条件，异步的名称也由此而来。

3、三相交流异步电动机的机械特性

在三相交流异步电动机的机械特性图中，存在两个工作区：稳定运行区和不稳定运行区。在机械特性曲线的AB段，当作用在电动机轴上的负载转矩发生变化时，电动机能适应负载的变化而自动调节达到稳定运行，故为稳定区。机械特性曲线的BC段，因电动机工作在该区段时其电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化，故为不稳定区。T-n的曲线图3-6所示，即为电动机的机械特性曲线。

三相异步交流电动机的机械特性与汽车发动机的特性在一定范围内转矩与转速成正比而且两者都有恒转矩、恒功率的工作状态，在这方面三相异步电动机与发动机有很大的相似之处，所以现在电动车的驱动电机正在逐步向三项交流电动机发展。

如图3-7 汽车发动机的特性曲线图

图 3-6 T=9550P/n 图 3-7 T=9550P/n

3.3.2 其他交流电动机

1．单相异步电动机

单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。

定子由机座和带绕组的铁心组成。铁心由硅钢片冲槽叠压而成，槽内

嵌装两套空间互隔90°电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副绕组）。主绕组接交流电源，辅绕组串接离心开关S或起动电容、运行电容等之后，再接入电源。

转子为笼型铸铝转子，它是将铁心叠压后用铝铸入铁心的槽中，并一起铸出端环，使转子导条短路成鼠笼型。

单相异步电动机又分为单相电阻起动异步电动机，单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机和单相双值电容异步电动机。

单相异步电动机由于存在很多缺陷所以在电动车技术上应用较少。

第四节 直流电动机的控制

3.4.1直流串励电动机

直流串励电动机具有较好的软机械特性在电动车上得到了广泛的应用，其调速方式是通过改变励磁绕组电流的大小来控制电动机的转速。换向则是通过换向接触器改变励磁绕组电流的方向从而达到电动机翻转的目的。如图 3-8 所示 加速器给控制器一个调速信号，然后由控制器来控制励磁电流的大小。

图 3-8

串励电动机控制电路详见附录一

串励电动机的特点：

1、电枢线圈与励磁线圈串联

2、电枢电流与励磁电流相同

3、在换向结构中需安装换向接触器，依靠控制器外围接线，改变励磁电流方向完成换向。

4、无再生制动，释放加速器，一般只能滑行，无平滑制动；

只能反接制动，能量通过电机发热消耗，对电机损伤较大

? 5、转矩和速度曲线固定，无调节空间，控制器必须与电机相匹配，无法

根据需要选择速度和转矩。

? 3.4.2 直流他励电动机

? 直流他励电动机的调速方式一般采用改变电动机电枢的供电电压来控制电动机的转速。换向则可以由控制器直接控制电动机的正反转。

? 如图 3-9 所示

?

?

?

?

?

?

?

?

? 图 3-9

? 他励电动机的特点：

? 1、励磁线圈与电枢线圈各自独立，便于换向，励磁电流小于电枢电流，

优越的制动性能。

? 2、无需换向接触器，降低系统成本；减少活动部件；依靠控制器内部

“MOSFETs”改变励磁电流方向完成换向；

? 3、再生制动：释放加速器，自发平滑制动；降低电机发热，延长使用寿

命；无需再生制动接触器，降低成本，减少活动部件。

? 4、在选择转矩和速度曲线之间有更大的空间，控制器必须与电机相匹，

满足爬坡所需的速度和转矩。

如图3-10他励电动机改变电动机电枢的供电电压调速特性图

?

?

?

图 3-10

第五节 三项交流电动机的控制

3.5.1 结构

随着交流变频技术的发展与成熟，三项交流异步电动机的变频调速技术逐步应用到了电动车上。这一技术也使电动汽车得到快速发展。

其结构如下图 3-11

直流电源

DC/AC

逆变器

车轮

三项交流异步电动机

变速器/差速器

控制信号 变频控制器

车轮

图 3-11

在很多电动汽车设计理念中大多都抛弃了变速器的使用，而仅仅靠调节电动机的转速来控制整个车的行驶速度以达到无级变速的目的。我认为这很不合理，因为无论是汽车的发动机还是电动车电动机它们在高速运行时都有很大的缺陷，而且功率和转矩很不稳定。若想即保证电动机在稳定区域运转又使电动汽车高速行驶变速器是不可缺少的部分。

3.5.2 变频调速

三相异步电动机转速公式：n=60f/p(1-s)

变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点：

1、效率高，调速过程中没有附加损耗

2、应用范围广，可用于笼型异步电动机

3、调速范围大，特性硬，精度高

4、技术复杂，造价高，维护检修困难

对变频调速的要求：

?m??N，以防止定子铁心过饱和； （1）主磁通

Temax）尽可能保持不（2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩

变。保证电机可靠运行。

变频调速分为：

（1）、基频以下的变频调速

（2）、基频以上的变频调速

? 基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速；

? 变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围宽；

? 频率连续可调，可以实现无级调速

三相交流异步电动机的变频调速性能优越，可以实现横转矩和恒功率调速，这在电动汽车应用方面非常重要，是电动汽车目前最佳动力电机选择，并且越来越被电动车生产企业所重视。

变频调速相见附录二

3.5.3 电动车的起步和加速

目前市场上的大部分电动车在起步是电动机的转速是通过加速器由0加速到正常行驶转速，这种加速势必会造成电动机及整车电网电流过大（可达100~200A），这样大的电流不仅回影响电动机、电池、控制器及整车控制电路的使用寿命而且还会加快电池电量的消耗，缩短行驶里程。

而三相交流异步电动机的起动转矩很小，紧靠电动机的起步很难带动电动车，也会增加电动车的加速时间，所以我认为如果使用三相交流异步电动作为电动车的动力电机的话那么电动机就应该像汽车发动机那样有一个待速，然后通过变速箱去操控电动车的行驶、变频加速器控制电动车的加速和巡航（恒功率和恒转矩范围内）。只有这样电动汽车的行驶速度和加速性能才有可能达到像汽车性能那样优秀。

第四章 我国电动汽车的缺陷

续驶里程

目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100-300km，并且这个数字通常还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池调节系统才能得到保证，而绝大多数电动汽车在一般行驶环

境下的续驶里程只有50-100km。比起传统燃油汽车而言，电动汽车的较短续驶里程成为其致命的弱点。

蓄电池使用寿命太短

普通蓄电池充放电次数仅为300-400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700-900次，按每年充放电200次计算，一个蓄电池的寿命最多为4年，与燃油汽车的寿命相比太短。另外，不同类型的电池在性能方面都有各自的优势和不足。例如，铅酸电池成本低，原材料丰富且易于回收，但续驶里程短、加速动力差且寿命短。镍镉电池加速动力足、寿命较长，但其成本高、可回收性差。钠硫电池的比能量较高，能够提供较长的续驶里程，但它要求的工作环境较苛刻，且其活性物质具有强腐化性并易爆炸。就整体来看，成熟电池的寿命都相对较短。

蓄电池尺寸和质量的制约

现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身装备质量大，就会影响加速性能和最大车速的提高。

电动汽车价格昂贵

主要是电池技术复杂，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。电动汽车蓄电池的价格约为100美元／kW.h，甚至有的高达350美元／kW.h，成本太高，用户难以承受。

第五章

电动汽车的发展趋势

纯蓄电池驱动的超微型汽车

这种汽车降低了汽车的动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高．较适合于市内或社区小范围内使用。由于多数采用了镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等高性能电池，车辆性能较有保证，已进人小批量试生严阶段。比如，日本的Hypermini采用了高性能锂离子电池，最高时速为90km，一次充电可行驶115 km．是一款适合未来城市道路行驶的家庭轿车。

驱动电机呈多样性发展

美国倾向于采用交流感应电机，其主要优点是结构简单、可靠，质量较小，但控制器技术较复杂；日本多采用永磁无刷直流电机．优点是效率高．起动扭矩较大，质量较小，但成本较高，且有高温退磁、抗振性较差等不足；德国、英国等大力开发开关磁阻电机，优点是结构简单、可靠．成本较低．缺点是质量较大，易于产生噪声。目前我国也研制成了稀土永磁无刷直流电机和开关磁阻电机?电动机的使用尚无定论，有待今后在使用中考验。

混合动力汽车

由于受到蓄电池性能的严重制约．使纯蓄电池型电动汽车的产业化进程举步维艰，于是混合动力汽车成了内燃机汽车和电动汽车之间的过渡产品，既充分发挥了现有内燃机技术优势，又尽可能发挥电机驱动无污染的优势。混合动力汽车将现有内燃机与一定的储能元器件通过先进控制系统相结合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放，同时技术成熟、价格便宜。

燃料电池汽车

燃料电池汽车在成本和整体性能上，特别是行程和补充燃料时间上明显优于其他电池的电动汽车，开且燃科电池所用的燃科(甲醇、汽油、柴油、天然气等)来源广泛，又可再生，并可实现无污染、零排放等环保标准。所以燃料电池轿车已成为世界各大汽车公司21世纪初激烈竞争的焦点。日本《东洋经济》报道.“当代技术革命将彻底改变2l世纪汽车业的面貌，这一改变就是在近几年出现的燃料电池车”。

目前，在电动汽车的商业化运作上，无论从产品技术还是从市场开发方面．都还面I临许多亟待解决的问题，这就需要政府的大力支持。比如，加快制定相关技术标准，出台对节能、 环保汽车的税费减免和补贴措施，在基础设施建设上提供便利条件等。

致谢

首先非常感谢鲁老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，放弃了自己的休息时间，这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向鲁老师表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！通过这一阶段的努力，我的毕业论文《新能源汽车——电动汽车动力及控制技术设计》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在本论文的写作过程中，我的导师鲁老师给了我很大的帮助，从选题到开题报告，从写作提纲，到一次又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢

在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

写毕业论文总结报告是一次再系统学习的过程，毕业论文答辩自述的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。我将铭记我曾是济南职业学院的一名学子，在今后的工作中把济南职业学院的优良传统发扬光大。

感谢各位老师评指导。

附录二

三相交流异步电动机变频调速