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1、電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)原理及其原理電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)原理及其原理 【摘要】 伴隨著汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，汽車(chē)帶來(lái)的環(huán)境污染，能源短缺，資源枯 竭和安全等方面的問(wèn)題越來(lái)越突出。為了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)人類(lèi)的居 住的環(huán)境和緩解能源供給。電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)運(yùn)而生，電動(dòng)汽車(chē)具有良好的環(huán)保性 能和有多種能源為動(dòng)力的顯著特點(diǎn)，既可以保護(hù)環(huán)境，又可以緩解能源的短 缺并能調(diào)整能源的結(jié)構(gòu)，保障能源的安全。本文主要簡(jiǎn)紹了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展 和優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)與管理，能量存儲(chǔ)與管理，電機(jī)的形式與驅(qū)動(dòng)，典型電動(dòng)汽 車(chē)的分析和電動(dòng)汽車(chē)所面臨的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞一 關(guān)鍵詞二（宋體，小四） 目目 錄錄 1 1 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義及其電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)

2、缺點(diǎn)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義及其電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)3 1.1 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義3 1.1.1 電動(dòng)汽車(chē)的歷史及現(xiàn)狀.3 1.1.2 電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì).3 1. 2 電動(dòng)汽車(chē)的主要問(wèn)題10 2 2 電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式及其工作原理電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式及其工作原理4 2.1 電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式4 2.2 電動(dòng)汽車(chē)的工作原理 3 電動(dòng)汽車(chē)的能量存儲(chǔ)裝置與能量管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的能量存儲(chǔ)裝置與能量管理系統(tǒng) 3. 1 電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池與儲(chǔ)能裝置 3.1.1 電池的分類(lèi) 3.1.2 普通鉛酸蓄電池 3.1.3 動(dòng)力鋰離子電池 3. 2 能量管理與供給系統(tǒng) 3.2.1 電動(dòng)汽車(chē)的能源管理系統(tǒng) 3.2.2 蓄電

3、池的充電原理與充電器 4 電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 4. 1 電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)及原理 4.1.1 直流電動(dòng)機(jī) 4.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī) 4.2.3 永磁電動(dòng)機(jī) 4.2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 5 電動(dòng)汽車(chē)性能參數(shù)分析電動(dòng)汽車(chē)性能參數(shù)分析 6 電動(dòng)汽車(chē)所面臨的主要問(wèn)題及其未來(lái)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)所面臨的主要問(wèn)題及其未來(lái)發(fā)展 結(jié) 束 語(yǔ)5 謝 辭6 文 獻(xiàn)7 1 1 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義及其電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn) 汽車(chē)自誕生不過(guò) 100 年的時(shí)間，其發(fā)展速度極快，且與人們生活的聯(lián)系 越來(lái)越緊密。汽車(chē)不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的代步和運(yùn)輸工具，已成為許多人的生活 必須品和文化生活的一部風(fēng)，甚至成為了一些人的流

4、動(dòng)辦公室。汽車(chē)的普及 程度和技術(shù)已成為一個(gè)國(guó)家或地區(qū)現(xiàn)代化的標(biāo)志。(內(nèi)容用小四號(hào)宋體，論 文字間距設(shè)置為：標(biāo)準(zhǔn)。行間距設(shè)置為：固定值 20 磅) 1.11.1 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義（小三號(hào)粗黑體，左對(duì)齊，單倍行距） 汽車(chē)已是當(dāng)今社會(huì)中不可缺少的一部分。可是其帶來(lái)的問(wèn)題也是尤為 嚴(yán)重的。最為嚴(yán)重的是環(huán)境和能源的問(wèn)題。 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的意義在于解決 現(xiàn)如今的能源與環(huán)境問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)一直是伴隨著爭(zhēng)議的發(fā)展的，盡管目前電動(dòng)汽 車(chē)配套體系不完善，但發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)中國(guó)是很有意義的，技術(shù)的不斷攻克與國(guó)家的政 策扶持為電動(dòng)汽車(chē)的地址在不斷的鋪路，預(yù)示著其在未來(lái)將有不凡的意義。 電動(dòng)汽車(chē)對(duì)中國(guó)的意

5、義 現(xiàn)階段的中國(guó)已經(jīng)面臨著石油短缺的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，急需研究開(kāi)發(fā)新能源來(lái)應(yīng)對(duì)能源安 全。電動(dòng)汽車(chē)戰(zhàn)略已經(jīng)成為我國(guó)新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決策。 隨著清潔能源的發(fā)展，煤電比例逐年減少，可以有效解決電動(dòng)汽車(chē)間接碳排放的問(wèn) 題。當(dāng)前，我國(guó)煤電約占發(fā)電總量 80%。據(jù)研究，當(dāng)煤電比例占 87%時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)和 傳統(tǒng)汽油車(chē)的碳排放已經(jīng)達(dá)到平衡點(diǎn)；當(dāng)煤電比例降至 65%時(shí)，和傳統(tǒng)汽車(chē)相比，電動(dòng) 車(chē)會(huì)實(shí)現(xiàn) 30%的碳減排。 發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的合理路徑 以小型車(chē)為突破口是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的合理路徑，因?yàn)樗羌夹g(shù)可支撐、政府貼得起、 百姓買(mǎi)得起、市場(chǎng)需求大的現(xiàn)實(shí)選擇。 政府的引導(dǎo)和支持是關(guān)鍵 推進(jìn)小型電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化，政府須采用財(cái)稅政

6、策加以扶持和引導(dǎo)。政府的引導(dǎo)和支 持是小型電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化成敗的關(guān)鍵，應(yīng)在以下幾方面著力。 第一，明確發(fā)展重點(diǎn)，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)設(shè)施先行。政府要抓緊電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃， 把發(fā)展小型電動(dòng)車(chē)放在優(yōu)先位置，作為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)予以支持；要采取有力措施， 合理布局和分工，加快產(chǎn)業(yè)鏈形成，扭轉(zhuǎn)當(dāng)前電動(dòng)車(chē)發(fā)展的無(wú)序狀態(tài)，防止出現(xiàn)一哄而 上，一哄而下的局面；防止以發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)之名進(jìn)行傳統(tǒng)汽車(chē)生產(chǎn)的重復(fù)建設(shè)；要抓緊 具有電動(dòng)汽車(chē)特色的電動(dòng)車(chē)標(biāo)準(zhǔn)和充電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的制定，加快充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為小 型電動(dòng)車(chē)進(jìn)入市場(chǎng)創(chuàng)造條件。 第二，推行綠色補(bǔ)貼和稅費(fèi)制度，大力推動(dòng)小型電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展。我國(guó)普遍存在“住 大房、乘大車(chē)、吃大餐

7、”的消費(fèi)觀(guān)念，有悖于建立節(jié)約型社會(huì)的目標(biāo)。許多發(fā)達(dá)國(guó)家并非 如此，小型車(chē)在歐洲和日本非常普遍，日本 1 升排量以下的微型車(chē)占轎車(chē)保有量的 40% 以上，2008 年新車(chē)銷(xiāo)量排行前十強(qiáng)中的六款為微型車(chē)。我國(guó)應(yīng)借鑒日本的小四輪車(chē)法， 出臺(tái)支持小型電動(dòng)車(chē)發(fā)展的政策，增加對(duì)小型電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)貼和免稅優(yōu)惠，并通過(guò)提高大、 中型燃油車(chē)相關(guān)稅費(fèi)，平衡稅收。各級(jí)政府應(yīng)將小型電動(dòng)汽車(chē)列入政府采購(gòu)清單，帶頭 使用，發(fā)揮表率和導(dǎo)向作用。 第三，加強(qiáng)科技投入，力求重大技術(shù)突破。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)很難通過(guò)引 進(jìn)獲得，須大力推動(dòng)自主創(chuàng)新?！笆晃濉逼陂g我國(guó)在新能源汽車(chē)的研發(fā)投入還不到發(fā)達(dá) 國(guó)家政府或大公司一年的投入。我

8、國(guó)應(yīng)大幅度增加投入，加強(qiáng)動(dòng)力電池的基礎(chǔ)科學(xué)和競(jìng) 爭(zhēng)前技術(shù)的研發(fā)，尋求原始創(chuàng)新的突破。引導(dǎo)建立產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，分工協(xié)作，統(tǒng)一部署， 加快電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中薄弱環(huán)節(jié)的研發(fā)。采取實(shí)際措施，加快電動(dòng)汽車(chē)和充電設(shè)施的標(biāo) 準(zhǔn)研究，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先，防止浪費(fèi)，保障安全。 環(huán)保是世人不斷追求的境界，電動(dòng)汽車(chē)將為環(huán)保，低碳領(lǐng)域帶來(lái)了一股新鮮空氣， 我們無(wú)法肯定的說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)將成為環(huán)保主力軍，但我們期待其為我們帶來(lái)不一樣的精彩。 (內(nèi)容用小四號(hào)宋體，論文字間距設(shè)置為：標(biāo)準(zhǔn)。行間距設(shè)置為：固定值 20 磅) 1.1.11.1.1 電動(dòng)汽車(chē)的歷史及現(xiàn)狀電動(dòng)汽車(chē)的歷史及現(xiàn)狀（四號(hào)粗黑體，左對(duì)齊，單倍行距） 說(shuō)了這么多我們先不談電動(dòng)

9、汽車(chē)的歷史。到底什么是電動(dòng)汽車(chē)？電 動(dòng)汽車(chē)是針對(duì)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛提出來(lái)的概念。謂之“電動(dòng)”，是因?yàn)樗哪茉词切铍姵囟皇?汽油（或柴油）等石油產(chǎn)品。純電動(dòng)汽車(chē)是指以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電 機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行 駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車(chē)輛。一般采用高效率充電電池，或燃料電池 為動(dòng)力源。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)需再用內(nèi)燃機(jī)，因此，電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng) 機(jī)，蓄電池相當(dāng)于原來(lái)的油箱，由于電能是二次能源，可以來(lái)源于風(fēng)能、水能、熱能、 太陽(yáng)能等多種方式。 現(xiàn)在的電動(dòng)汽車(chē)有三種形式： 純電動(dòng)汽車(chē)（Pure EV） 、混合動(dòng)力電動(dòng) 汽車(chē)（Hybrid Electric Vehicle：HEV）和燃料電池汽車(chē)（

10、Fuel Cell Vehicle：FCV） 。 電動(dòng)汽車(chē)的歷史要比內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)歷史遙遠(yuǎn)，1885 年，世界上第一 輛汽油機(jī)汽車(chē)由德國(guó)人卡爾本茨研制成功，并與 1886 年 1 月 26 日獲得專(zhuān)利， 后人為了紀(jì)念這位汽車(chē)之父，將 1886 年 1 月 26 日定為世界第一輛汽車(chē)誕生 日。而電動(dòng)汽車(chē)的歷史同樣可以追溯到 19 世紀(jì)，并且早于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的發(fā)明 時(shí)間，最早開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的人是法國(guó)和英國(guó)人。1881 年法國(guó)工程師古斯塔夫 特魯夫發(fā)明了第一輛電動(dòng)汽車(chē)鉛酸蓄電池動(dòng)力三輪車(chē)，可惜沒(méi)有留下 照片。接下來(lái)由英國(guó)人阿頓和培里與 1882 年發(fā)明的電動(dòng)三輪汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē) 在歐洲發(fā)明之后，很快傳到了

11、美國(guó)，并在美國(guó)得到了快速的發(fā)展。1890 年美 國(guó)第一輛蓄電池汽車(chē)在美國(guó)衣阿華州誕生，時(shí)速 23km/h。在此之后的十多年 里，電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)飛速發(fā)展，到 1912 年保有量已達(dá)到 33384 輛。雖然電動(dòng) 汽車(chē)的動(dòng)力和續(xù)駛里程很差，但對(duì)于當(dāng)時(shí)美國(guó)的道路和市區(qū)，對(duì)于當(dāng)時(shí)續(xù)駛 里程 30 英里并不認(rèn)為是一個(gè)嚴(yán)重的缺陷。英法兩國(guó)就不一樣了，由于歐洲歷 史悠久，文化古老，在主要城市之間當(dāng)時(shí)已有公路相連，無(wú)論什么天氣，車(chē) 輛都能行駛。因此，在英國(guó)和法國(guó)，汽油動(dòng)力車(chē)成為主要對(duì)象。 到 20 世紀(jì)初，美國(guó)以蓄電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)占汽車(chē)保有量的 38%，其比例僅此與占汽車(chē)保有量 40%的蒸汽機(jī)汽車(chē)。到了 1

12、915 年，美國(guó)電 動(dòng)汽車(chē)的年產(chǎn)量達(dá) 5000 輛。后來(lái)由于起動(dòng)機(jī)的發(fā)明促進(jìn)了汽油機(jī)的發(fā)展和美 國(guó)州際公路的發(fā)展，使電動(dòng)汽車(chē)不能適應(yīng)長(zhǎng)距離行駛的缺點(diǎn)更為突出，因而 電動(dòng)汽車(chē)走向衰落，在 1935 年到 1960 年的 25 年里，電動(dòng)汽車(chē)幾乎處于停產(chǎn) 狀態(tài)，并逐步退出使用。 20 世紀(jì) 60 年代，隨著汽車(chē)保有量的增加，汽車(chē)的排氣污染使美國(guó)等 發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出現(xiàn)光化學(xué)煙霧等空氣污染事故，使人們的健康與生命安全受 到了嚴(yán)重的威脅。因而，首先在受到汽車(chē)污染的威脅的汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家又 重新開(kāi)始電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)。如日本在 1976 年就成立了電動(dòng)汽車(chē)協(xié)會(huì)，并開(kāi)展 了電動(dòng)汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)工作。但是，由于電動(dòng)

13、汽車(chē)技術(shù)一直沒(méi)有重大突破， 到 20 世紀(jì) 80 年代電動(dòng)汽車(chē)的研究，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用仍然處于停滯不前的狀態(tài)。 1991 年美國(guó)三大汽車(chē)公司簽訂協(xié)議，合作研究電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)電池，成立了 美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體 USABC（United States Advanced Battery Consortiun）,同 年 7 月美國(guó)電力研究院 EPRI(Electric Power Research Institute)參加了美國(guó)先進(jìn) 電池聯(lián)合體，10 月布什總統(tǒng)批準(zhǔn)了 2.26 億美元撥款資助此研究項(xiàng)目。1990 年通用汽車(chē)公司在洛杉磯展出“沖擊(Impact)”牌電動(dòng)轎車(chē)。從此世界性的電 動(dòng)汽車(chē)研發(fā)熱潮拉開(kāi)

14、了序幕。直到今天幾乎所有的汽車(chē)廠(chǎng)家都在致力于電動(dòng) 汽車(chē)的研發(fā)。不論純電動(dòng)汽車(chē)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)還是燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。 （內(nèi)容用小四號(hào)宋體，論文字間距設(shè)置為：標(biāo)準(zhǔn)。行間距設(shè)置為：固定值 20 磅） （1） XXXXX（小四號(hào)宋體，固定值 20 磅） （2） XXXXX（小四號(hào)宋體，固定值 20 磅） 1.1.21.1.2 電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)（四號(hào)粗黑體，左對(duì)齊，單倍行距） 電動(dòng)汽車(chē)包括蓄電池車(chē)，燃料電池車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)三類(lèi)。由傳統(tǒng) 的汽車(chē)動(dòng)力（內(nèi)燃機(jī)等）和電力組成的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由于裝備了內(nèi)燃機(jī) 等傳統(tǒng)的汽車(chē)動(dòng)力，因此，此類(lèi)混合動(dòng)力車(chē)僅在以電力運(yùn)行時(shí)具備蓄電池汽 車(chē)和燃料電池的一

15、些優(yōu)勢(shì)。 1.良好的環(huán)境保護(hù)效果 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)通常以富氫氣體為燃料，這樣燃燒產(chǎn)物 CO2 的排放量 大大減少，這對(duì)緩解地球的溫室效應(yīng)是十分重要的。由于其沒(méi)有大量的含硫 含氮，所以在排放過(guò)程，幾乎不排放氮，硫氧化物，減輕了對(duì)大氣的污染。 蓄電池車(chē)以電力為動(dòng)力，混合以電為動(dòng)力，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在城市運(yùn)行時(shí) 也可以?xún)H使用儲(chǔ)存的電力。因此可以說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)是零排放汽車(chē)。 2噪聲低 燃料電池按電化學(xué)原理工作，運(yùn)動(dòng)部件很少，無(wú)內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪聲和進(jìn) 氣門(mén)，排氣門(mén)，活塞與曲軸等運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械噪聲。燃料電池系統(tǒng)中最大 的噪聲源是空氣壓縮機(jī)（僅采用壓力供氣的燃料電池）。在沒(méi)有采取隔聲措 施的燃料電池概念車(chē)中，空

16、氣壓縮機(jī)在汽車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲也相當(dāng)大。 總的來(lái)看燃料電池的噪聲明顯低于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。實(shí)驗(yàn)表明， 4.5MW 和 11MW 的大功率磷酸燃料電池電站的噪聲水平已經(jīng)達(dá)到不高于 55dB 的水平。蓄電 池汽車(chē)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)僅使用儲(chǔ)存的電力在城市運(yùn)行時(shí)也具備類(lèi)似特 點(diǎn)。因此可以說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)工作是產(chǎn)生的噪聲低，較傳統(tǒng)汽車(chē)安靜。 3.熱效率高 燃料電池按電化學(xué)原理等直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能。它不通過(guò)熱力過(guò)程， 因此不受卡諾循環(huán)的限制。在理論上它的熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá) 85%90%。但 實(shí)際上，電池在工作時(shí)由于各種限制，目前各類(lèi)電池實(shí)際的能量轉(zhuǎn)化效率 均在 40%60%的范圍內(nèi)。若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料的總利用率可

17、高達(dá) 80%以 上。汽油機(jī)和蓄電池汽車(chē)的熱效率相當(dāng)，蓄電池汽車(chē)的效率最低在電動(dòng)汽 車(chē)?yán)铮渲饕蛑皇怯谢瘜W(xué)能到電能轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率較低。 可見(jiàn)出蓄 電池外，電動(dòng)汽車(chē)具有較高的熱效率，因而運(yùn)行成本也較低。 4.可回收利用的能量多 對(duì)電動(dòng)汽車(chē)而言，很容易利用電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電的功能回收制動(dòng)或下坡 時(shí)的能量，從而使汽車(chē)的續(xù)駛里程增加，經(jīng)濟(jì)性提高。近幾年開(kāi)發(fā)的電動(dòng) 汽車(chē)都具有下坡，制動(dòng)或減速時(shí)的能量回收系統(tǒng)，具有能量回收系統(tǒng)的電 動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程增加 10%15%。 6.可以改善能源結(jié)構(gòu)，解決汽車(chē)的替代能源問(wèn)題 裝備蓄電池的電動(dòng)汽車(chē)所消耗的電能可以由普通電網(wǎng)得到，故所有獲 取電能的方法都可以用作電動(dòng)汽

18、車(chē)的能源獲取途徑，如水利發(fā)電，潮汐發(fā) 電，燃煤發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電等。燃料電池可以以氫，甲醇等非化石燃料為能 源，因此電動(dòng)汽車(chē)改變了傳統(tǒng)汽車(chē)單純依賴(lài)石油燃料的不足，既可以改變 能源的結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)化石燃料的不足，又可以作為石油枯竭的交通工具，因 此可以說(shuō)開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)具有重要的能源戰(zhàn)略意義。 1 1. .2 2 電電動(dòng)動(dòng)汽汽車(chē)車(chē)的的主主要要問(wèn)問(wèn)題題 1.續(xù)駛里程短，載質(zhì)量小 能量密度(指單位體積的動(dòng)力電池所能輸出的能量 )低除內(nèi)燃機(jī)混 合動(dòng)力車(chē)外的電動(dòng)汽車(chē)存在的最大的問(wèn)題。目前實(shí)際使用的電池有鉛酸電 池，鎳-鎘電池，鎳-氫電池，鋰離子電池等，常見(jiàn)的蓄電池比能量（指單 位質(zhì)量的動(dòng)力電池組所能輸出的能量）的范

19、圍為 35110W h/kg,而汽油的 低熱值為 44MJ/kg，可見(jiàn)汽油的能量密度約為蓄電池的 110340 倍，即使 把電動(dòng)機(jī)的工作效率高于發(fā)動(dòng)機(jī)這一因素考慮在內(nèi)，兩者之差也相當(dāng)懸殊。 鎳-氫電池，鋰離子電池等電動(dòng)機(jī)的 一次充電行駛里程目前雖然已超過(guò) 200km，最高車(chē)速已超過(guò) 130km/h，但這仍然難以和內(nèi)燃機(jī)相比。燃料電池 車(chē)由于采取了 35Mpa 的高壓存儲(chǔ)技術(shù)等各種措施，其續(xù)駛里程已超過(guò) 300km，但仍然無(wú)法與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力車(chē)雖沒(méi)有續(xù)駛里程 短的問(wèn)題，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在載重量上仍然難以與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相 比，加之其在制造成本和可靠性等方面的不足，目前仍然難以與

20、傳統(tǒng)的內(nèi) 燃機(jī)汽車(chē)相媲美。 2制造成高 目前純電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)格一般為同級(jí)燃油車(chē)的 25 倍。當(dāng)然生產(chǎn)規(guī) 模擴(kuò)大后，會(huì)有一定幅度的降低，但仍然難以達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的水平。內(nèi) 燃機(jī)混合動(dòng)力汽車(chē)價(jià)格明顯高于同級(jí)別的汽油車(chē)。燃料電池汽車(chē)的價(jià)格非 常貴，達(dá)到同級(jí)別的燃油汽車(chē)的數(shù)倍，甚至上百倍，還處于消費(fèi)者無(wú)法接 受的地步。 3.必須重新建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施和解決氫的來(lái)源問(wèn)題 除內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力車(chē)外的電動(dòng)汽車(chē)存在重新建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的問(wèn)題。 為了克服蓄電池充電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，需要在停車(chē)場(chǎng)或車(chē)庫(kù)建設(shè)類(lèi)似 燃油汽 車(chē)加油站的快速充電站。氫燃料電池汽車(chē)則需要解決氫來(lái)源問(wèn)題和建設(shè)加 氫站的問(wèn)題。 2 2 電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式及其工

21、作原理電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式及其工作原理 2.12.1 電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式電動(dòng)汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)形式 電動(dòng)汽車(chē)由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等三部分組成。 圖 1 電動(dòng)汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu) 雙線(xiàn)表示機(jī)械連接，粗實(shí)線(xiàn)表示電氣連接，細(xì)線(xiàn)表示控制信號(hào)連接。 下面是根據(jù)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不同，電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)分為以下六種不同的形式： 圖 2 電驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式 C離合器 D差速器 FC固定器 CB變速器 M電動(dòng)機(jī) 電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和 車(chē)輪，其功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能，并能夠 在汽車(chē)減速制動(dòng)時(shí)，將車(chē)輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。后一種功能稱(chēng)作

22、再生制動(dòng)。 電源系統(tǒng)包括電源、能量管理系統(tǒng)和充電機(jī)，其功用主要是向電動(dòng)機(jī)提 供驅(qū)動(dòng)電能、監(jiān)測(cè)電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。 輔助系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及 除霜裝置、刮水器和收音機(jī)等等，借助這些輔助設(shè)備來(lái)提高汽車(chē)的操縱性和 乘員的舒適性。 各個(gè)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)上的布置各式各樣，這是因?yàn)樵陔妱?dòng)汽車(chē)上能量是 通過(guò)柔性的電線(xiàn)而不是通過(guò)剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳輸?shù)模虼?，電?dòng)汽車(chē)各個(gè) 系統(tǒng)或各個(gè)部件的布置有很大的靈活性。例如一輛電動(dòng)機(jī)前置，前輪驅(qū)動(dòng)的 電動(dòng)汽車(chē)。充電機(jī)經(jīng)汽車(chē)前端的充電接口向置于汽車(chē)尾部的蓄電池充電。在 汽車(chē)行駛時(shí)，蓄電池經(jīng)控制器向電動(dòng)機(jī)供電。來(lái)自加速踏

23、板的信號(hào)輸入控制 器并通過(guò)控制器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)汽車(chē)傳 動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。 差速器是傳統(tǒng)車(chē)輛的標(biāo)準(zhǔn)組件，電動(dòng)汽車(chē)也采用這項(xiàng)技術(shù)。汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)， 外側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)彎半徑比內(nèi)側(cè)車(chē)輪大，必須利用差速器來(lái)調(diào)整兩側(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速， 否則，車(chē)輪會(huì)產(chǎn)生滑移從而引起輪胎磨損加劇、轉(zhuǎn)向困難、道路附著性能變 差等。對(duì)于傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)，無(wú)論是前輪驅(qū)動(dòng)還是后輪驅(qū)動(dòng)，機(jī)械式差速器 都是必備的。圖 3 所示為典型的機(jī)械差速器的結(jié)構(gòu)，差速器的行星齒輪繞各 自的軸旋轉(zhuǎn)，從而使兩個(gè)半軸齒輪能以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，如 果采用雙電動(dòng)機(jī)或者四個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或者四個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于每個(gè)電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速可以有效地

24、獨(dú)立調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)電子差速，在這種情況下，電動(dòng)汽車(chē) 可以不用機(jī)械差速器。圖 4 所示的是帶電子差速器的雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。 電子差速器比機(jī)械差速器體積小、質(zhì)量輕。人們對(duì)是否選用機(jī)械差速成器不 像對(duì)是否選擇可變速比或固定速比變速器的意見(jiàn)一致，如果電動(dòng)汽車(chē)采用單 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)就必須裝機(jī)械差速器，而多電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)就采用電子差速。電子差 速器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕，在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確的電子控制，提 高電動(dòng)汽車(chē)的性能；其缺點(diǎn)是由于增加了電動(dòng)機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器，增加了初始 成本，而且在不同條件下對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確控制的可靠性需要進(jìn)一步的 發(fā)展。近年來(lái)，由于電子控制器具有的容錯(cuò)能力 其可靠性得到很大的改善。

25、 如由三個(gè)微處理器組成的電子控制器 ，其中兩個(gè)分別控制左右兩個(gè)電動(dòng)機(jī)， 另一個(gè)用于控制與協(xié)調(diào)，通過(guò)監(jiān)測(cè)器來(lái)監(jiān)視彼此的工作情況以改善其可靠性。 圖 3 機(jī)械差速器 圖 4 帶電子差速器的雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 2.2 電動(dòng)汽車(chē)的工作原理電動(dòng)汽車(chē)的工作原理 電動(dòng)汽車(chē)的工作原理：蓄電池電流電力調(diào)節(jié)器電動(dòng)機(jī) 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛 電動(dòng)汽車(chē)的能量主要是通過(guò)柔性的電線(xiàn)而不是通過(guò)剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳 遞的，因此，電動(dòng)汽車(chē)各部件的布置具有很大的靈活性；其次，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的布置不同(如獨(dú)立的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等)會(huì)使系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)區(qū)別很大，采用不同類(lèi)型的電機(jī)(如直流電機(jī)和交流電機(jī))會(huì)影響到電動(dòng) 汽車(chē)的質(zhì)量

26、、尺寸和形狀；不同類(lèi)型的儲(chǔ)能裝置(如蓄電池和燃料電池)也會(huì) 影響電動(dòng)汽車(chē)的質(zhì)量、尺寸及形狀。另外，不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的 硬件和機(jī)構(gòu)，例如蓄電池可通過(guò)感應(yīng)式和接觸式的充電機(jī)充電，或者采用替 換蓄電池的方式，將替換下來(lái)的蓄電池再進(jìn)行集中充電。 根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號(hào)，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令 來(lái)控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電機(jī)和電源 之間的功率流。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)的動(dòng)能被電源吸收，此時(shí)功率 流的方向要反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動(dòng)及其能量的回 收，能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)一同控制充電并監(jiān)測(cè)電源的使用情況。輔助動(dòng) 力源供給電動(dòng)汽車(chē)

27、輔助系統(tǒng)不同等級(jí)電壓并提供必要的動(dòng)力，它主要給動(dòng)力 轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)及其它輔助裝置提供動(dòng)力。除了從制動(dòng)踏板和加速踏板給 電動(dòng)汽車(chē)輸入信號(hào)外，轉(zhuǎn)向盤(pán)也是一個(gè)很重要的輸入信號(hào)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根 據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)的角位置來(lái)決定汽車(chē)靈活地轉(zhuǎn)向。 電動(dòng)汽車(chē)（）的研究是在環(huán)境保護(hù)問(wèn)題及能源問(wèn)題日益受到關(guān)注的 情況下興起的。在性能提高并逐步邁向產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中，提高能量的儲(chǔ) 備與利用率是迫切需要解決的兩個(gè)問(wèn)題。盡管蓄電池技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但 由于受安全性、經(jīng)濟(jì)性等因素的制約，近期不會(huì)有大的突破。因此如何提高 能量利用率是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。制動(dòng)能量回收問(wèn)題對(duì)于提高的 能量利用率具有重要意義。電動(dòng)汽車(chē)采用電制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電

28、機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀 態(tài)，將汽車(chē)的部分動(dòng)能回饋給蓄電池以對(duì)其充電，對(duì)延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的行駛距 離是至關(guān)重要的。國(guó)外有關(guān)研究表明，在存在較頻繁的制動(dòng)與起動(dòng)的城市工 況運(yùn)行條件下，有效地回收制動(dòng)能量，可使電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離延長(zhǎng)百分之 十到百分之三十。 3 電動(dòng)汽車(chē)的能量存儲(chǔ)裝置與能量管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的能量存儲(chǔ)裝置與能量管理系統(tǒng) 3. 1 電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池與儲(chǔ)能裝置電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池與儲(chǔ)能裝置 3.1.1蓄電池儲(chǔ)能蓄電池儲(chǔ)能 目前我國(guó)還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池，最常用的 是鉛酸蓄電池，其次是堿性蓄電池。鉛酸蓄電池最常用的是 AGM 閥控電池， 其次是富液式蓄電池，還有膠體閥控蓄電池。蓄電池組由互相

29、連接的蓄電池 組成。先將若干個(gè)蓄電池（可達(dá) 120 個(gè)甚至更多） ，組成一個(gè)串聯(lián)蓄電池組， 然后若干個(gè)串聯(lián)蓄電池組再并聯(lián)，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的電壓、電量?jī)?chǔ)存等要求。并 聯(lián)的蓄電池組最多可達(dá) 7 組，但一般不超過(guò) 4 組。大部分單體蓄電池的電壓 分為 2V、6 V 和 12 V。相同電壓的蓄電池又有不同的容量，一般以 Ah 的形 式表示。2V 的單體蓄電池的容量最大可達(dá) 3000Ah，而 12V 的單體蓄電池容 量一般最大到 300Ah。2V 單體蓄電池的壽命一般比 12 V 單體蓄電池的長(zhǎng)， 但單位價(jià)格也高。 燃料電池具有組件性好、環(huán)保性能好、效率高、部分負(fù)荷時(shí)性能優(yōu)異、 功率范圍廣、響應(yīng)速度快、燃料

30、多樣化、維修性好、使用方便等性能特點(diǎn)， 非常適合作為移動(dòng)式和分散式電源使用。它在使用氫能產(chǎn)生電能的過(guò)程中不 產(chǎn)生任何污染物，而且氫是取之不盡的能源。隨著世界礦物資源的逐漸枯竭 和國(guó)際社會(huì)對(duì)自身環(huán)境的不斷關(guān)注，人類(lèi)迫切需要一種既環(huán)保又高效的可再 生能源發(fā)電裝置，來(lái)取代現(xiàn)有的礦物燃料發(fā)電設(shè)備和石化燃料動(dòng)力設(shè)備。燃 料電池作為氫能直接轉(zhuǎn)化為電能的潔凈發(fā)電裝置，必將成為這種替代能源裝 置的最佳選擇。它既是繼蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)之后的第三代動(dòng)力裝置，又是繼水 力、火力、核能之后的第四代發(fā)電設(shè)備。燃料電池不僅可以為現(xiàn)代交通工具 提供理想的動(dòng)力源，消除對(duì)環(huán)境的污染，也可以對(duì)分散的小型發(fā)電裝置，為 數(shù)以?xún)|計(jì)的用電設(shè)

31、備和千百萬(wàn)家庭提供電能。因此，燃料電池技術(shù)是 21 世紀(jì) 對(duì)人類(lèi)生活具有最重大影響的十大技術(shù)之一。 燃料電池的基本工作原理很簡(jiǎn)單，與普通電池相似。它是一種不經(jīng)過(guò)燃 燒而通過(guò)化學(xué)反應(yīng)把富氫燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置。燃料電 池的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以在產(chǎn)生電能的同時(shí)還產(chǎn)生了熱能。普通電池 的反應(yīng)物質(zhì)一般是難以補(bǔ)充的，反應(yīng)物質(zhì)消耗完了，電池也就壽終正寢了； 燃料電池在電化學(xué)反應(yīng)中所消耗掉的物質(zhì)是不斷補(bǔ)充的，從而可源源不斷地 產(chǎn)生電能，而無(wú)須進(jìn)行充電。燃料電池所使用的氫可取自天然氣、丙烷、甲 醇、汽油、柴油、煤以及可再生能源。氧化劑一般用空氣或純氧氣。因此一 個(gè)燃料電池系統(tǒng)就相當(dāng)于一個(gè)自

32、動(dòng)運(yùn)行的小型發(fā)電廠(chǎng)，它高效且無(wú)污染地將 貯存在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能。 3.1.2飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能 飛輪儲(chǔ)能是指利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能儲(chǔ) 存起來(lái)，在需要的時(shí)候再用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。 飛輪儲(chǔ)能器中沒(méi)有任何化學(xué)活性物質(zhì) ,也沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。旋轉(zhuǎn) 時(shí)的飛輪是純粹的機(jī)械運(yùn)動(dòng) ,飛輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為 : E =1/2J2 式中: J 為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; 為飛輪旋轉(zhuǎn)的角速度 . 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能與飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。而飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又正比 于飛輪的直徑和飛輪的質(zhì)量 ,過(guò)于龐大、沉重的飛輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí) ,會(huì)受到 極大的離心力作用,往往超過(guò)飛輪材料的極限強(qiáng)度

33、,很不安全。因此,用增 大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法來(lái)增加飛輪的動(dòng)能是有限的。 飛輪儲(chǔ)能裝置中有一個(gè)內(nèi)置電機(jī) ,它既是電動(dòng)機(jī)也是發(fā)電機(jī)。在充電時(shí) ,它 作為電動(dòng)機(jī)給飛輪加速 ;當(dāng)放電時(shí),它又作為發(fā)電機(jī)給外設(shè)供電 ,此時(shí)飛輪 的轉(zhuǎn)速不斷下降;而當(dāng)飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ,整個(gè)裝置則以最小損耗運(yùn)行。 飛輪 儲(chǔ)能具有效率高、建設(shè)周期短、壽命長(zhǎng)、高儲(chǔ)能、充放電快捷、充放電次 數(shù)無(wú)限以及無(wú)污染等有點(diǎn)。適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障 。 3.1.3雙層電容器儲(chǔ)能雙層電容器儲(chǔ)能 超級(jí)電容器，又叫雙電層電容器、電化學(xué)電容器, 黃金電容、法拉電容， 通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)，這

34、種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電 數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔 電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子， 實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正 極板附近。雙電層電容器與鋁電解電容器相比內(nèi)阻較大，因此，可在無(wú)負(fù)載 電阻情況下直接充電，如果出現(xiàn)過(guò)電壓充電的情況，雙電層電容器將會(huì)開(kāi)路 而不致?lián)p壞器件，這一特點(diǎn)與鋁電解電容器的過(guò)電壓擊穿不同。同時(shí)，雙電 層電容器與可充電電池相比，可進(jìn)行不限流充電，且充電次數(shù)可達(dá) 10 6 次以 上，因此雙電層電容不但具有電容的特性，同時(shí)也具有電池特性，

35、是一種介 于電池和電容之間的新型特殊元器件。 現(xiàn)在的能量系統(tǒng)已經(jīng)上升了一個(gè)大的臺(tái)階，正如普銳斯，普銳斯插電式 混合動(dòng)力車(chē)采用的技術(shù)與雪佛蘭 Volt 不同。這款車(chē)基本上仍是一輛普銳斯， 但配備了比普通混合動(dòng)力車(chē)更高容量的電池，你可以通過(guò)普通的家用插座為 電池充電。這款車(chē)完全依賴(lài)電力驅(qū)動(dòng)最長(zhǎng)可以行駛 12 英里（約合 19.3 公里） ， 此后它又會(huì)變成一輛普通的普銳斯混合動(dòng)力車(chē)，依靠電動(dòng)機(jī)和汽油引擎驅(qū)動(dòng) 車(chē)輪。而雪佛蘭 Volt 僅利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，在電池電量耗光之后，汽油引 擎僅作為發(fā)電機(jī)為電動(dòng)機(jī)提供電能。普銳斯插電式混合動(dòng)力車(chē)除了增加一個(gè) 用于給電池充電的插口外，它的電池也與普通的普銳斯

36、不同。豐田在這款車(chē) 上首次使用了鋰電池，很明顯，新的電池組具有比普通混合動(dòng)力車(chē)常見(jiàn)的鎳 氫電池更高的電量。另外其電壓也更高（達(dá)到 350 伏，而鎳氫電池為 200 伏） ， 因此可提供更強(qiáng)的動(dòng)力。這款車(chē)配備的電動(dòng)機(jī)與以前的普銳斯相同，但由于 電池性能以及電力更強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)功率為 67 馬力/50 千瓦，而以前為 27 馬力， 理論上這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的最大功率應(yīng)為 78 馬力。充電時(shí)間方面，豐田稱(chēng)，5 千瓦 時(shí)的電池在電壓為 100 伏電源插座上充電時(shí)間為 3 小時(shí)，在 200 伏電源上充 電時(shí)間降為 100 分鐘。如果周?chē)凶銐虻碾娫?，盡可能在每次停車(chē)時(shí)都充上 電，這樣每天純電動(dòng)模式行駛距離就將超過(guò)

37、12 英里。 3. 2 能量管理與供給系統(tǒng)能量管理與供給系統(tǒng) 3.2.1 電動(dòng)汽車(chē)的能源管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的能源管理系統(tǒng) 電動(dòng)汽車(chē)，尤其是純電動(dòng)汽車(chē)中的電池能量管理系統(tǒng)是該車(chē)的一種相當(dāng) 重要的技術(shù)措施，可以稱(chēng)為電動(dòng)汽車(chē)電池的“保護(hù)神”，它起到了對(duì)電池性能 的保護(hù)、防止個(gè)別電池的早期損壞、有利于電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行，并具有各種警 告功能等。由于它參加電池箱內(nèi)電池模塊的監(jiān)控工作使電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行、充 電等功能與電池的有關(guān)參數(shù)（電流、電壓、內(nèi)阻、容量）緊密相連和協(xié)調(diào)工 作。它有計(jì)算，發(fā)出指令、執(zhí)行指令和提出警告的功能。各種電池模塊雖然 有結(jié)構(gòu)和性能上的差異，但它們都具備一些相同或相似的功能。典型的電池 能量管

38、理系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能： 1、 對(duì)能量的檢測(cè)功能；2、對(duì)電池工作狀態(tài) 的監(jiān)測(cè)與控制功能 3、 保證充電功能 4、 DCDC、DCAC 轉(zhuǎn)換功能 5、 解決性能一致性的保護(hù)功能 6、 對(duì)電池模塊的冷卻和排除充電時(shí)產(chǎn)生的氫 氣 7、 監(jiān)測(cè)記錄控制功能。 3.2.2 蓄電池的充電原理與充電器蓄電池的充電原理與充電器 用電動(dòng)車(chē)充電器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可大致分為兩種。第一種是以 uc3842 驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的單 管開(kāi)關(guān)電源，配合 LM358 雙運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)三階段充電方式。220v 交流電經(jīng) T0 雙向?yàn)V波 抑制干擾，D1 整流為脈動(dòng)直流，再經(jīng) C11 濾波形成穩(wěn)定的 300V 左右的直流電。U1 為 TL3842

39、脈寬調(diào)制集成電路。其 5 腳為電源負(fù)極，7 腳為電源正極，6 腳為脈沖輸出 直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管 Q1(K1358) 3 腳為最大電流限制，調(diào)整 R25(2.5 歐姆)的阻值可以 調(diào)整充電器的最大電流。2 腳為電壓反饋，可以調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓。4 腳外接振蕩 電阻 R1，和振蕩電容 C1。T1 為高頻脈沖變壓器，其作用有三個(gè)。第一是把高壓脈沖 將壓為低壓脈沖。第二是起到隔離高壓的作用，以防觸電。第三是為 uc3842 提供工作 電源。D4 為高頻整流管（16A60V） ，C10 為低壓濾波電容，D5 為 12V 穩(wěn)壓二極管， U3(TL431)為精密基準(zhǔn)電壓源，配合 U2(光耦合器 4N35)

40、起到自動(dòng)調(diào)節(jié)充電器電壓的 作用。調(diào)整 w2(微調(diào)電阻)可以細(xì)調(diào)充電器的電壓。D10 是電源指示燈。D6 為充電指 示燈。 R27 是電流取樣電阻（0.1 歐姆，5w）改變 W1 的阻值可以調(diào)整充電器轉(zhuǎn)浮充 的拐點(diǎn)電流（200300 mA） 。 通電開(kāi)始時(shí)，C11 上有 300v 左右電壓。此電壓一路經(jīng) T1 加載到 Q1。第二路經(jīng) R5,C8,C3, 達(dá)到 U1 的第 7 腳。強(qiáng)迫 U1 啟動(dòng)。U1 的 6 腳輸出方波脈沖，Q1 工作， 電流經(jīng) R25 到地。同時(shí) T1 副線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng) D3,R12 給 U1 提供可靠電源。 T1 輸出線(xiàn)圈的電壓經(jīng) D4,C10 整流濾波得到穩(wěn)定的電壓

41、。此電壓一路經(jīng) D7（D7 起到 防止電池的電流倒灌給充電器的作用）給電池充電。第二路經(jīng) R14,D5,C9, 為 LM358(雙運(yùn)算放大器，1 腳為電源地，8 腳為電源正)及其外圍電路提供 12V 工作電 源。D9 為 LM358 提供基準(zhǔn)電壓，經(jīng) R26,R4 分壓達(dá)到 LM358 的第二腳和第 5 腳。 正常充電時(shí)，R27 上端有 0.150.18V 左右電壓，此電壓經(jīng) R17 加到 LM358 第三腳， 從 1 腳送出高電壓。此電壓一路經(jīng) R18,強(qiáng)迫 Q2 導(dǎo)通，D6（紅燈）點(diǎn)亮，第二路注入 LM358 的 6 腳，7 腳輸出低電壓，迫使 Q3 關(guān)斷，D10(綠燈)熄滅，充電器進(jìn)入恒

42、流 充電階段。當(dāng)電池電壓上升到 44.2V 左右時(shí),充電器進(jìn)入恒壓充電階段，輸出電壓維持 在 44.2V 左右，充電器進(jìn)入恒壓充電階段，電流逐漸減小。當(dāng)充電電流減小到 200mA300mA 時(shí)，R27 上端的電壓下降，LM358 的 3 腳電壓低于 2 腳，1 腳輸出 低電壓，Q2 關(guān)斷，D6 熄滅。同時(shí) 7 腳輸出高電壓，此電壓一路使 Q3 導(dǎo)通，D10 點(diǎn) 亮。另一路經(jīng) D8，W1 到達(dá)反饋電路，使電壓降低。充電器進(jìn)入涓流充電階段。12 小時(shí)后充電結(jié)束。 4 電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 4. 1 電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)及原理電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)及原理 電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)、直

43、流電動(dòng)機(jī)、交/直流兩用電動(dòng)機(jī)、 控制電動(dòng)機(jī)(包括步進(jìn)、測(cè)速、伺服、自整角等)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及信號(hào)電 動(dòng)機(jī)等多種。適用于電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)(將直流電能轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能的電動(dòng)機(jī))和交流電動(dòng)機(jī)(將交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī))兩大類(lèi)。 目前在電動(dòng)汽車(chē)上已應(yīng)用的和有應(yīng)用前景的有直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)(異步) 電動(dòng)機(jī)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。 4.1.1 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) 矩形線(xiàn)圈處于圖 3283 甲所示位置時(shí)，線(xiàn)圈中有 abcd 方向的電 流。依據(jù)左手足則，ab 邊受力方向向上，cd 邊受力方向向下。在這對(duì)力作用 下，線(xiàn)圈順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 線(xiàn)圈平面與磁力線(xiàn)垂直時(shí)，如圖 328

44、3 乙所示，ab 邊受力方向向上， cd 邊受力方向向下。這兩個(gè)力大小相等、方向相反，線(xiàn)圈處于平衡，這個(gè)位 置叫平衡位置。 線(xiàn)圈由于慣性順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置，如果線(xiàn)圈中電流方向仍是 abcd，則 ab 邊仍受方向向上的力，cd 邊仍受方向向下的力。這對(duì)力 阻礙線(xiàn)圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至使它反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （2）用電機(jī)原理說(shuō)明器講述換向器的構(gòu)造和作用。當(dāng)線(xiàn)圈穿過(guò)平衡位置 時(shí)，換向器立即改變線(xiàn)圈中電流的方向，從而保證線(xiàn)圈始終向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 換向器的構(gòu)造是兩個(gè)半圓形金屬環(huán) E、F，中間彼此絕緣，分別和線(xiàn)圈繞 組的兩個(gè)端頭相連，換向器和線(xiàn)圈都固定在同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，半環(huán) E、F 分別通 過(guò)電刷 B、

45、A 和電源相連，在圖 3283 甲位置，電刷 B 和半環(huán) E 接觸，電 流從 B 流入，經(jīng) E 到線(xiàn)圈中，沿 abcd 方向流到 F，通過(guò)電刷 A 流出， 在磁場(chǎng)力作用下，線(xiàn)圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；線(xiàn)圈轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，如圖 3283 乙， 電刷 A、B 和半環(huán)間的絕緣部分接觸，線(xiàn)圈中沒(méi)有電流。線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置， 如圖 3283 丙，半環(huán) E 和電刷 A 接觸，半圓環(huán) F 和電刷 B 接觸，線(xiàn)圈中的 電流方向改變?yōu)?FdcbaE，因此，線(xiàn)圈能按順時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 4直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 將永磁鐵取下，調(diào)轉(zhuǎn)方向后再裝上，這樣，改變了磁力線(xiàn)的方向，再接 通電路，可以看到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變。 保持磁力線(xiàn)的方

46、向不變，改變通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流方向，可以看到電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也改變。 5把激磁線(xiàn)圈卡在極靴上的凹口處，代替永磁鐵，將激磁線(xiàn)圈通過(guò)接線(xiàn) 柱與電樞繞組并聯(lián)（或串聯(lián)）構(gòu)成并激（或電激）式直流電動(dòng)機(jī)模型。 4.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī) 主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分， 在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。 如圖 4-1 三相線(xiàn)繞式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖4-1 定子由鐵心、繞組與機(jī)座三部分組成。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成，轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式 和線(xiàn)繞式。鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅 端環(huán)上而組成；線(xiàn)繞式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，由線(xiàn)圈

47、組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽 里。鼠籠式與線(xiàn)繞式兩種電動(dòng)機(jī)雖然結(jié)構(gòu)不一樣，但工作原理是一樣的。 1、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 如圖 4-2 定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)三相電流不斷地 隨時(shí)間變化時(shí)，所建立的合成磁場(chǎng)也不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，如下圖所示。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 旋轉(zhuǎn)方向與 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 4-2 三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(xiàn)，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋 轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向由“右手螺旋定則 ”確定。由 于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流流過(guò)，并假定電流方向與電動(dòng)勢(shì)方向相同，轉(zhuǎn)子繞 組感應(yīng)電流在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則 ”判斷。 該力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成

48、轉(zhuǎn)矩 (稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)矩)，并可見(jiàn)，它的方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) (即電流相 序)一致，于是，電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)下，順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，且一定有 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有轉(zhuǎn)速差是異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的必要條件，異步的名稱(chēng)也由此而來(lái)。電動(dòng) 機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T 和機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T2 相等，即 T=T2。 2、 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為轉(zhuǎn) 差率。描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相差的程度。在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，異步電動(dòng)機(jī) 的 電磁力產(chǎn)生原理 4-3 轉(zhuǎn)差率很小，僅在 001-006 之間。如圖 4-3 三相交流異步電動(dòng)機(jī) -機(jī)械特性 T-S 的曲線(xiàn)圖如下力圖左； T-n

49、 的曲線(xiàn)圖如下圖右，即為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲 線(xiàn)。 在機(jī)械特性圖中，存在兩個(gè)工作區(qū)：穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。在機(jī)械特性曲 線(xiàn)的 AB 段，當(dāng)作用在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)能適應(yīng)負(fù)載的變 化而自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，故為穩(wěn)定區(qū)。機(jī)械特性曲線(xiàn)的BC 段，因電動(dòng)機(jī)工作 在該區(qū)段時(shí)其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。 4.2.3 永磁電動(dòng)機(jī)永磁電動(dòng)機(jī) 同步發(fā)電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個(gè)直流磁場(chǎng)而產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的直 流電流，稱(chēng)為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。根據(jù)勵(lì)磁電流的供給方式，凡是從其它電 源獲得勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)，稱(chēng)為他勵(lì)發(fā)電機(jī)，從發(fā)電機(jī)本身獲得勵(lì)磁電源的， 則稱(chēng)為自勵(lì)發(fā)電機(jī)。

50、一、發(fā)電機(jī)獲得勵(lì)磁電流的幾種方式 1、直流發(fā)電機(jī)供電的勵(lì)磁方式：這種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)具有專(zhuān)用的直流發(fā) 電機(jī)，這種專(zhuān)用的直流發(fā)電機(jī)稱(chēng)為直流勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸， 發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組通過(guò)裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵(lì)磁機(jī)獲得直流電流。 這種勵(lì)磁方式具有勵(lì)磁電流獨(dú)立，工作比較可靠和減少自用電消耗量等優(yōu)點(diǎn)， 是過(guò)去幾十年間發(fā)電機(jī)主要?jiǎng)?lì)磁方式，具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)是勵(lì)磁 調(diào)節(jié)速度較慢，維護(hù)工作量大，故在 10MW 以上的機(jī)組中很少采用。 2、交流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式，現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)有的采用交流勵(lì)磁機(jī)提 供勵(lì)磁電流。交流勵(lì)磁機(jī)也裝在發(fā)電機(jī)大軸上，它輸出的交流電流經(jīng)整流后 供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁

51、，此時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式屬他勵(lì)磁方式，又由于采用 靜止的整流裝置，故又稱(chēng)為他勵(lì)靜止勵(lì)磁，交流副勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交 流副勵(lì)磁機(jī)可以是永磁機(jī)或是具有自勵(lì)恒壓裝置的交流發(fā)電機(jī)。為了提高勵(lì) 磁調(diào)節(jié)速度，交流勵(lì)磁機(jī)通常采用 100200HZ 的中頻發(fā)電機(jī)，而交流副 勵(lì)磁機(jī)則采用 400500HZ 的中頻發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組和 三相交流繞組都繞在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子只有齒與槽而沒(méi)有繞組，像個(gè)齒輪，因 此，它沒(méi)有電刷，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工 藝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪音較大，交流電勢(shì)的諧波分量也較大。 3、無(wú)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式： 在勵(lì)磁方式中不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的勵(lì)磁機(jī)，而從發(fā)電機(jī)本身

52、取得勵(lì)磁電源，經(jīng)整流 后再供給發(fā)電機(jī)本身勵(lì)磁，稱(chēng)自勵(lì)式靜止勵(lì)磁。自勵(lì)式靜止勵(lì)磁可分為自并 勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種方式。自并勵(lì)方式它通過(guò)接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器取得 勵(lì)磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，這種 勵(lì)磁方式具有結(jié)簡(jiǎn)單，設(shè)備少，投資省和維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。自復(fù)勵(lì)磁方 式除沒(méi)有整流變壓外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路的大功率電流互感器。 這種互感器的作用是在發(fā)生短路時(shí)，給發(fā)電機(jī)提供較大的勵(lì)磁電流，以彌補(bǔ) 整流變壓器輸出的不足。這種勵(lì)磁方式具有兩種勵(lì)磁電源，通過(guò)整流變壓器 獲得的電壓電源和通過(guò)串聯(lián)變壓器獲得的電流源。 二、發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁電流的有關(guān)特性 1、電壓的調(diào)節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)可以看成為一個(gè)以電壓

53、為被調(diào)量的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。無(wú)功 負(fù)荷電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓下降的主要原因，當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)，發(fā)電機(jī) 的端電壓將隨無(wú)功電流的增大而降低。但是為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求， 發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本保持不變，實(shí)現(xiàn)這一要求的辦法是隨無(wú)功電流的變化 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。 2、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)： 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為是與無(wú)限大容量電源的母線(xiàn)運(yùn)行，要改 變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，感應(yīng)電勢(shì)和定子電流也跟著變化，此時(shí)發(fā)電機(jī)的無(wú)功電 流也跟著變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)與無(wú)限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為了改變發(fā)電機(jī)的 無(wú)功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。此時(shí)改變的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流并不是 通常所說(shuō)的“調(diào)壓”，而是只是改變了送入系統(tǒng)的

54、無(wú)功功率。 3、無(wú)功負(fù)荷的分配： 并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)根據(jù)各自的額定容量，按比例進(jìn)行無(wú)功電流的分配。大容 量發(fā)電機(jī)應(yīng)負(fù)擔(dān)較多無(wú)功負(fù)荷，而容量較小的則負(fù)提供較少的無(wú)功負(fù)荷。為 了實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷能自動(dòng)分配，可以通過(guò)自動(dòng)高壓調(diào)節(jié)的勵(lì)磁裝置，改變發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁電流維持其端電壓不變，還可對(duì)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進(jìn)行調(diào) 整，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷的合理分配。 三、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的方法 在改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流中，一般不直接在其轉(zhuǎn)子回路中進(jìn)行，因?yàn)樵摶芈?中電流很大，不便于進(jìn)行直接調(diào)節(jié)，通常采用的方法是改變勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電 流，以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的目的。常用的方法有改變勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路 的電阻，改變勵(lì)磁

55、機(jī)的附加勵(lì)磁電流，改變 可控硅的導(dǎo)通角等。這里主要講改變可控硅導(dǎo)通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機(jī) 電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應(yīng)地改變可控硅整流器的導(dǎo)通角，于是發(fā) 電機(jī)的勵(lì)磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管，可控硅電子元件構(gòu)成， 具有靈敏、快速、無(wú)失靈區(qū)、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。在事故 情況下能有效地抑制發(fā)電機(jī)的過(guò)電壓和實(shí)現(xiàn)快速滅磁。自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置通 常由測(cè)量單元、同步單元、放大單元、調(diào)差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一 些輔助單元構(gòu)成。被測(cè)量信號(hào)（如電壓、電流等），經(jīng)測(cè)量單元變換后與給 定值相比較，然后將比較結(jié)果（偏差）經(jīng)前置放大單元和功率放大單元放大， 并用于控制可控硅的導(dǎo)通角，以

56、達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的目的。同步單元 的作用是使移相部分輸出的觸發(fā)脈沖與可控硅整流器的交流勵(lì)磁電源同步， 以保證控硅的正確觸發(fā)。調(diào)差單元的作用是為了使并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)能穩(wěn)定 和合理地分配無(wú)功負(fù)荷。穩(wěn)定單元是為了改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定而引進(jìn)的單元 。勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定單元 用于改善勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限制單元是為了使發(fā)電機(jī) 不致在過(guò)勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的條件下運(yùn)行而設(shè)置的。必須指出并不是每一種自動(dòng) 調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置都具有上述各種單元，一種調(diào)節(jié)器裝置所具有的單元與其擔(dān)負(fù) 的具體任務(wù)有關(guān)。 四、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的組成部件及輔助設(shè)備 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的組成部件有機(jī)端電壓互感器、機(jī)端電流互感器、勵(lì)磁變壓器； 勵(lì)磁裝置需要提供以下電流

57、，廠(chǎng)用 AC380v、廠(chǎng)用 DC220v 控制電源.廠(chǎng)用 DC220v 合閘電源；需要提供以下空接點(diǎn)，自動(dòng)開(kāi)機(jī).自動(dòng)停機(jī).并網(wǎng)（一常開(kāi)， 一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號(hào)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓 100V，發(fā)電機(jī) 機(jī)端電流 5A，母線(xiàn)電壓 100V，勵(lì)磁裝置輸出以下繼電器接點(diǎn)信號(hào)；勵(lì)磁變 過(guò)流，失磁，勵(lì)磁裝置異常等。 勵(lì)磁控制、保護(hù)及信號(hào)回路由滅磁開(kāi)關(guān)，助磁電路、風(fēng)機(jī)、滅磁開(kāi)關(guān)偷跳、 勵(lì)磁變過(guò)流、調(diào)節(jié)器故障、發(fā)電機(jī)工況異常、電量變送器等組成。在同步發(fā) 電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)除了必須解列外，還必須滅磁，把轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)盡快地減弱 到最小程度，保證轉(zhuǎn)子不過(guò)的情況下，使滅磁時(shí)間盡可能縮短，是滅磁裝置 的主要功能。

58、根據(jù)額定勵(lì)磁電壓的大小可分為線(xiàn)性電阻滅磁和非線(xiàn)性電阻滅 磁。 近十多年來(lái)，由于新技術(shù)，新工藝和新器件的涌現(xiàn)和使用，使得發(fā)電機(jī)的勵(lì) 磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置方面，也不斷研制和 推廣使用了許多新型的調(diào)節(jié)裝置。由于采用微機(jī)計(jì)算機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)調(diào) 節(jié)勵(lì)磁裝置有顯著優(yōu)點(diǎn)，目前很多國(guó)家都在研制和試驗(yàn)用微型機(jī)計(jì)算機(jī)配以 相應(yīng)的外部設(shè)備構(gòu)成的數(shù)字自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，這種調(diào)節(jié)裝置將能實(shí)現(xiàn)自適 應(yīng)最佳調(diào)節(jié)。 獲得勵(lì)磁電流的方法稱(chēng)為勵(lì)磁方式。目前采用的勵(lì)磁方式分為兩大類(lèi)：一類(lèi) 是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類(lèi)是用硅整流裝 置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)?，F(xiàn)

59、說(shuō)明如下： 1 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵(lì)或者他勵(lì) 接法。采用他勵(lì)接法時(shí)，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱(chēng)為副勵(lì)磁機(jī)的同軸 的直流發(fā)電機(jī)供給。如圖 15.5 所示。 2 靜止整流器勵(lì)磁 同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁 機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開(kāi)始時(shí)由外部直流電源提供，待電 壓建立起來(lái)后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用永磁發(fā)電機(jī))。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過(guò) 靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過(guò)靜 止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。(見(jiàn)圖 15.6） 3 旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁 靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過(guò)電刷和集電環(huán)才

60、能輸送 到旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組，對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電流達(dá)到數(shù)千安培， 使得集電環(huán)嚴(yán)重過(guò)熱。因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷 和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，如圖 15.7 所示。主勵(lì)磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三 相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后， 直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流 副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電 環(huán)和電刷裝置，故又稱(chēng)為無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。 4.2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（如圖 4-3）是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 之后發(fā)展起來(lái)的最新一代無(wú)

61、級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，是集現(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、 電力電子技術(shù)、紅外光電技術(shù)及現(xiàn)代電磁理論、設(shè)計(jì)和制作技術(shù)為一體的光、 機(jī)、電一體化高新技術(shù)。它具有調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類(lèi)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu) 點(diǎn)。 英、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究起步較早，并 已取得顯著效果，產(chǎn)品功率等級(jí)從數(shù) w 直到數(shù)百 kw，廣泛應(yīng)用于家用電器、 航空、航天、電子、機(jī)械及電動(dòng)車(chē)輛等領(lǐng)域。 4-3 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所用的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（ SRM）是 SRD 中實(shí)現(xiàn) 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是 SRD 有別于其他電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。 SRM 系雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而 成。轉(zhuǎn)

62、子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè) 繞組聯(lián)接起來(lái)，稱(chēng)為 “一相”，SR 電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)， 且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多、步距角小，有利于減少轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開(kāi)關(guān)器件多，成本高，目前應(yīng)用較多的是四相 （8/6）結(jié)構(gòu)和三相（ 12/8）結(jié)構(gòu)。 圖 2 示出四相（8/6）結(jié)構(gòu) SR 電動(dòng)機(jī)原理圖。為簡(jiǎn)單計(jì)，圖中只畫(huà)出 A 相繞組及其供電電路。 SR 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理遵循 “磁阻最小原理 ” 磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最 小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線(xiàn)與磁場(chǎng)的軸線(xiàn)重合。圖2 中，當(dāng)定子 D-D極勵(lì)磁時(shí)，

63、1-1向定子軸線(xiàn) D-D重合的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，并使 D 相勵(lì)磁 繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對(duì)位置作為起始位置，則依 次給 DABC 相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù) 旋轉(zhuǎn)；反之，若依次給 BADC 相通電，則電動(dòng)機(jī)即會(huì)沿順時(shí)針?lè)较?轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢?jiàn)， SR 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無(wú)關(guān)，而僅取決于相 繞組通電的順序。另外，從圖 2 可以看出，當(dāng)主開(kāi)關(guān)器件 S1、S2 導(dǎo)通時(shí)， A 相繞組從直流電源 US 吸收電能，而當(dāng) S1、S2 關(guān)斷時(shí)，繞組電流經(jīng)續(xù)流 二極管 VD1、VD2 繼續(xù)流通，并回饋給電源 US。因此，SR 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的 共性特點(diǎn)是具有再生作用，系統(tǒng)效率高。

64、 圖 2 四相 8/6 級(jí) SR 電動(dòng)機(jī)典型結(jié)構(gòu) (只畫(huà)出一相 ) 由此可見(jiàn)，通過(guò)控制加到 SR 電動(dòng)機(jī)繞組中電流脈沖的幅值、寬度及 其與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置（即導(dǎo)通角、關(guān)斷角），即可控制SR 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的 大小與方向，這正是 SR 電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的基本原理。 5 電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē) 性能參數(shù)分析性能參數(shù)分析 5.1 電動(dòng)汽車(chē)的性能電動(dòng)汽車(chē)的性能 以燃料電池汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)為工作重點(diǎn)， 在電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵單元技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和整車(chē)技術(shù)上取得重大突破；建立 燃料電池汽車(chē)產(chǎn)品技術(shù)平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的批量生產(chǎn)，開(kāi)發(fā)的產(chǎn) 品通過(guò)國(guó)家汽車(chē)型式認(rèn)證；推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)在特定區(qū)域的商業(yè)化運(yùn)

65、作。完善國(guó) 家電動(dòng)汽車(chē)示范區(qū)和有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)檢測(cè)基地的建設(shè)。為我國(guó)在 510 年內(nèi)實(shí) 現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。在電動(dòng)汽車(chē)共性關(guān)鍵技術(shù)上，建立我國(guó)電動(dòng)汽 車(chē)整車(chē)的網(wǎng)絡(luò)、總成以及通訊協(xié)議規(guī)程，開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)基本車(chē)輛控制器模塊， 發(fā)展帶有電子管理系統(tǒng)的高性能動(dòng)力蓄電池組和具有數(shù)字控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)，形成我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)零部件工業(yè)基礎(chǔ)。 開(kāi)發(fā)出整車(chē)性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的燃料電池公共汽車(chē)和燃料電池轎車(chē) 產(chǎn)品原型車(chē)，并進(jìn)行示范運(yùn)行。建立燃料電池汽車(chē)產(chǎn)品技術(shù)平臺(tái)，為汽車(chē)工 業(yè)提供產(chǎn)品前期開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 燃料電池轎車(chē)主要性能指標(biāo)：最大時(shí)速120km/h；0100km/h 的加速 時(shí)間20s；最大爬坡度20%；續(xù)駛

66、里程200km；等效燃油經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于同 類(lèi)型汽油車(chē)。 燃料電池城市客車(chē)主要性能指標(biāo)：最大時(shí)速80km/h；050km/h 的加 速時(shí)間40s；最大爬坡度20%；續(xù)駛里程200km；等效燃油經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于 同類(lèi)型汽油車(chē)。 混合動(dòng)力電動(dòng)轎車(chē)主要性能指標(biāo)：降低油耗 30%以上；整車(chē)排放達(dá)到歐 洲 3 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；最大時(shí)速160km/h；最大爬坡度25%；整車(chē)產(chǎn)品目標(biāo)成本比 同檔次傳統(tǒng)汽車(chē)增加30%。 混合動(dòng)力電動(dòng)客車(chē)主要性能指標(biāo)：油耗城市工況20L/100km；最大時(shí) 速80km/h；加速性能與同類(lèi)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相當(dāng)；最大爬坡度25%；整車(chē)產(chǎn) 品目標(biāo)成本比同檔次傳統(tǒng)汽車(chē)增加30%.在整車(chē)產(chǎn)品技術(shù)上取得重大突破， 推動(dòng)商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。開(kāi)發(fā)的客車(chē)和轎車(chē)產(chǎn)品必須通過(guò)國(guó)家汽車(chē)產(chǎn)品型式認(rèn) 證。 純電動(dòng)轎車(chē)主要性能指標(biāo)：最大時(shí)速1