燃油教練車電動化工程技術研究

                            來源: www.1906175.com 作者:lgg 發布時間:2018-03-21 論文字數:35869字
                            論文編號: sb2017120114492818223 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
                            本文是工程論文,通過電動機內部相關的調速控制裝置實現電動汽車的方向轉換和變速。原理很簡單,分別是通過改變電動機電流和電壓控制電動機的旋轉方向和驅動扭矩。
                            第 1 章 緒 論
                             
                            1.1 論文的研究背景
                            汽車改變了我們的生活方式,讓我們的生活更加便捷。現如今汽車工業已經成為了國家經濟的重要組成部分[1]。汽車工業的發展給人民帶來便同時也給環境帶來了很大污染,二氧化碳排放量的猛增,導致室效應,南極的冰川融化致使海平面升高,越來越多的島嶼被湮沒[2]。20 世紀第一臺電動汽車誕生,內燃機和電動機在汽車上的使用都處于起步階段,電動汽車、燃油汽車以及蒸汽機車占領著大部分市場[3]。隨著內燃機技術的出現,內燃機汽車的地位逐步提高。由于電動車技術水平發展緩慢的原因,逐漸退出了競爭市場。直到上世紀 70 年代,石油危機爆發自然環境越來越污染嚴重,從而電動車又重新回歸了舞臺[4]。電動汽車對環境的污染小,是提高環境質量的重要途徑。蓄電池充放電技術的發展,電機控制技術提高,使電動汽車的行駛里程有了很大的增加,電動汽車數量成幾何級發展[5]。與傳統汽車比較純電動汽車有以下特點[6-7]。(1)污染物排放低行駛過程中電動汽車不會排放任何氣體或氧化物。(2)能源利用率高在行駛過程中電動汽車消耗的能量可以回收,將產生的熱量直接轉化成電能儲存到蓄電池中,比內燃機能量回收利用率高。其次電動汽車使用二次電力能源,可以從風能、水能、太陽能、潮汐等再生能源中獲取。(3) 振動噪聲小電動機啟動只需接通電源,驅動電機,幾乎沒有噪聲產生,而內燃機汽車在啟動過程中,起動機驅動電動機,會產生很大的震動噪聲,造成噪聲污染。
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                            1.2 國內外電動汽車發展概述
                             
                            1.2.1 國外電動汽車發展概述
                            21 世紀以來,能源危機日益凸顯,我們生存的環境也愈加惡劣,造成這種現象很大一部分原因來自于能源燃燒時有害氣體的排放,其中汽車行駛時用的汽油占能源燃燒的很大一部分。為了遏制日益嚴重的能源危機和環境污染,新能源汽車技術的發展勢在必行,新能源汽車在汽車銷量中的比重也日益增長。目前,各國政府和企業的高度重視新能源汽車產業的發展[8]。美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車廠商曾占美國汽車市場的絕大部分。世界能源危機的爆發使得奧巴馬政府提出了發展新能源汽車的政策能源政策,利用新能源技術,減少對石油國家的依賴。制定更加嚴格的排放標準和新能源汽車政策,促進新能源汽車在美國的發展[9]。日本政府啟動了“新一代汽車”計劃,全面發展各類新能源汽車。在政府的推動和政策扶持的作用,日本新能源汽車的產業化成果明顯[10]。在混合動力電動汽車技術領域,日本已經取得了很多研究成果,并應用到生產當中,領先世界。以豐田普銳斯為代表的日本混合動力電動汽車技術,以豐田汽車公司和本田汽車公司為代表的燃料電池汽車技術[11]。各國都在大力發展新能源汽車技術,日本更是當仁不讓地扮演了新能源車的主角[12]。
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                            第 2 章 電動汽車基本原理及驅動系統簡介
                             
                            2.1 電動汽車特點與類型
                            電動汽車的主要特點是通過電機驅動,而能量的來源來自于蓄電池儲存,蓄電池通過放電釋放出能量,電機接收到能量后驅動其他部件運行。在目前電動汽車市場上,主要有幾種電動汽車:混合動力、純電動和燃料電池幾種,其中目前運用較多的是混合動力電動汽車。電動汽車的特點是因為沒有使用發動機,噪聲很小,穩定性能好,無任何污染氣體的排放,可以節約資源,降低成本。
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                            2.2 純電動汽車的結構與工作原理
                            與傳統的汽車相比,純電動汽車的動力來源于發電機,發電機的能量來源的儲能裝置,儲能裝置一般采用的是高效率的蓄電池,所以說在傳統汽車中發動機改為電動機,油箱變成了現在的蓄電池。電能的來源很廣,有太陽能、熱能、水能、風能等形式,所有電能是可再生資源,可以無限的使用[19]。燃油汽車的組成部分主要有電氣、車身、底盤和發動機,與燃油汽車不一致的地方是,純電動汽車不包含發動機,增加了電動機以及電力驅動控制系統。電力驅動控制系統主要由 3 大部分組成,分別是輔助模塊、車載電源模和驅動驅動主模塊,具體的工作原理可以從圖 2-1 中看出。輔助動力源、駕駛室顯示操縱、動力轉向系統和輔助裝置等組成了輔助模塊。每種車型的輔助動力源基本一樣,但是其他的輔助模塊因車型不同而不同。輔助動力源的主要作用是將動力電源分配給其他輔助裝置,由 DC/DC 功率轉換器和輔助電源組成,一般采用的是直流低壓(12 或 24V)傳輸。與傳統的汽車儀表盤相比,駕駛室駕駛室顯示操縱臺顯示有很多不一樣的地方,當然功能是根據不同的特點設置,一般采用液晶屏幕或數據顯示信息,這點與傳統車區別很大。動力轉向單元的功能是控制汽車的轉彎,組成部分如下:轉向輪、轉向器、轉向盤、轉向機。其原理與傳統車相似,在汽車行駛中,通過控制方向盤來控制轉向器,轉向器控制轉向機構使轉向輪偏轉,從而控制汽車的轉向。輔助裝置主要是用來完善汽車其他的性能,比如汽車舒適性、操縱性和安全性而設置。配置越高,輔助裝置越豐富,一般包括以下幾個部分:空調、各種信號燈、雨刮、門窗控制器、天窗控制器、座椅調節器、音響設備、后視鏡調節器等。
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                            第 3 章 電動場地教練車動力系統匹配設計....11
                            3.1 電動汽車驅動電機的類型 .... 11
                            3.2 電動汽車對電動機的要求 .... 16
                            3.3 電動場地教練車方案驗證 .... 17
                            3.4 場地教練車動力性能要求 .... 17
                            3.5 驅動電機的相關參數計算 .... 17
                            第 4 章 電動場地教練車電機控制器選擇方案......25
                            4.1 電動場地教練車控制要求 .... 25
                            4.2 電機控制器選擇 ..... 26
                            第 5 章 電動教練車用動力電池的匹配與布置......27
                            5.1 電動車中電池的類型 ......... 27
                            5.2 電動汽車用動力電池的工作特性..... 31
                            5.3 電動教練車用動力電池的選擇............ 34
                            5.4 電動教練車用動力電池的布置設計....... 35
                            5.5 動力蓄電池相關參數計算 .... 38
                            5.6 主、從帶輪和皮帶的設計 .... 41
                             
                            第 5 章 電動教練車用動力電池的匹配與布置
                             
                            電動汽車儲能裝置主要有蓄電池、燃料電池、超級電容器和飛輪電池等。蓄電池的作為能量存儲裝置,在電動汽車中廣為應用,并且在推動電動汽車發展中,起了很關鍵因素。蓄電池的好壞對汽車的性價比、續航里程、運行效率及整車質量有很大的影響,電池的快速發展能夠提高電動汽車競爭力,在與燃油汽車的競爭中占有優勢[35]。
                             
                            5.1 電動車中電池的類型
                            通過生物之間的化學反應進行發電的原理,制造生物電池,目前主要包括酶電池、微生物電池等。目前在電動汽車中已經使用的蓄電池有如下幾種:鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸蓄電池。在一些電動汽車中,已經使用超級電容器。生物電池目前的市場前景很廣闊,許多重要的電池研發,比如以氫、氧化物原料電池,正在重要的開發當中。在電動車中使用比較多的是化學電池,利用化學反應產生電流,主要包括儲備電池、原電池、蓄電池、化學電池等。原電池一般稱為一次電池,當使用一次放電后,不能再通過其他方式進行充電,如一次鋅銀電池、鋰錳電池等。蓄電池稱為二次電池,這種電池在使用后,可以通過其他方式進行充電,從而重復的使用,使用次數可以達到幾百或者幾千。常用的包括鋰離子電池、鉛蓄電池、鋰聚合物電池等[36]。化學電池主要按以下幾種分類:電池的特性、正負極材料、電解質。按電池的特性可以分為防爆電池、高容量電池、免維護電池等。按電池正負極材料可以分為鋰電池系列、鋅錳電池系列、鉛酸系列等。按電解質可以分為固體電解質電池、酸性電池、中性電池等。
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                            結 論
                             
                            本論文主要研究的方向是將燃油教練車改為純電動教練車,選擇的車型是SANTANA LX 教練車。主要工作內容如下:
                            (1) 通過很多電動機的優缺點對比分析,選擇永磁直流電動機作為該設計方案中電動教練車選用的電動機。電動機的額定功率通過最大爬坡度和最高車速來確定,額定功率必須滿足我們的設計需求。根據計算出的數據和結果分析,最終選擇的電動機型號為 XQ-4.5-2。
                            (2) 根據所選擇的電動機,我們選擇 1204M-5301G48 控制器。該電控裝置的使用范圍很廣,可以在很多車輛上進行使用,主要是服務于 3kw 的串勵電動機的電動車。并且該電控裝置的性價比高,安全有效,安裝起來方便。
                            (3) 通過闡述國內外電動汽車的發展狀況以及一直制約電動汽車大規模進入市場的三大關鍵因素,即電池技術、電機技術和控制器技術,結合我國電動教練車的發展,介紹本文的主要研究內容。
                            (4) 詳細介紹電動汽車的特點與類型、結構與工作原理、驅動系統及布置形式、純電動汽車的關鍵技術以及純電動汽車的特點和存在的問題。
                            (5) 針對電動教練車與原燃油教練車經濟性進行詳細對比分析,電動教練車的維修成本、使用成本及綜合成本都比燃油教練車低。
                            (6) 通過對比幾種常用的動力電池的優缺點,選擇型號為 XQ-4.5-2 的鉛酸蓄電池為該車的動力電池。1 組鉛蓄電池的電壓為 6V,而我們所選的發動機額定電壓為45V,所有需要將 8 組串聯起來才能滿足要求。然后根據電動教練車的尺寸,對蓄電池的布置方案做了設計,后備箱布置 6 組,車頭布置 2 組,這樣的設計方案,不僅可以合理分配蓄電池的位置,還可以節約電車的空間,使整個電池前后均衡。
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                            參考文獻(略)
                             

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