电动汽车能量和传动系统性能仿真研究

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１缝论

制釉开发电动汽车，并进行小批量生产“。“”。

题本是麓源短缺的工业大黉，城市污染严重。日本敦府壹接参与撼动电动车发震的事韭，并根密其体布置和计划：（１）整顿、更新蓄曦港充电蛞；（２）研青《轻量、长寿蓄电池；（３）降低电动车生产成本；（４）成立电动车协会：（５）制定电动车普及的税利计划，准备对购买嗽动车者予以补助和免除法人税制等。另外，日本政府还麓定了《电动汽车彗及痘溺诗翔》。在痰溺疆究方覆，弱本表索电力公司帮曩零磷究开发公司，联合研制成功“ＩＺＡ”豪华型电动车，采用２８８Ｖ镉镍电池作为驱动电源，设有制动能量回收装鹫，最高车速可达１７６ｋｍ／ｈ，一次充电行驶里程高达５４４１ａｎ（４０ｋｉｎ／ｈ簿速行驶）；曩产公司磷铡成功薄丽轻豹镰锈电池，爝一缀超薄电极，酝以高浓度溶滚，散热牲自％好、质量轻、充电时间短，６ｍｉｎ可充至４０％靛额定容量，１５ｒａｉｎ完全充满。该电池已在臼产公司的未来型电动车（ＦＥＶ）上使用，该车一次充电后，能以７２ｋｍ／ｈ的速度行驶１６０ｋｍ。在商品化生产上，日本各大汽窜公司和电力公霞纷纷接蹬繇耩翻懿毫餐车。五卡铃公镯与ＣＯＰＰ公弼共蘑开发熬２淹缀毫动汽车，已在１９９４年投入使用；丰田公司推啦一种电动小客牮，可用柴油也可用电池作动力，城乡兼用；东京电力公司的一种高性能电动汽车是在车轮上煮按安装驱动系统，最毫车速１８０ｋｍ／ｈ，一次充电行驶里程５００ｋｍ以上。

法国是少数几个出售商品电动汽车的国家之一。１９９０年，政府开始姿助开发电动汽车，并在税收上对购买电动汽车的用户实行优惠。１９９５年７月开始，给购买电动汽牵的用户提供５０００法郎的｛｝贴。法国电力公司向电动汽车生产厂家提供每辆一万法静静静霸。遮魑措麓都绘法嚣毫凌汽车豹发震龟ｌ造了楚驽懿琢壤。１９８９年，法嚣的标致一雪铁龙巢团成为世界上第一个向商业车队和城市销售电动大蓬车的制造商，它的电动垃圾车在巴黎使用了１３５台，全国３００台，电池几乎都用铅酸电池。ＳＡＦＴ公司正豢力镍锈电池瓣磷究，著毅怒了一颈硼｛睾“绿焦”事鼗熬瞧动汽车发展计划，它的麟个实施阶段为：（１）推广“标致”牌娃鞠“雪铁龙”牌Ｃｔ５Ｅ及Ｃ２５新型电动汽车；（２）１９９５年推广“标致”牌１０６型和“辫铁龙”牌ＡＸ电动汽车，这鹾静车型既可供车队使用也可家翅，该窜已经试制成功；（３）用ｌＯ年对间推出另一耱全薪设诗懿毅垄电动汽牵——“零将教”簿；（４）发震陵貉漏轮魄动汽车，褒电动汽车上装上涡轮发动机，将为该车提供长途行驶所需耍的动力。

另外，，德国、意大利、英国等都投巨资用于开发电动汽车，并制定相应的优惠致燕。

我国也是一个能源短缺阐家，随着汽车傺有量的疆加，能源问题和环境污染阕题必将日益严熏。在我国政府的支持下，电动汽车的研究和开发工作被列为“八五”期糖ｊ辩技攻关项罂，在一些科研机构和大专院校取得了较好的成果。在“丸五”期阏又被正式捌入霾大科技攻关矮嚣，著设立了瑟个子磷瓣：电羲汽车关键技术熬礤

重庆大学硕士学位论文

究，概念车的开发，改装车的试骏，电动汽车试验区的建立。另外，政府还制定了稽关的技术标准和激励政策。所有这一切都为中国电动汽车的发震葵定了壑实的基础。到目翦为止，对几项关键技术的研究取褥了重大的成果。比如幽中科院承担的电动机及其控制系统的研究项目；由清华大学承担的鬻电池电量测蹩和能餐管理系绞懿努｝究顼銎。东风汽车公司已经寰成了壤念车熬总体设诗，并亵懑大裂媳公司于１９９９举２月开始合作进行车体的设计。４辆分别由交流感应电机、无刷永磁直流电梳、开关磁辍灌祝驱动静概念车－７：２００１年中素ｌ缝出来，同霹，霹镰氢电滚、铿惫涟以及燃料电池等动力源的开发也在进行中”１。为维护我国能源安全，改善大气环境，提高我国汽车工韭的竞争力，科技部在“十五”阕家８６３计蓟中，特涮设立电动汽车蓬大专项。计划在“十五”期间，以电动汽车的产业化技术平蠹为工传重点，力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破。

近年来，电动汽车懿磷究积开发取穆了一定匏进攫，毽还枣在翅下戆～些技术难题亟待解决：

（１）一次充龟续较量程太短。这主螫是鸯予宅港静篦魏整低：

（２）电池的循环寿命短、更换率高；

（３）电池的充电时间长。通常需要６～ｌＯ个小时才能完成；

（４）电动汽车麴动力拨ｇｇ还不够理怨，电搬的调速控制蓉统和饕电池灼能量管理系统复杂，技术不成熟。

曲避哥霓，毫动汽车发鼹数关键逮醺楚提蕊蓄毫溅戆瞧缝、邀檄豹按剿系绞稷管电池的能量管理系统的性能，以增加续驶里程、提满动力性能。

１．４本论文的主要内塞

本课题主要基予基础能的理论分析，对电动汽车的动力传动系统进行以下几方嚣豹磺究：

（１）通过分析铅酸电池的工作原理，建立蕾电池的充放电模型，在此基础上分辑其兖教电特性并邋行参数彭：｛别，建立‘ｙ蘅奄状态ＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）帮毫动势Ｅｏ、电池内阻‰及极化电阻＆之间的关系，根据铅酸电池襻量和濑度之间的关系，对容量迸行了温度补偿，爨出了ＳＯＣ和剩余容麓的计箨方法，为设计和改进能鬣管理系统的性能奠定瑕论基础；

（２）分析了电动汽车的结构特点，通过比较几种常见的动力传动系统布置方案，黠其蓍凄邈、逛援等动力元咎进行了选掇，对参数逡耩和参数闽豹合理致怒进撂了分析研究，提出了一套比较合理的电动汽车动力传动系统参数的设计原则，并以长安汽车公司静ＳＣ７１０１轿车为研究对象，辩冀动力簧貔系统静参数避行了选择；

（３）通过对电动汽车工作模式分析，制定了控制策略，并设计了整车及各部件６

１绪论

的控制系绞；确定了曦动汽车动力瞧鼹的评馀指标，以长安汽车公司款ＳＣ７１０１轿车为研究对象，建立了动力元俘及婺个动力传动系统的动力学镶黧，在虢基础上进行动力性仿真，分析影响电动汽车动力性能的因索：

（４）制定了ＥＣＥ．Ｒ１５工况巡航控制策略并设计了相应的模糊控制器，对电动汽车懿凌力瞧迸季亍了ＥＣＥ—Ｒ１５工猿遥鼹傍奏试验，滋～步分辑了影演电动汽车缕疆墨程的因豢，对动力传动系统的合理隧配进行了研究。７

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２铅酸电池工作原理及参数识别

２．１概述

星嚣壤动汽车上黪使鼹黪诺黢动力源，主要怒嚣电池（霆可霆复使爱，又称二次电渣），也有部分使爝燃料电池、飞轮奄池及超级电容，在～魏多电源的魄动汽车中，有时也使用太阳能电池提供一部分动力。

多年的研究和使用液明，电动汽车的性能在缀大程度上取决于其所使用的动力龟港。交予蓄电洼懿麓爨密瘦帮功率密度整侮上魄汽潼靛蹩耋密度帮功率密浚要小，为保证电动汽车的动力性，需要大擞的蓄电池，谯这种情况下，电动汽车的爨量就比内燃机汽车的重量大，成本也较离。因此，簧使电动汽车真正进入消费市场，研究窝开发褒往§ｌ动力恕涟、改进提关瓣应鼹技术藏韪褥卡分耋簧。蓄电漶的?陡能参数包括熊爨密度、功率密度、能量效率、充电率以及循五ｌ＝使羽搿命等““。

目前电动汽车使用的蓄电池有十多种，其中现有的最成熟的电动汽车所用的蓄电池是锚酸电池。总体上，现有铅酸电池的循环海命超过６００次，能量密度鞠最大功率密凌分鄹超遥３３Ｗｈ／ｋｇ帮９３Ｗ／ｋｇ。在能登蜜凄、功率密痰帮霞瘸寿螽方瑟，绝大多数麒它类型高缀蓄电池都明鼹优于铅酸电池，尽管如此，由于它具霄技术成熟、比功率大、成本与正在研制的新型电池相比较低等优点，据文献［１０，１１］介绍，在理畜电溺汽车中８０％激上噬铅酸魄渣必赣§§动力源，其次爨镊镰电遗。扶ｉ曩几年的研究餮，铅酸宅池农性能方面仍裔一定的潜力Ｗ挖。

在ｊ聩期内最有希缀替代铅酸电池的将是镍基电池，比如镉镍（Ｎｉ—Ｃｄ）、镍氢（Ｎｉ．ＭＨ）照涟，其优势是在实际饿用中的能量密度积峰值功率密度较高。镊镍电沲静熊蠹密度窝蜂僮甥枣密度势巍遮蓟了５６Ｗｌ≈＇ｋｇ稻１９０Ｗ／ｋｇ，可浚凑壹道兖龟窝过放电，而且适用寿命长。镍氢电池的能量密度和峰值功率密度分别达到了５５Ｗｈ／ｋｇ和１７４Ｗ／ｋｇ，续驶里程和循环使用寿命都悬铅酸电池的两倍，同样蔚丁防止过充电秘遵敦电“’”３。

从长远来看，锺电池将是理想的动力电池。锂电池的优点是高熊鬣密度（１００Ｗｈ／ｋｇ）、高功率密度（３００Ｗ／ｋｇ）和很长的循环寿命（１０００次），可防止过充电和过放魄，可快速怒滚（９０分镩内）。其缺点魑成本太高，发热严重。到强前必止，锤泡洮还处于试骚除段，其最终往能、翻造成本、篌建憝愈班及可靠瞧逐有穰多未知因索。

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