车辆工程毕业设计论文-hd6120混合动力城市客车总体设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-hd6120混合动力城市客车总体设计(编辑修改稿)内容摘要：

10 价格和使用维护费用直接关系到 HEV的产业化，如果不能产业化，就不能为进一步开发提供资金，也就难以促进技术水平的提高和服务性能的改善。 事实上，性能优良但价格过高无法商业化、甚至被迫放弃 HEV开发的实例很多，我们不应重蹈覆辙。 通过综合分析混合动力客车的动力系统结构形式，并考虑到目前的技术能 力与开发成本，采用并联式结构是理想的选择。 并联方式控制灵活，兼有传统内燃机车和电动汽车的优点，结构也不像混联混合动力汽车那样结构复杂。 机械能 电能 图 本文所选并联结构示意图 本章小结 本章进行了对混合动力系统串联、并联、混联方式的介绍，对每种布置方式的特点进行了分析。 通过对城市客车的使用工况、环境以及技术条件的分析，确定了采用并联方式的设计路线，并联系统控制方式灵活，兼有内燃机车和电动汽车的优点。 内燃机 离合器 变速器 动力混合器 电动机 电机控制器 蓄电池 电动机 驱动桥 车轮 车轮 11 第 3 章 混合动力城市客车动力系统设计 动力系统参数计算 驱动电机的选择 电动机是混合动力汽车的驱动单元之一，电动机驱动系 统包括电动机、功率电子电路及控制部分。 混合动力汽车对电机驱动系统的基本要求为： 电机驱动系统具有宽广的调速范围，有着与汽车行驶一致的动力特性。 简言之，低转速时恒转矩，高转速时恒功率。 最高转速越高，在同样的额定输出功率下，转速越高，电动机尺寸、重量越小； 动态性能好 —— 电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，使HEV具有良好的起动性能和加速性能，以获得所需要的起动、加速、行驶、减速、制动所需的功率和转矩。 电动机具有自动调速功能，因此，可以减轻驾驶员的操纵强度，提高家是舒适性，并且能够达到与内燃 机汽车加速踏板同样的控制响应； 为了减少汽车的非有效载荷，要求电机驱动系统体积小、重量轻，功率密度大，在短时间内具有较高的过载能力； 高效率 — 这对于电动汽车意义尤其重大； 电气系统安全性和控制系统安全性 —— 抗振动、耐腐蚀、低噪音；抗干扰，具有较好的电磁兼容性；各种动力电池组和电动机的工作电压，可以达到 300V以上，对电气系统安全性和控制系统的安全性，都必须符合国家或国际有关车辆电气控制的安全性能的标准和规定； 能够四象限运行，实现正反转和再生制动，进能量回收，再生制动回收的能量一般可达到总能 量的 10%15%，这点在内燃机汽车上是不能实现的； 高电压 —— 在允许的范围内，尽可能采用高电压，电压越高，电动机尺寸越小、重量越低，特别是可以降低功率转换器成本； 电动机还要求可靠性好、耐温和耐潮性强，运行时噪音低，能够在较恶劣环境下长期工作，结构简单，适合大批量生产，价格便宜，便于维修。 目前所采用的电动机有直流电动机、交流感应式电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等。 在功率电子元件出现以前，电动汽车中所采用的电动机主要是直流电动机，它的优点在于调速较为方便，直流电动机的磁场和电枢可以分别控 制，因此控制起 12 来比较容易，而且控制性能较好。 直流电动机的容量范围很广，可以根据需要的转矩和最高转速来选用所需要的容量，市场上有各种不同结构的直流电动机以供选用，直流电动机的制造技术和控制技术都比较成熟，驱动系统价格较便宜。 上世纪 60— 80年代初电动汽车大多采用直流串激有刷电机， 80年代直流他激有刷电机得到广泛应用。 这两种电机由于有电刷、换向器等接触零件的限制，转速不能太高，因而质量大，尺寸大，效率较低，还需要对电刷经常进行维护和修理。 80年代后期和 90年代，由于电力电子技术的飞速进步，功率电子元件以及变频器 的问世，再加上一些新的控制算法的出现，滑差控制、矢量控制、直接转矩控制等交流电机的调速技术日趋成熟，交流电机驱动系统在电动汽车中已成秀主流，交流电机的效率和功率密度都较直流电机高，而且交流电机结构牢固，维护起来十分方便。 永磁电机驱动系统主要选用永磁无刷同步电机，该电机没有激磁铜耗、效率较高 (最大效率可达 95％ )、功率因高、体积小、功率密度大 (可以远大于 1KW／ kg)，变频调速是永磁无刷同步电机的基本调速方式。 目前最常用的是 1200导通型 PWM斩波控制 IGBT逆变器，而且为了更好地改善转矩控制，增加电池调节 控制减小转矩波动。 但其主要不足是永磁材料昂贵，制造工艺复杂，性能受温度影响较大 (易退磁 )，大功率输出困难。 由于其体积小和效率高有十分广阔的应用前景。 开关磁阻电机驱动系统中的开关磁阻电机 (SRM)的定子和转子均为凸极结构，只在定子凸极上安装备相励磁绕组，转子上没有任何绕组，因此结构十分简单、成本较低、可靠性高、起动性能好、调速性能好，控制装置也比较简单，主要缺点为转矩脉动大、噪声大、必须使用位置检测器、按照定予的凸极数来确定逆变器和电机的引出线等。 实际应用较少。 伴随着技术的进步，其开始应用在电动车上。 综合 考虑在已有车型上布置的难易程度，本文选择体积小，功率密度大的永磁电动机。 汽车功率平衡方程式如下：   dtdumuAuCG iuG f up aDaae a 3600761403600360013  （ ） 从起步到 10Km/h，由电动机单独驱动，所需时间 5s,计算电动机的功率 13   dtdumuAuCG f up aDae a 360076140360013  （ ） 其中， η 为总效率，永磁电动机效率 95%97%，取 96%， G为整车满载时所受重力 mg， m为 16500kg， g取 178。 ， f为滚动阻力系数，良好的沥青或混凝土路面为，取 ,CD空气阻力系数，客车 ，取 ， A为迎风面积，经计算为 178。 ， δ 为汽车旋转质量换算系数，查表取 ，于是   103 6 0 0 101 6 5 0 6 1 4 0 6 0 0 6 5 0 0%90%96 1 3ep （ ） = 所选电机为大连恒田电机有限公司生产的 H160B35型混合动力车用永磁电动机。 额定功率 35Kw，峰值功率 70Kw，额定电压 320V。 动力电池的选择 电池是混合动力汽车一个 十分重要的部分，但是由于在混合动力汽车中，电池不再是唯一的能量载体，电池仅在车辆启动、低速运行、加速等工况下工作，对能量和容量的要求不像纯电动汽车那样苛刻，所以混合动力汽车电池的重量和成本都有大幅度下降，选择范围也更为广泛。 混合动力汽车上的电池其使用状况也不同于电动汽车，在工作中电池处于非周期性的充放电循环中，要求电池的充放电速率和效率高，因此，混合动力电动汽车用电池不仅需要高能量密度 (W h／ kg)而且还需要离功率密度 (W/ kg)。 研究与开发高性能、低成本、寿命长的电池，仍然是发展混合动力电动汽车的关 键问题之一。 目前已研究开发的电池有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等几种。 铅酸电池是较为成熟的电池，它具有可靠性赛、价格低的特点，新研究开发的胶体电池、阀控电池等，在比能量、比功率、快速充电性能等方面均比普通铅酸电池有较大的提高，因此，在各国都有较多的应用，但是铅酸电池因为循环寿命、比功率等因素很难满足混合动力汽车的使用条件，所以近两年来基本已经退出混合动力汽车的应用。 1. 镍 氢 (NiMH)电池 镍 氢电池是一种碱性电池，镍 氢电池的标称电压为 ，比能量可达到 7080 W h／ kg，有利于延长 HEV的 行驶里程。 比功率可达到 200 W/ kg，是铅酸电池的 2倍，能提高车辆的起动性能和加速性能。 有高倍率的放电特性，短时间可以以 3C 14 放电，瞬时脉冲放电率很大。 镍 氢电池的过充电和过放电性能好，能够带电充电，并且可以快速充电，在 15min内可以充 60%的容量，一小时内可以完全充满，应急补充充电的时间短。 在 80%的放电深度下，循环寿命可达到 1000次以上，是铅酸电池的 3倍。 采用全封闭的外壳，可以在真空的环境中正常工作。 低温性能较好，能够长时间存放。 镍 氢电池中没有 Pd和 Cd等重金属元素，不会对环境造成污染，镍氢电 池可以随充随放，不会出现镍 膈电池在没有放完电后随即充电而产生的“记忆效应”。 HEV动力电池组是经常处于充电、放电状态，而且充电、放电是不规则地进行，这对电池的寿命带来严重的影响，松下电气公司，用模拟 HEV行驶工况对镍 氢电池进行仿真试验，证实镍 氢电池的特性几乎不发生变化，镍 氢电池用于 HEV是比较合适的。 2．锂离子 （ Liion） 电池 锂是最轻的金属元素，原子量仅为 ，比重为 179。 ，也是化学性能最活泼的金属元素。 锂离子电池显示出很多优点，电压高达 ，相当于 3个镍 镉电池 串连起来的电压。 比能量达到 100120 W h／ kg，是镍 镉电池的 ，比功率高达 1500 W/ kg，循环寿命可以达到 1000次。 充放电效率高，功率输出密度大，没有记忆效应，其能量达到铜酸电池的三倍以上，具有安全性、环保性好等优点。 锂离子电池主要问题是快速充、放电的性能较差，需要进一步解决对其充放过程的控制和配备专用的充电器。 对于大容量锂离子电池组，还需要解决电池组的可靠性和各个单体电池之间一致性。 钴系锂离子电池在充电状态时会引起电池爆炸，需要用安全阀以防止电解液受高温气化后产生的压力升高。 并装自动温度调控装置，进行过充、放电的保护。 锂的制取较困难，管理和使用较复杂，要求有严格的安全措施，需要配备电子保护电路、电池管理系统和热管理系统等，使得其附属装置更加复杂，也增加了电池组的造价，价格高于同等容量的 NiCd电池或 NiMH电池。 3．镍 镉 （ NiCd） 电池 镍 镉电池的工作电压较低，单体电池的标称电压为 12V。 比能量为 55 W h／kg，比功率可以超过 225 W/ kg，循环使用寿命达 2020次以上。 可以进行快速充电，充电 15min可以恢复 50%的容量， 1h可以恢复 100%的容量，但 一般情况下完全充电需要 6h。 放电深度 100%，自放电率低于 %/天。 可以再 40℃ 80℃的环境温度条 15 件下正常工作。 快速充电能力强， 18min即可从 40%达到 80%。 镍 镉电池具有记忆效应，镍 镉电池采用的镉（ Cd）是一种有害的重金属，在电池报废后必须进行有效的回收，这点在国外已能实现。 镍 镉电池的成本约为铅酸电池的 45倍，初始购置费用较高，但镍 镉电池的比能量和循环使用寿命，都大大的高于铅酸电池，因此，在电动汽车实际使用时，总的费用不会超过铅酸电池的费用。 4．超级电容器 电容器是有两个彼此绝 缘的平行金属导体的电容板组成，电容器极板上所储积的电量 q与其上的电压成正比。 电容器的容量单位为法拉（ F），当电容充上 1V电压，如果极板上储存 1C的电荷量，则该电容的电容量就是 1F。 超级电容器具有高的能量密度和极好的充电和放电能力。 超级电容器的一对集电极上装有固体活性材料，在两个电极之间装有电解液和绝缘层。 电荷演集电极和电解液成对排列，形成一个双层电容器，扩大了电容器的容量。 电容器的电容量从 1F到几千 F，工作电压由即使 V到几百 V，放电电流可高达几千 A，能量密度比传统的电容高近百倍，瞬时放电功率比铅酸蓄 电池高几十倍，充放电次数可达数十万次。 但对超级电容器放电的控制，还需要进一步解决智能化控制技术。 根据城市客车的频繁起步加速，经常制动等运行工况、环境，选择充放电性能优良的镍 氢电池作为动力电池。 东风牌 EQ6122HEV混合动力城市客车采用额定功率为 40Kw的永磁电动机，电池采用 40A h的镍 氢电池，以此为参照，选择松下公司生产的镍 氢动力电池，单体电压 12V，容量 40A h，质量 ， 30组串联，总电压 360V。 1．国家 863计划多混合动力客车最高时速的设计要求为 80Km/h，根据最高车速计算功率需求：   76140360013aAuCG fup Dae  （ ） kwp e 6 1 4 0 6 0 0 800 1 6 5 0 0%90 1 3   （ ） 2． 国家 863计划多混合动力客车的。