純電動(dòng)車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】
有關(guān)電動(dòng)車清潔交通的研究與發(fā)展人機(jī)科技學(xué)的發(fā)展,埼玉 369-0293,日本埼玉大學(xué)系。電子郵件:mwadasit.ac.jp摘要:本文提出了一種電動(dòng)汽車(EV)的技術(shù),包含人機(jī)學(xué)的研究所的研究和開發(fā),在我們的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種 Japan.Electric 移動(dòng)系統(tǒng),它包括一個(gè)轉(zhuǎn)換過的電動(dòng)汽車,電動(dòng)輪椅和個(gè)人移動(dòng)機(jī)器人。這些移動(dòng)通信系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)清潔運(yùn)輸自己供給能量來源,適用于所有的車輛,即使用電池和電動(dòng)機(jī)裝置,不損害環(huán)境。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為車輛行駛提供動(dòng)力,人機(jī)技術(shù)技術(shù)被應(yīng)用。關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車,機(jī)器人技術(shù),改裝電動(dòng)車,清潔交通。DOI:10.1016/S1001-0742(08)62335-9。介紹:內(nèi)部燃燒系統(tǒng)的影響,例如汽車燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)成為因?yàn)閷?duì)環(huán)境的污染已成為嚴(yán)重的社會(huì)問題。為了緩解這些問題,汽車制造商被迫從單純的內(nèi)部燃燒系統(tǒng)生產(chǎn)代替它們的部分混合動(dòng)力系統(tǒng)或電動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)系統(tǒng)提供了這一問題的最佳解決方案,但是,重量和儲(chǔ)能容量的電動(dòng)電池仍然不足以將內(nèi)部燃燒系統(tǒng)與混合氣替代,一個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)可能是替代純油料的內(nèi)部燃燒系統(tǒng)的合理方案,目前為止。豐田汽車公司提供的第一款混合動(dòng)力汽車“普銳斯” (豐田汽車公司, 1997) ,而混合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到大型車,如“埃斯蒂馬混合”和“鷂混合”的車輛。據(jù)估計(jì),在不久的將來電力系統(tǒng)將被廣泛使用。要獲得這個(gè)發(fā)展方向主動(dòng)性,三菱汽車公司開發(fā)的一款純電動(dòng)車,“ I- MiEV 電動(dòng)汽車”和富士重工還開發(fā)了“ R 1e 型車 ” ,這兩者將很快上市。與發(fā)動(dòng)機(jī)相比,電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都比較簡(jiǎn)單。它不需要冷卻系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),電和油氣反應(yīng)之間的定時(shí)控制。在我們的電動(dòng)汽車(EV )項(xiàng)目里,已經(jīng)開始研究的第一階段中,我們研究電動(dòng)汽車的基本功能。對(duì)于目標(biāo),我們?cè)谠囼?yàn)室研制出轉(zhuǎn)換后的 EV(電動(dòng)迷你 E- MINI) 。在這篇文章中,有系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換和基本的測(cè)試,包括道路測(cè)試結(jié)果的過程。1 電動(dòng)汽車發(fā)展實(shí)驗(yàn)室里的電動(dòng)車或個(gè)人研究電動(dòng)車的發(fā)展情況1.1 發(fā)展前景 電動(dòng)車的優(yōu)點(diǎn)是清潔的,易于研究處理的,不僅在駕駛方面,而且在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究或個(gè)人項(xiàng)目研發(fā)都是方便的。要開發(fā)一個(gè)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī),測(cè)試引擎需要昂貴的設(shè)施的和大型空間,就好比一個(gè)孤立的客房配有降噪系統(tǒng),空氣通風(fēng)系統(tǒng)等。不同于消除發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸等所造成的損害與發(fā)展安全系數(shù)高的發(fā)動(dòng)機(jī),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用電動(dòng)馬達(dá)的話是相當(dāng)簡(jiǎn)單和容易處理的。不需要特殊設(shè)備來降低噪聲,因?yàn)榕c發(fā)動(dòng)機(jī)相比電動(dòng)機(jī)是非常安靜。不需要必要的空氣通風(fēng)系統(tǒng),因?yàn)殡妱?dòng)系統(tǒng)不污染環(huán)境,因?yàn)椴皇褂梦廴镜幕驌]發(fā)性化學(xué)物品如汽油。1.2 基本型車 作為基本型車改裝成的電動(dòng)車,一類輕型車(小于 660 立方厘米燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī))或小型車大約有 1000-1300 毫升適用空間的。由于空重情況下車輛在行駛擋位和加速度會(huì)有更好的性能。轉(zhuǎn)換后,它會(huì)獲得額外減省 100 千克,有時(shí)額外的重量可以減省多達(dá) 300 千克。我們選擇了羅孚迷你(稱為迷你 Cooper)作為為基礎(chǔ)型車的電動(dòng)改裝發(fā)展,由于其車身規(guī)模相對(duì)較小,剛性承載式車身底盤營建管理,并容易獲得零件來改裝成電動(dòng)車。該車已經(jīng)售出了約 40 年且沒有發(fā)生重大設(shè)計(jì)變更。此外,它的電力系統(tǒng)是非常簡(jiǎn)單的里面有沒有電腦控制,也沒有剎車伺服系統(tǒng)。圖 1 顯示了一個(gè)快照轉(zhuǎn)換到 EV 之前的基礎(chǔ)型車。所使用的原型汽車在 1986 年制造的,其規(guī)格示于表 1 中。圖 1:迷你車1.3 馬達(dá)類型某些類型的電機(jī),可用于電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)現(xiàn)在可以商購到的,例如直流(DC )性的電機(jī),直流電電動(dòng)機(jī),感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等,但是,如果一個(gè)基型車及備用齒輪被選擇,考慮到成本,重量和性能,直流電動(dòng)機(jī)便成為了最高優(yōu)先級(jí)的解決方案。目前,數(shù)字控制技術(shù)被應(yīng)用來驅(qū)動(dòng)這樣的高功率馬達(dá),其中功率開關(guān)器件,如場(chǎng)效應(yīng)晶體管, IGBT 是低脂全電壓的電源線被接通和切斷在高頻率高于 10 kHzby 開關(guān)器件和脈沖形的電壓被施加到電機(jī)繞組。開關(guān)頻率是恒定的,而導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間在一個(gè)周期之間的比例基于該操作的值是變化的。這種驅(qū)動(dòng)方法被稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM) 。對(duì)于移位的 DC 性的馬達(dá)在特定方向上,它需要只是其中之一被連接到馬達(dá)。然而如果旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)在多個(gè)方向來驅(qū)動(dòng),需要開關(guān)裝置,即順時(shí)針方向(CW)和逆時(shí)針方向(CCW)中,需要四個(gè)開關(guān)設(shè)備被設(shè)置安裝到到 DC 性的電動(dòng)機(jī), ADC性電動(dòng)機(jī)或交流(AC )馬達(dá)需要至少六個(gè)開關(guān)元件,其具有被獨(dú)立控制的裝置。另外,用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子角度的傳感器是必要的,可以使一個(gè)馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器是復(fù)雜的,緊湊的。羅孚 Mini 的規(guī)格表 1(1986 )參數(shù)規(guī)格 發(fā)動(dòng)機(jī) 規(guī)格 998 毫升;最大功率: 31 馬力;最大扭矩:7.1(千克力米) 。外形尺寸 長(zhǎng) 3054 毫米;寬度 1440 毫米;高度 1330 毫米;軸距2036 毫米。重量 680 千克。驅(qū)動(dòng)輪 4 個(gè)驅(qū)動(dòng)形式 前置發(fā)動(dòng)機(jī)四輪驅(qū)動(dòng)。變速器 四檔手動(dòng)變速箱。 從討論中可以看到,直流性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)只在一個(gè)方向上是最簡(jiǎn)單的配置與其它配置相比。該配置可以通過安裝或配套在背齒輪在車輛上使用。這并不是一件困難的要求,因?yàn)檎5臍獍l(fā)動(dòng)機(jī)可以在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)。它可能是一個(gè)另一種解決方案來改變電池和使用電路接觸,以提供電流流過負(fù)方向的電機(jī)之間的連接。在這種情況下,移動(dòng)方向,向前或向后,由電動(dòng)開關(guān)控制,不同于移動(dòng)方向是由一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)控制的通常的汽車。然而,這是一個(gè)獨(dú)特的解決方案也僅適用于電動(dòng)汽車。1.4 電池型號(hào)我們必須考慮為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力的電池類型。鋰離子電池可能會(huì)在現(xiàn)有的電池其能量/重量比的最佳性能。然而,嚴(yán)格的電流控制在充電和放電的情況下是必需的,特別定購電池充電器在許多情況下被使用。如果電池的配置已定,這將是很難改變它的規(guī)格,如改變電壓,增加電池的數(shù)量放大的最大電流等造成其他方面的不便,鋰離子電池系統(tǒng)是非常昂貴的是成本較合適的電池的 10-100 倍。此外,鋰離子電池的安全性測(cè)試也沒有公布。由于上述原因,鉛蓄電池被選定為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。 OPTIMA 黃頂蓋蓄電池,從OPTIMA 蓄電池,公司的深循環(huán)電池,標(biāo)準(zhǔn)鉛電池相比提供了更高的性能。2 電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)2.1 電動(dòng)車的組件如前一節(jié)中討論,電動(dòng)汽車最重要的部件是一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和馬達(dá)控制器。用于改裝電動(dòng)車的電機(jī)是一個(gè)串接直流性電機(jī),可在 72-120VDC 和 400 的電流最多。一種電動(dòng)機(jī)控制裝置與電力開關(guān)器件可以在大多數(shù)電動(dòng)汽車中使用的重要的組成部分,15kHz的接通和切斷 120 伏直流電源示于表 2,一起拍照的電動(dòng)機(jī)和控制器在圖 2 中。2.2 驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)表 2 EV 成分(重要部件只) 馬達(dá) L91-4003 先進(jìn)的直流馬達(dá) 控制器 121C7401 CURTIS油門 PB-6 CURTIS斷路器 YQD-200 通用電氣電氣接觸器 EV-200AAANA KILOVACE 米 Link10 model900092 Zantrex電池 YT-4.2LS Optima 蓄電池充電器 BL-20 K&WDC-DC 轉(zhuǎn)換器 1400E72/96-1201 CURTIS 圖 2:E-mini 車型的電動(dòng)機(jī)與控制器轉(zhuǎn)化的主要對(duì)象是由一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和組裝, 一個(gè)離合器,飛輪和一個(gè)變速器。一種傳輸并不總是需要 EV,然而,我們利用原始傳輸延長(zhǎng)有限的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度,以便在各種驅(qū)動(dòng)的情況下與適應(yīng)起來,剩余一回齒輪來實(shí)現(xiàn)反向驅(qū)動(dòng),采用直流馬達(dá)旋轉(zhuǎn)只在一個(gè)方向上。圖 3 示出一個(gè)單元,拍攝從車輛上拆下燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。該情況下,發(fā)送的部分被去除加工過程來定位電動(dòng)機(jī)軸的精確位置以及曲柄原發(fā)動(dòng)機(jī)的軸。圖 4 和圖 5 示出了 原始傳輸,一個(gè)機(jī)加工的傳輸?shù)那闆r下,裝配有原始驅(qū)動(dòng)單元,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)安裝在傳動(dòng)系統(tǒng)的頂部。原來的發(fā)動(dòng)機(jī)重量是 141 公斤包括一些小型的外圍設(shè)備,諸如發(fā)電機(jī),起動(dòng)電動(dòng)機(jī)等等,而所述驅(qū)動(dòng)單元具有電機(jī)的重量 87 公斤。最大開發(fā)驅(qū)動(dòng)單元的扭矩為 6.91 N.M 和最大功率為 22.70 千瓦(30.45 馬力) 。圖 3:從 mini 車?yán)镆瞥l(fā)動(dòng)機(jī)圖 4:mini 車的傳動(dòng)系統(tǒng)圖 5:一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元,變速器和離合器表 3:對(duì)電池的數(shù)量可能的解決方案,電壓和總?cè)萘靠偡?單一鏈接 雙(平行)連接 V 電池?cái)?shù) 功率(千瓦時(shí)) 電池?cái)?shù) 功率(千瓦時(shí))72 6 4.32 8 8.6484 7 5.04 14 10.0896 8 5.76 16 11.52108 9 6.48 18 12.96120 10 7.2 20 14.4132 11 7.92 22 15.84144 12 8.64 24 17.28 2.3 電池配置用于連接多個(gè)電池來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)用于電動(dòng)汽車存在各種可用的組合。大多數(shù)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可用于功率范圍 DC 72-144 V 的合適電池,電池配置是發(fā)展電動(dòng)汽車的最重要的課題之一。它依賴于原車的尺寸和重量,電池的重量和電機(jī)的性能。用于產(chǎn)生 72 V 的電壓,至少需要 6 節(jié)電池(12 v)連接在一起。然而,電池在提供 4.32 千瓦的功率條件下的要求一個(gè)電池組容量 60Ah。通常,電動(dòng)汽車每消耗 1 千瓦時(shí)的能量可以行駛 7 到 10 公里,對(duì)于正常使用的汽車,這能源是明顯不夠的。如果72 V 被認(rèn)為是最好的系統(tǒng),對(duì)于該系統(tǒng)的最好解決辦法是將 12 個(gè)電池都安進(jìn)汽車?yán)?,每六個(gè)一組與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連,圖三顯示的是用 12V 的蓄電池可能方案。用于驅(qū)動(dòng)的E-MINI,直流電源是由 8 節(jié)電池串聯(lián)連接,其額定電壓為 96 V 的電池的容量是 60Ah,在汽車上可以轉(zhuǎn)化為 5.76 千瓦時(shí)的電能,電池的充電可以通過一個(gè)車載充電器插在交流 100 伏插座,此方式可應(yīng)用于日本每一個(gè)家庭。自從電池充電的最大電流變?yōu)?8 A,不再特定需要特變得布線或大型斷路器。2.4 安裝圖 6:部件和接線的位置(A) ,發(fā)動(dòng)機(jī)室(B) ,mini 車的大致圖(C)圖 6 示出組件的位置和 E-MINI 的布線。一種電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)控制器和節(jié)氣門位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙。節(jié)流閥是由導(dǎo)線連接到油門踏板,駕駛員可以以相同的方式用標(biāo)準(zhǔn)氣體轎廂操作轎廂。電池被放置在與發(fā)動(dòng)機(jī)艙分開的地方,在后排座位的空間和后部行李空間。電池充電器也被安裝在那里,其中電線也是從汽油罐的蓋電池充電拉出行李室。圖 6b 和6c 示出發(fā)動(dòng)機(jī)艙和 E-MINI 的概要。汽車的總重量達(dá)到 760 公斤,從汽車轉(zhuǎn)換之前減少80 千克。2.5 性能和指標(biāo)要管理并獲得驅(qū)動(dòng)用蓄電池的信息,一個(gè) EMATER 安裝在 E-MINI 的駕駛艙,提供一個(gè)總電壓,電流流通,保持能量千瓦時(shí),以及預(yù)計(jì)的時(shí)間內(nèi)為駕駛(圖 7) 。轉(zhuǎn)速表和時(shí)速表也安裝在左右座艙來獲取驅(qū)動(dòng)電機(jī)的瞬時(shí)信息。一個(gè) SPEEDO 米的工程作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖 7:E-mini 的子期與車速,靜電計(jì)的駕駛艙,轉(zhuǎn)速表,時(shí)鐘。3 系統(tǒng)測(cè)試3.1 路面測(cè)試E-MINI 已授權(quán)一型車牌在公路上駕駛。E-MINI 可以由一個(gè)地方充電后一次后前往35 至 38 公里的距離。消耗約 3.5 至 4 千瓦的能量。因此, E-MINI 效率是在 8.75-10.85公里/ 千瓦時(shí)的范圍內(nèi)。圖 8 示出了能量消耗和電壓降作為行駛距離從 0 提高(開始)至 30 公里。圖 8: 剩余能量和電池電壓與旅行距離道路試驗(yàn)3.2 電池充電圖 9:充電時(shí)間與充電電量圖 9 示出了所存儲(chǔ)的能量在電池使用車載充電器充電的變化。E-MINI 有發(fā)一個(gè)版型電池充電器是適用于 100 V AC ,因?yàn)樽畲箅娏鞅幌拗圃?8 A,所以可以使用家庭用線。從圖 9 看出,50的充電過程幾乎是在空的條件下進(jìn)行近 2.5 小時(shí),所以完全充電需要大約 5 小時(shí)。4 結(jié)論在這篇文章中,電動(dòng)汽車項(xiàng)目通過羅孚迷你實(shí)現(xiàn)了清潔運(yùn)輸,E-MINI 有 被授權(quán)駕駛在公共道路上取得了 38 公里通過一次充電行駛。電子?效率是 10.85公里/ 千瓦時(shí)最多,而它根據(jù)路況和駕駛是多種多樣的。由一個(gè)充電延長(zhǎng)行駛距離將是我們未來的作品之一參考:豐田汽車公司,1997 年普銳斯。 http:/toyota.jp/prius/ 豐田汽車公司。埃斯蒂馬混合。 http:/toyota.jp/ estimahybrid/ 豐田汽車公司。鷂混合。 http:/toyota.jp/ harrierhybrid/ 三菱汽車。i-MiEV 電動(dòng)汽車。 http:/www.mitsubishi-motors.co.jp/ miev.html 富士重工。 R1E。 http:/www.fhi.co.jp/news/050709/ 050902.html 邁克爾 P.布朗與莎麗 PRANGE,1993 。MINI 保養(yǎng)及維修手冊(cè),海恩斯 KTA 服務(wù)公司 Compornents 出版目錄 2004 - 2005
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