純電動(dòng)車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)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(guò)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(lái)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(wèn)題。為了緩解這些問(wèn)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(wèn)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(lái)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(rùn)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(guò)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(lái)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(yíng)建管理，并容易獲得零件來(lái)改裝成電動(dòng)車。該車已經(jīng)售出了約 40 年且沒(méi)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(méi)有電腦控制，也沒(méi)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(gòu)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(lái)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(lái)驅(qū)動(dòng)，需要開關(guān)裝置，即順時(shí)針?lè)较颍–W）和逆時(shí)針?lè)较颍–CW）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(guò)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(lái)改變電池和使用電路接觸，以提供電流流過(guò)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(gòu)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(méi)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(lái)，剩余一回齒輪來(lái)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(guò)程來(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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