纯电动汽车设计方案1.docx
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纯电动汽车设计方案1
“宾客”纯电动汽车
设计方案
设计单位：
四方汽车设计有限公司
项目负责人：
陈维劲
小组成员：
游东峰、林锦地、缪陈国
目录
一、汽车产品定位…………………………………………3
二、汽车底盘布置形式……………………………………4
三、驱动电机的选择………………………………………5
四、蓄电池的选择…………………………………………8
五、技术参数………………………………………………10
六、成本分析………………………………………………11
七、后记……………………………………………………12
八、参考文献………………………………………………12
一、汽车产品定位
未来汽车企业要想发展，只有制造符合时代发展需要的产品才能在激烈的市场竞争中占据一席之地。
如日本、韩国在世界石油危机之后推出的节能型小汽车，就是适应了时代的发展才在市场上立足。
而目前，我国汽车产业要想真正发展起来，必须设计出符合我国市场需求的物美价廉产品。
当今随着科技的发展，汽车产品正在向安全、舒适、节能、环保、高自动化和智能化发展。
a．材料的轻型化。
目前，制造一辆汽车所需钢材约占整个汽车自身质量的65％，塑料占11％，铝仅占4％。
为了促使汽车向轻型化发展，世界汽车产业正在进行着—嘲材料革命”。
b．能源环保化。
随着人们环保意识的提高，追求与自然协调发展已成为国际企业界的一项共识。
而汽车一方面给人类带来巨大的进步，另一方面又污染环境，因而，在人类生活日益提高的今天，相信低能源消耗的绿色汽车今后会畅销。
c．高自动化、高智能化。
随着电子装备微型化和电子及控制技术日渐成熟，汽车智能化将是汽车发展趋势，人们更多的是追求让汽车“独立思考和判断”。
d．舒适化、安全化。
这样，人们驾驶汽车不再是一种危险和负担，因为汽车已成为一种精神和体感的双重享受。
中国是世界上最大的潜在汽车市常我国汽车企业只要利用天时地利，创造出符合我国人民需求的汽车产品，走民族品牌化的道路，就能在世界跨国公司的竞争中立于不败之地。
我们设计的纯电动汽车正是定位在5万到9万元之间的经济型轿车，它是根据比亚迪F0改装而成的，它本身是一辆小排量汽车。
我们主要是面向城市里面30岁左右的购买人群。
二、汽车底盘布置形式
采用电动机前置前驱形式，变速驱动桥将变速器、主减速器和差速器安装在同一个外壳（常称为变速器壳）之内。
这样可以有效地简化结构，减小体积，提高传动效率。
而且取消了传动轴，可使汽车自重减轻。
电池组安装在前后两排座椅下。
三、驱动电机的选择
电动汽车电机是将电源电能转换为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮的汽车驱动装置，该电机与其他电机相比具有体积小、重量轻、效率高且高效区范围广、调速性能好等特点。
电动汽车用电动机在需要满足汽车行走的功能同时，还应满足行车时的舒适性、耐环境性、一次充电的续行里程等性能，该电机要求比普通工业用电动机更为严格的技术规范，还希望有如下功能：
体积小，重量轻。
减小有限的车载空间，特别是总质量的减小，在整个运行范围内高效率。
一次充电续行里程长，特别是行走方式频繁改变时，低负载运行时，也有较高的效率。
低速大转矩特性及宽范围内的恒功率特性。
综合上述原因考虑我们初步选定永磁无刷直流电机作为驱动电机。
无刷直流电机优点是：
1电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足车辆的加速要求。
2速度范围宽，电机可以在低中高大速度范围内运行，而有刷电机由于受机械换向的影响，电机只能在中低速下运行。
3电机效率高，尤其是在轻载车况下，电机仍能保持较高的效率，这对珍贵的电池能量是很重要的。
4过载能力强，这种电机比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上，满足车辆的突起堵转需要。
5再生制动效果好，因电机转子具有很高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电机可完全进入发电机状态，给电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹车负担。
6电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。
7电机无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电机内部，可靠性高。
8电机控制系统比异步电机简单。
缺点是电机本身比交流电机复杂，控制器比有刷直流电机复杂。
永磁无刷直流电机的技术数据：
参数
型号
电源
电压
V
额定
电压
V
额定
功率
kW
额定
转速
rpm
额定
效率
%
最大
功率
kW
最高
电压
V
最高
转速
rpm
最大
转矩
N.m
工作制
min
外形尺寸
直径*长度
mm*mm
重量
Kg
ZYCD-3
144
120
2.5
2500
92
4
144
3000
25
S1
Φ165*265
25
384
2.5
2500
92
4
S1
Φ200*220
27
120
2.5
3000
92
S1
Φ165*260
27
ZYCD-6
120
100
5.5
3300
92
9
120
4000
45
S2-60
Φ190*270
31
ZYCD-10
120
96
10
1600
92
15
120
2000
150
S2-40
Φ219*415
75
288
216
10
3000
93
15
280
4000
80
S1
Φ216*340
55
ZYCD-15
120
100
15
3000
92
36
120
3600
120
S2-60
Φ245*454
84
ZYCD-20
288
216
18.5
3000
92
32
280
4000
150
S1
Φ245*470
85
144
120
20
3000
92
35
144
3600
S1
Φ294*500
120
400
20
2000
93
S1
Φ294*504
123
800
20
4000
93
S1
Φ294*504
125
ZYCD-30
240
180
30
3000
94
50
240
4000
250
S1
Φ294*504
123
288
210
30
3000
94
50
280
4000
S1
Φ294*517
125
ZYCD-45
288
210
40
3000
93
60
288
4000
300
S1
Φ294*580
142
ZYCD-60
288
55
3000
93
75
400
S2-60
Φ420*650
320
384
350
60
2000
92
100
384
2500
1000
S2-60
Φ420*670
300
ZYCD-75
384
288
75
2500
94
125
384
3400
1050
S2-90
Φ460*800
410
384
288
75
2700
94
125
384
3600
1200
S2-90
Φ460*1000
500
综合电动汽车的动力要求通过上表对比我们选定型号ZYCD-30为驱动电机。
安装型式
安装结构型式代号
安装结构型式
机座号
单轴伸
双轴伸
机壳外圆安装
A5
AA5
55-110
端盖凸缘安装
A3
AA3
55-110
底脚安装
A1
AA1
90-110
使用条件
1、海拔不超过4000m；
2、环境温度：
-25℃～+40℃；
3、相对湿度：
≤95%（25℃时）；
4、允许温升：
不超过75k（海拔 为1000m时）
接线说明
四、蓄电池的选择
电动汽车发展的最大因素是动力蓄电池，应用在电动汽车上的电源系统应有以下要求：
（1）高的比能量和能量密度；
（2）高的比功率和功率密度；
（3）快速充电和深度放电的能力；
（4）使用寿命长；
（5）自放电率小，充电效率高；；
（6）安全性能良好，且成本低廉；
（7）免维修；
（8）对环境无危害，可回收性好。
以下是几种蓄电池特性的比较
单体电压（V）
比能量
（W/h/kg）
比功率
（（W/kg）
循环寿命
（次）
参考价格
（US$/kWh）
铅酸蓄电池
2
30-45
200-300
400-600
150
镍-镉
1.2
40-60
150-350
600-1200
300
镍-锌
1.6
60-65
150-300
600-1200
200-350
锌空气
1.4
350
105
——
90-120
钠-硫
2.0
100
200
800
250-450
锂离子
3.6~4.0
150
1500
800-1200
>200
超级电容
1.8
10000
>3000
≥100000
25000
（注：
——表示缺少数据）
总之，
（1）铅酸蓄电池技术最成熟，最安全，成本也低，是电动汽车的可选动力电源，但比能量、比功率都比较低。
（2）超级电容电池和飞轮电池的成本很高，不实惠。
（3）燃料电池是今后发展的重点方向，但目前存在成本高的问题。
（4）镍金属蓄电池要求有发展可靠的能量管理系统，系统比较复杂。
（5）锂离子蓄电池的单体电池电压大，体积小，比功率、比能量高，循环寿命长，相比之下更能够满足电动汽车的要求。
所以我们选择锂离子电池来作为动力电源。
选用电池
中航锂电（洛阳）有限公司是中航工业空空导弹研究院全资子公司，是一家拥有先进管理、技术、制造能力的现代企业。
公司是专业从事锂离子动力电池、电源管理系统的研发和生产，是国内领先的生产100AH以上大功率、高容量、高电压锂离子动力电池制造专业公司，是承担国家863重大专项“大容量磷酸铁锂动力电池及动力模块技术开发”的单位。
所以我们选用中航锂电（洛阳）有限公司生产的锂离子蓄电池。
中航锂电（洛阳）有限公司生产的单体电池规格型号有：
SE60AHA、SE100AHA、SE400AHA、SE40AHA、SE130AHA、SE180AHA、SH40AH，它们的额定电压均为3.2V，则单体电池的总数为240/3.2=75个。
其中SE60AHA应用于电瓶车，SE40AHA、SH40AH应用于电动摩托车，SE180AHA应用于火车，SE400AHA应用于公共汽车，SE100AHA、SE130AHA应用于电动汽车。
由于SE100AHA的重量比SE130AHA小1.4kg左右，所以选用SE100AHA，为了能增大电池的容量，再并联75个单体电池，这样电池的总容量便达到200AH。
SE100AHA单体电池的描述如下：
单体电池尺寸
电池放电曲线图
电池性能指标
项目名称
SE100AHA
额定容量（AH）
100
额定电压（V）
3.2
内阻（1kHz AC,mΩ）
≤0.9
充电截止电压（cccv模式，V）
3.6
放电截止电压（V）
2.5
标准充电电流（0.3C，A）
80
最大瞬间放电电流（持续时间10s，A）
800
循环寿命（0.3C充放，80%DOD）
2000
工作温度范围
充电
0℃～55℃
放电
-25℃～55℃
储存温度范围
-25℃～45℃
重量（Kg）
3.1±0.1
壳体材料
塑料
五、技术参数
长*宽*高：
3460*1618*1465
轴距：
2340
电动机前置前驱
主减速器传动比i0=2.13
轮胎规格：
165/60R14（165为轮胎的名义断面宽度/mm、60为轮胎的高宽比/%、R表示为子午线轮胎、14为安装轮辋的外径/inch其中1inch=25.4mm）
轮胎的半径：
r=H+1/2xd=165*60%+25.4x14/2=165*60%+355.6/2=276.8mm=0.2768m
质量：
车载五人为装载质量（包括驾驶员），以每个人的体重为75kg、货物的质量为55kg，则装载质量为75x5+55=430kg，整车装备质量为870kg，则总质量为430kg+870kg=1300kg。
最大爬坡度：
Ft=Ttqxig1xi0xηt/r=uxmxgxcosa+mxgxsina
有210x2.75x2.13x0.876/0.2768=0.013x13000xcosa+13000xsina
求得a=16.7º
即最大爬坡度为i=30%
变速器传动比（自行设计）i0=2.13ig1=2.75ig2=2ig3=1.5ig4=1i倒=-2.45
汽车的最大速度：
Vmax=0.377xrxn/（ig4xi（））=0.377x0.2768x3000/1x2.13=147km/h
百公里加速时间：
1档：
减速比=i0*ig1=2.13*2.75=5.8577
扭矩=210*5.8577=1230.12N*m
驱动力=扭矩/r=1230.12/0.2768=4444N
车重m=1300kg
F=maa=F/m=4444/1300=3.42m/s2
3000转时1档最大速度Vmax=0.377*r*n/ig1/i0=0.377*0.2768*3000/2.75/2.13=53.4km/h=14.846m/s
V=att1=V/a=14.846/3.42=4.34s
2档：
减速比=i0*ig2=2.13*2=4.26
扭矩=210*4.26=894.6N.m
驱动力=扭矩/r=894.6/0.2768=3232N
车重m=1300kg
F=maa=F/m=3232/1300=2.486m/s2
3000转时2档最大速度Vmax=0.377*r*n/ig2/i0=0.377*0.2768*3000/2/2.13=73.488km/h=20.4m/s
t2=V/a=（20.4-14.846）/2.486=2.234s
3档：
减速比=i0*ig3=2.13*1.5=3.195
扭矩=210*3.195=670.95N.m
驱动力=扭矩/r=670.95/0.2768=2424N
车重m=1300kg
F=maa=F/m=2424/1300=1.8645m/s2
3000转时3档最大速度Vmax=0.377*r*n/ig1/i0=0.377*0.2768*3000/1.5/2.13=98km/h=27.22m/s
t3=V/a=（27.22-20.4）/1.8645=3.6575s
4档：
减速比=i0*ig4=2.13*1=2.13
扭矩=210*2.13=447.3N.m
驱动力=扭矩/r=894.6/0.2768=1616N
车重m=1300kg
F=maa=F/m=1616/1300=1.243m/s^
t4=V/a=（27.77-27.22）/1.243=0.448s
t总=t1+t2+t3+t4=4.34+2.234+3.657+0.448=10.68s
百公里耗电量（以60km/h匀速行驶）
匀速行驶时坡度阻力与加速阻力都为0
Ff=Gf=13000*0.013=169N
Fw=CDA*U2/21.15=0.782*60*60/21.15=133N
Ft=Ff+Fw=302N
百公里耗电量W=Fs/ηt=302*105/（3.6*106）=8.39/（0.94*0.95*0.875）=10.7kw
续驶里程（60km/h匀速）
电池耗电量=200Ah*240V=48kw.h
续驶时间=48/10.7=4.486h
续驶里程S=Vt=4.486*60=269km
后记
《纯电动汽车设计方案》是由四方汽车设计有限公司设计，四方汽车设计有限公司由陈维劲、游东峰、缪陈国和林锦地四位年轻有志向的同志主持。
本方案得到了钟勇博士的大力支持，在此表以崇高的敬意！
《纯电动汽车设计方案》内容由陈维劲、游东峰、缪陈国和林锦地四位同志共同来编写完成的。
在项目负责人陈维劲的带领下，对方案进行了进一步修改。
其中陈维劲负责汽车产品定位和汽车底盘布置形式、游东峰负责驱动电机的选择、缪陈国负责蓄电池的选择、林锦地负责技术参数，最终稿件由陈维劲和缪陈国两位共同完成。
由于时间仓促和我们的水平有限，设计内容难免会有错误或者不准确的地方，欢迎大家提出错误或者不精确的地方，并提出意见和改进！
参考文献
[1]胡骅，宋慧.电动汽车..人民交通出版社，2009年9月
[2]余志生.汽车理论..机械工业出版社，2011年1月
[3]汽车制造工艺学机械工业出版社第3版
[4]汽车发动机原理机械工业出版社
[5]电动汽车系统研究吉林大学
[6]电动汽车难在高电容电池清华大学
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