毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 题目题目：微型纯电动汽车控制器硬件设计微型纯电动汽车控制器硬件设计 课课 题题 类类 别别： 设计设计 论文论文 学学 生生 姓姓 名名：练攀攀练攀攀 学学号号：200672050323200672050323 班班级级：汽服汽服 06-0306-03 班班 专业专业（全称全称） ：汽车服务工程汽车服务工程 指指 导导 教教 师师：刘志强刘志强 20102010 年年 3 3 月月 一一、本课题设计本课题设计（研究研究）的目的的目的： 从第一辆汽车诞生到现在的一百多年时间里，汽车已经遍及人类社各个角落并极 大的改变了人们的生活和思维方式。然而随着全球石油资源的逐渐枯竭，汽车排放污 染的加剧以及人们对生活质量的高要求，纯电动汽车作为一个集成了多个子系统如车 身、电力驱动、能源、能量管理等复杂的系统 1，具有高效、方便、污染少、噪声低 等特点，也因此纯电动汽车的开发和研究得到各国政府、各汽车制造商和各科研机构 的高度重视 2。可以说，全球必将掀起新一轮纯电动汽车的开发热潮，而控制器作为 电动车的重要组成部分，也必将成为研究的重点。 本设计以微型纯电动汽车为研究对象，在分析纯电动汽车结构特点与控制要求的 基础上，结合同组同学的控制器软件设计，进行微型纯电动汽车控制器硬件设计。通 过毕业设计，巩固所学基础知识和专业知识；熟悉行业标准、中外文文献资料的查阅； 具有初步的设计计算、图纸绘制的能力；具有初步的解决问题的能力。 二二、设计设计（研究研究）现状和发展趋势现状和发展趋势（文献综述文献综述） ： 2.12.1 国内外纯电动汽车的研究现状 电动汽车具有清洁无污染、能量来源多样化、能量效率高的特点，已成为世界各 国的研究重点国外，美国三大汽车公司于 1991 年联合成立了美国先进电池联合体， 投 入了 4.5 亿美元，其中政府拨款 2.25 亿美元，共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、 燃 料池等各种高性能蓄电池 15。 日、 法、 德等国各大公司也投入巨资研究开发高性电池。 在电动汽车整车研究开发方面， 至 90 年代末期， 国外大汽车公司已开发产了 100 多种 型号的纯电动汽车、燃料电动汽车和混合动力汽车。其中，已有 10 多种纯电动汽车车 型投入商业化生产 35。 电动汽车具有清洁无污染、能量来源多样化、能量效率高的特点，已成为世界各 国的研究热点。我国的汽车工业的发展与世界其他国家相距甚远，电动汽车的开发为 我国在新的起点上赶上世界先进水平提供了一个很好的机会。因此，电动汽车的研制 对我国具有特别重要的意义。与世界其他国家一样，国内电动汽车的研究工作也正如 火如荼地进行着。“十五“期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提过汽车 工业竞争力、实现我国汽车工业跨越式发展德战略高度考虑，设立“电动汽车重大科 技专项” ，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研 院所等方面的力量进行联合攻关。电动车研究方面已经取得了一系列的成果：开发出 了电动汽车概念车、燃料电池汽车样车和一系列关键零部件，并制定了相关政策和技 术标准 610-13 。 2.22.2 纯电动车的关键技术纯电动车的关键技术 电动汽车的组成包括电池、驱动电机、电机调速控制系统、电池管理系统和车体 五个主要部分 7其中的关键技术如下： 电驱动技术:这是电动汽车的技术核心， 在目前蓄电池技术未得到突破的背景下， 电驱动技术是电动汽车技术的主要热点。目的是提高电动汽车的驱动性能、续驶里程 以及行驶方便性、可靠性等。电驱动技术以驱动电机为中心，辅以各种新型控制技术。 蓄电池制造、 检测及充电技术:蓄电池技术包括电动汽车用新型蓄电池的研究开发、 蓄电池质量的检测。充电技术的研究则围绕蓄电池的快速安全充电而展开。 电动汽车能量管理技术:主要包括电动汽车的集中能量管理系统及二次能量管理单 元。 整车控制技术:主要包括能够考虑电动汽车的负载特性并充分利用电动汽车转矩快 速精确控制特性而引出的电动汽车的新型控制策略。 车体技术:主要包括车体的优化设计、车底盘的设计及空间利用的优化设计等 2。 。 2.32.3 纯电动汽车面临的主要问题 纯电动汽车是以二次电池为储能载体，二次电池以铅酸电池、镍氢电池、埋离子 电池为主。由于二次电池目前在储电量、充放电性能、使用寿命、成本等方面无法与 内燃机相比，因此研究进展不大。 续驶里程有限： 目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为 100-300 km，并且这个数字通常还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池管理系统才能得 到保证，而绝大多数电动汽车在一般行驶环境下的续驶里程只有 50-100 km。比起传 统燃油汽车而言，电动汽车的较短续驶里程成为其致命的弱点。 成本过高：目前各式电动汽车能示范运行的，都是在原燃油汽车的底盘、车厢基 础上改装而成的，即将发动机、油箱等系统全数拆下，然后装上电机、电池等相关配 套设备就形成电动汽车。电池、电机及其控制器技术复杂，其成本太高，另外也由于 采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。 蓄电池性能难以满足要求：电动汽车使用的普通蓄电池的寿命最多为 4 年，与燃 油汽车的寿命相比太短。若采用动力足、寿命较长的电池，其成本较高。普通燃油汽 车填充燃料，方便快捷，而当今市场上的电动汽车充电时间一般在 6-8 小时，给电动 汽车的使用带来极大不便。现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提 下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身整备质量大，就会影响加速性能和最大 车速的提高。 电动汽车基础设施有待建设：电动汽车即将进入商业化阶段，与大批量电动汽车 正常运行有关的基本配套设施和法律法规还不健全。充电站、蓄电池更换站、维修站 建设基本上处于空白阶段。电动汽车的标准化，汽车行驶相应的政策法规正在制定之 中。由于电动汽车的基础设施建设是一项巨大的工程，需要政府、社会组织、电动汽 车厂商、电力部门、电池厂商的通力合作，短期内这些问题还得不到很好的解决 6 。 2.4 纯电动汽车的发展趋势 研究目前国内外纯电动汽车的发展情况，可以看出，纯电动汽车的研发出现了难 以进行下去的问题。一方面是由于纯电动汽车面临的成本和续驶里程等问题，一直没 有很好的解决;另一方面， 和人们对电动汽车的要求过于完美化， 提出不切实际的过高 要求有关。 纯电动汽车是比较接近于实际应用的电动汽车，但要使其进一步发展，则需要我 们给它一个恰当的定位，而不是拘泥于加速性、一次续驶里程、整车质量等指标。当 前纯电动汽车正向微型化和专用化方向发展。特别是纯电动汽车的微型化，已经成为 必然趋势 8 。 微型电动汽车是已进入市场、商业化的轻型纯电动汽车新品种。它包括高尔夫球 车、社区内采购和代步用车和特殊场合用车。 微型电动车电机功率一般为 2.5-4 kW， 最高速度为 45 km/h， 续驶里程为 50-65 km。 其外形是像高尔夫车，有 1-4 个座位，价格在 6000-10000 美元之间，只作城市内街道 和社区交通、高尔夫球场和特殊场合，不能上高速公路。这种车在美国的东南和西南 部已有数千辆的销量， 因为那里有几百万的退休人员和在当地工作的家庭;在日本这种 车有可不要年检、不要车位证停车的优惠，因此也有一定的市场。在日本还有在企业 或社区内设微型电动车停放站，一般可以停二三十辆微型电动车，乘用者划卡就能把 车开走，放回停放站就能继续充电。国外几种知名的微型纯电动汽车的参数如表 1-1 所示: 69 2.5 研究微型纯电动汽车的意义及必要性 微型电动汽车发展速度远快于其它类型的电动汽车，已成为一个成长和发展中的 产业，这与社会的需求和其自身的特点是密切相关的。 城市公共交通系统需要微型纯电动汽车。未来的大都市普遍以快速公共交通系统 为主，如公共汽车系统、轨道交通系统等。居所到公共汽车站、地铁站或轻轨站的短 距离出行通常是步行，或以自行车、两轮摩托车、三轮摩托车等作为代步工具。然而， 随着生活节奏的加快和人们生活水平的提高，时间观念更加深入人心，使用自行车已 经不能满足通勤者时间上的需求，需要寻找一种新型的交通下具。微型电动汽车是最 好的选择 14 。 微型电动汽车具有无污染、低噪声、小体积、低速度和易驾驶等优点，使得它可 以穿梭于城市的各种道路，能够直接到达出租车都不能到达的深居小巷，这更是其它 大型交通工具所不能企及的。微型电动汽车的最高时速一般为 45 km/h，虽然比一般 小汽车的速度慢，但比步行或骑自行车要快得多，完全能够满足通勤者上下班时节约 时间的要求。因此微型电动汽车作为代步工具是相当合适的。另外，微型电动汽车的 低速度也提高了它在居住区行驶时的安全性。驾驶微型电动汽车，比驾驶小汽车简单 得多，即使老人或者下肢残疾的人也能操纵自如。因此，微型电动汽车不仅适合于通 勤者的慢速交通需要，也能为非通勤者的短距离慢速交通提供方便 6 。 三设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段） ： 3.1 研究的重点与难点 通过搜集资料和对资料的认真分析，微型纯电动汽车的硬件控制重点应主要包含 以下几个方面： 1.对控制器的现状和相关技术、 产品进行了比较细致的调研， 并结合课题的实际情况， 进行详细的需求分析。控制器的需求定义。定义中强调控制器的抗干扰能力及其稳定 性，并要求控制器具备完善的保护功能和较高的灵活性、智能性。 2.根据控制器需求，设计控制器的整体方案。 3.设计一种新型的直流斩波器，不但能够兼容串励和他励直流电机，而且具备再生制 动功能。 4.通过对缓冲电路原理的分析和电路仿真，确定缓冲电路的类型及其电路参数，并对 功率回路和缓冲器器件进行选型。另外，通过对斩波电路的功率损耗的计算，确定控 制器内部的散热片及其外部安装面板的要求，而实现斩波功率回路。 5.控制器硬件控制电路设计与实现。在设计过程中，应注重电路的稳定性和可靠性， 设计较好的保护系统。 3.2 拟采用的途径 通过各种途径收集资料，认真分析本课题微型纯电动汽车的结构特点与控制要 求，并仔细的研究其控制器的整体构成以及所要实现的功能。根据控制器硬件所要实 现的功能，设计出该控制器硬件各部分功能的原理图。然后根据所设计的电路并结合 电路正常工作的各项要求，选定电路中所需的各种电子芯片。之后再根据电流、电压 等各项要求确定电路中各个电阻、电容等一些电子元件的具体参数。最后，用 protel 软件画出所设计的电路原理图，并对所设计的原理图进行测试，最终确定该电路是否 能够实现该微型纯电动汽车的各项功能控制。 四 设计（研究）进度计划： 第三周搜集相关资料 第四周第五周外文翻译，开题报告 第六周第十一周纯电动汽车结构特点与控制要求分析 第十二周第十三周熟悉电子元器件性能并选型 第十四周第十五周电路设计、制作 第十六周整理文档 五 参考文献： 1刘博.基于纯电动汽车的制动能量回收系统的研究与实现D.北京：清华大学， 2004. 2电动汽车智能控制系统研究D.长沙：中南大学，2006. 3黄智.电动汽车控制器的设计与实现D.重庆：电子科技大学，2007. 4 马宪民.电动汽车的电气驱动系统J.西安公路交通大学学报,2001(3),Pp:83-8。 5万 钢 . 我 国 电 动 汽 车 标 准 的 现 状 和 发 展 J. 中 国 科 技 产 业:Vol.2,2006,Pp:110-117. 6田德文. 微型纯电动汽车驱动系统的基础研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006. 7聂昕 毛永志. 电动汽车的关键技术及发展J.新材料产业，2006，10. 8陈清泉，孙立清.电动汽车的现状和发展趋势J.科技导报.2004，23(4):2525. 9李春卉. 电动汽车发展的现状