能源汽车设计方案报告 本文关键词：设计方案，能源，报告，汽车
能源汽车设计方案报告 本文简介：1简介：新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新
能源汽车设计方案报告 本文内容：
1简介：
新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器)汽车等。在能源紧缺,环境污染越来越严重的今天,新能源汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。
2发展：
《2013-2017年中国电动汽车行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》数据显示：2012年新能源汽车销量为12552辆，其中纯电动汽车销量为12411辆。即使以今后每年翻倍的速度增长，到2012年的销量也不过是10万辆左右，与国家规划相差40万辆左右，与各个地方规划之和的差距就更大了。新能源汽车的规划销量与实际销量的巨大差距充分说明，相关部门都希望发展新能源汽车行业，都希望把它做好做大，都知道新能源汽车行业的好处：节能减排。这也符合我国经济长远发展需要，但现实确实如此惨不忍睹。其实消费者也知道新能源汽车节能，能省下不少油钱，能节能省钱。但是为什么消费者始终没有实际购买的冲动呢?因为我国的新能源汽车产业是汽车行业中的后起之秀，其短短十余年的发展已形成了较为完整的技术体系、产品体系、标准体系和管理体系，被确定为我国汽车行业未来发展的主导方向。新能源汽车的发展积累了很多宝贵经验，下述特点非常值得摩托车行业借鉴，即：正确的行业规划布局；扎实的基础工作；高效的产业结构；完善的标准体系建设；良好的政策支持环境。
3分类：
(1)混合动力汽车
混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。
优点：
a采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。
b因为有了电池，
可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
c在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。
d有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。
e可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
f可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。
缺点：长距离高速行驶基本不能省油。
(2)纯电动汽车
电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言,最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。
优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。[1]
缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。
(3)燃料电池汽车
燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能
燃料电池汽车模型量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。
优点：1、零排放或近似零排放。2、减少了机油泄露带来的水污染。3、降低了温室气体的排放。4、提高了燃油经济性。5、提高了发动机燃烧效率。6、运行平稳、无噪声。
a氢动力汽车
氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火，并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。
优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。
缺点：氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。
b天然气和液化石油气汽车
燃气成分单一、纯度较高、能与空气均匀混合并燃烧完全，CO
和微粒的排放量较低，发动机在低温时的启动和运转性能较好。其缺点是其运输性能比液体燃料差、发动机的容积效率低、着火延迟较长及动力性有所降低。这类汽车多采用双燃料系统，即一个压缩天然气或液化石油气系统和一个汽油或柴油燃烧系统，能容易地从一个系统过渡到另一个系统，此种汽车主要用于城市公交汽车。
c甲醇汽车
用甲醇代替石油燃料的汽车。
4技术难点：
科技攻关点在：1、电池技术；2、动力总成系统；3、电控系统;
5汽车电池分类
从全球新能源汽车的发展来看，其动力电源主要包括锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池、超级电容器，其中铅酸电池、超级电容器大多以辅助动力源的形式出现。主要原因是这些电池技术还不完全成熟或缺点明显，与传统汽车相比不管是从成本上、动力还是续航里程上都有不少差距，这也是制约新能源汽车的发展的重要原因。
a铅酸蓄电池
铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池，它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。
b镍氢蓄电池
镍氢蓄电池属于碱性电池，镍氢蓄电池循环使用寿命较长，无记忆效应，但价格较高。国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie、丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80A·h和130A·h两种单元电池，其比能量达75－80W·h/kg，循环使用寿命超过600次。这种蓄电池装在几种电动汽车上试用，其中一类车一次充电可行驶345km，有一辆车一年中行驶了8万多公里。由于价格较高，目前尚未大批量生产。国内已开发出55A·h和100A·h
单元电池，比能量达65
W·h/kg，功率密度大于800W/kg的镍氢蓄电池。
c锂离子电池
锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池，其独特的物理和电化学性能，具有广泛的民用和国防应用的前景。其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，是镍镉电池的4倍，并且人类只开发利用了其理论电量的20%～30%，开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环保电池，不会对环境造成污染，是目前最佳的能应用到电动车上的电池。我国从二十世纪九十年代开始开发和利用锂离子电池，至今已取得突破性进展，研制出了完全拥有自主知识产权的锂离子电池。
d镍镉电池
镍镉电池的应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池，其比能量可达55W·h/kg，比功率超过190W/kg。可快速充电，循环使用寿命较长，是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次，但价格为铅酸蓄电池的4～5倍。它的初期购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，因此其长期的实际使用成本并不高。缺点是有“记忆效应”，容易因为充放电不良而导致电池可用容量减小。须在使用十次左右后，作一次完全充放电，如果已经有了“记忆效应”，应连续作3～5次完全充放电，以释放记忆。另外镉有毒，使用中要注意做好回收工作，以免镉造成环境污染。
e钠硫蓄电池
钠硫电池的优点：一个是比能量高。其理论比能量为760W·h/kg，实际已大于100W·h/kg，是铅酸电池的3～4倍；另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200～300mA/mm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100%。钠硫电池缺点，主要其工作温度在300～350℃，所以，电池工作时需要一定的加热保温。而高温腐蚀严重，电池寿命较短。已有采用高性能的真空绝热保温技术，可有效地解决这一问题。也有性能稳定性及使用安全性不太理想等问题。
f各种蓄电池的参数比较：
附表：1
资料来源《电动汽车概论》、《锂离子原理电池原理与关键技术》
6相关法规
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电动汽车
安全要求
第1部分：车载储能装置
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现行
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电动汽车
安全要求
第2部分：功能安全和故障防护
国家发展和改革委员.
2001-01-02
现行
GB/T
18384.3-2001
电动汽车
安全要求
第3部分：人员触电防护
国家质量监督检验检疫.
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动力性能
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电动汽车传导充电用连接装置
第2部分：交流充电接口
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电动汽车风窗玻璃除霜除雾系统的性能要求及试验方法
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加氢口
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燃料电池电动汽车
最高车速试验方法
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电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议
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电动汽车交流充电桩电能计量
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氢燃料电池电动汽车示范运行配套设施规范
国家质量监督检验检疫.
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燃料电池电动汽车
车载氢系统
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国家质量监督检验检疫.
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电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法
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电动汽车充换电设施电能质量技术要求
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电动汽车非车载充电机电能计量
国家质量监督检验检疫.
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4094.2-2005
电动汽车操纵件、指示器及信号装置的标志
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JJG
(粤)
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电动汽车充电机(桩)
广东省质量技术监督局
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NB/T
33001-2010
电动汽车非车载传导式充电机技术条件
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2010-10-01
现行
NB/T
33002-2010
电动汽车交流充电桩技术条件
国家能源局
2010-10-01
现行
NB/T
33003-2010
电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议
国家能源局
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QC/T
742-2006
电动汽车用铅酸蓄电池
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现行
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743-2006
电动汽车用锂离子蓄电池
2006-08-01
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QC/T
744-2006
电动汽车用金属氢化物镍蓄电池
2006-08-01
现行
QC/T
837-2010
混合动力电动汽车类型
工业和信息化部
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QC/T
840-2010
电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸
工业和信息化部
2011-03-01
现行
QC/T
841-2010
电动汽车传导式充电接口
工业和信息化部
2011-03-01
现行
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842-2010
电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议
工业和信息化部
2011-03-01
现行
QC/T
893-2011
电动汽车用驱动电机系统故障分类及判断
工业和信息化部
2012-07-01
现行
QC/T
894-2011
重型混合动力电动汽车污染物排放车载测量方法
工业和信息化部
2012-07-01
现行
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895-2011
电动汽车用传导式车载充电机
工业和信息化部
2012-07-01
现行
QC/T
896-2011
电动汽车用驱动电机系统接口
工业和信息化部
2012-07-01
现行
QC/T
897-2011
电动汽车用电池管理系统技术条件
工业和信息化部
2012-07-01
现行
QC/T
926-2013
轻型混合动力电动汽车（ISG型）用动力单元可靠性试验方法
工业和信息化部
2013-09-01
现行
由工标网（http://www.16fw.com/）查询可知，我国汽车行业现行法规有1114条，其中关于电动汽车法规53条现行。
7各种结构混合动力汽车的特点：
附表：2
8各种混合程度对应的节油率：
附表：3
9各种新能源汽车参数：
附表：4
车名
外形尺寸（长/宽/高）mm
轴距(mm)
整备质量（kg）
承载质量（kg）
最高车速(km/h)
0-100km/h加速时间（s）
排量（ml）
等速油耗（L/100km）
发动机最大功率（kw）
发动机最大扭矩(N/m)
燃料形式
电机类型
变速器类型
挡位数（个）
主电池类型
电池支持最大航程（KM）
前悬挂形式
后悬挂形式
前/后轮胎规格
雪佛兰Volt纯电动
4498/1787/1439
2685
1700
2145
160
9
1398
1.2
63
126
纯电动
永磁同步电机
CVT无级变速
无级
麦弗逊式独立悬架
五连杆式非独立悬架
215/55
R17
众泰5008EV
3970/1570/1730
2420
1350
120
60
200
纯电动
永磁同步电机
磷酸铁锂电池
160
麦弗逊式独立悬架
纵摆臂式后独立悬架
205/70
R15
陆地方舟V5纯电动
4045/1737/1643
2500
1380
70
纯电动
永磁同步电机
160
麦弗逊式独立悬架
扭转梁式半独立扭杆梁
205/60
R16
比亚迪E6
4560/1822/1645
2830
2380
140
90
450
纯电动
永磁同步电机
225/65
R17
荣威750混合动力
4865/1765/1422
2849
1503
1920
210
1796
9.5
118
215
永磁同步电机
手动
5
麦弗逊式独立悬架
Z型纵摆臂式后独立悬架
215/55
R17
荣威E50纯电动
3569/1551/1540
2305
1080
130
14.6
52
155
纯电动
永磁同步电机
固定齿比变速箱
1
磷酸铁锂电池
180
麦弗逊式独立悬架
H型扭力梁式非独立
175/60
R13
荣威550插电式混合动力
4624/1827/1480
2705
205
9.3
1796
8.5
118
215
永磁同步电机
手动
5
麦弗逊式独立悬架
五连杆独立悬架
215/55
R16
荣威E1纯电动微型
120
16
41
纯电动
永磁同步电机
磷酸铁锂电池
麦弗逊式独立悬架
H型扭力梁式半独立
205/55
R16
荣威350电动
4521/1788/1492
2650
1265
1640
1498
7.3
80
135
永磁同步电机
手动
5
凯美瑞混合动力车
4825/1820/1474
2775
1670
2130
170
2362
6
110
187
永磁同步电机
CVT无级变速
无极
麦弗逊式独立悬架
双连杆独立悬架
215/60
R16
奔腾B70混合动力
4729/1782/1465
2675
1405
1825
195
1798
8.9
102
172
永磁同步电机
手动
6
双横臂式独立悬架带横向稳定杆
多连杆独立悬架带横向稳定杆
205/55
R16
奔腾B50混合动力
4600/1780/1439
2675
1616
170
6
20
135
纯电动
永磁同步电机
自动变速器
6
镍氢电池
60(纯电)
奥迪A8混合动力
5192/1894/1455
3074
250
7.9
2995
9.3
170
280
永磁同步电机
CVT无级变速
7
空气悬架
空气悬架
255/40
R19
奥迪A3e-tron
Hybird
4440/1840/1390
1720
145
11.2
1.5
110
350
永磁同步电机
锂离子电池
50(纯电)
奥迪A6混合动力
4915/1874/1426
2922
1845
240
7.5
1998
6.4
155
350
永磁同步电机
手动
8
五连杆式独立悬架
梯形连杆式独立悬架
225/55
R17
10平均参数综合：
附表：5-1
长（mm）
宽（mm）
高（mm）
轴距（mm）
整备质量（kg）
承载质量（kg）
电动机
电动机功率（kg）
排量（ml）
极值
3569~5192
1551~1894
1390~1492
2420~2922
1350~1845
1640~2130
永磁同步电动机
1398~2362
平均值
4526
1774
1456
2688
1503
1795
1805
附表：5-2
12设计目的：
（1）节能环保
（2）能量利用率高
（3）经济适用于城市
（4）技术含量高且价格实惠
13参数确定条件：
确定汽车尺寸首先要服从机械布局，然后要满足各项应有的功能，如必须具备载客、载货的空间等。具体确定方法：
（1）长度
长度是对车辆的用途、功能、使用方便性等影响最大的参数。
（2）宽度
宽度主要影响乘坐空间和灵活性。对于乘用轿车，如果要求横向布置的三个坐位都有宽阔的乘坐感（主要是足够的肩宽），那么车宽一般都要达到1.8M。
（3）高度
车身高度直接影响重心（操控性）和空间。大部分轿车高度在1.5米以下
，与人体的自然坐姿高度相比低很多，主要是出于降低全车重心的考虑，以确保高速拐弯时不会翻车。
（4）轴距
在车长被确定后，轴距是影响乘坐空间最重要的因素，因为占绝大多数的2厢和3厢轿车，乘员的坐位都是布置在前后轴之间的。
（5）前、后悬
车长=前悬+后悬+轴距。轴距越长，前后悬便越短。最短的悬殊长可以短至只有车轮，即为车轮半径1/2。一般轿车的悬长都不能太短，一来轴矩太长会影响灵活性，二来要考虑机械零件的布局。
（6）轮距
轮距直接影响车辆的前后宽度比例。与其它尺寸相比，轮距更受机械布局（尤其是悬挂系统）的影响，是设计师需要在很早期就确定的参数。
7.离地距
离地距即车体最低点与地面的距离。后驱车的离地最低点一般在后轴中央，前驱车一般在前轴，也有些轿车的离地距最低点在前防撞杆下缘（气流动力学部件）。
13参数的确定：
汽车的主要特征和技术特性随所装用的原动力机类型和特性的不同，通常有以下的结构参数和性能参数。
a
整车装备质量（kg）：汽车完全装备好的质量，包括润滑油、畜电池、随车工具、备胎等所有装置的质量。
b
最大总质量(kg)：汽车满载时的总质量。
c最大装载质量(kg)：汽车在道路上行驶时的最大装载质量。
d最大轴载质量（kg）：汽车单轴所承载的最大总质量。与道路通过性有关。
e车长(mm)：汽车长度方向两极端点间的距离。
f车宽(mm)：汽车宽度方向两极端点间的距离。
g
车高(mm)：汽车最高点至地面间的距离。
h轴距(mm)：汽车前轴中心至后轴中心的距离。
i轮距(mm)：同一车轿左右轮胎胎面中心线间的距离。
j前悬(mm)：汽车最前端至前轴中心的距离。
k
后悬(mm)：汽车最后端至后轴中心的距离。
l
最小离地间隙(mm)：汽车满载时，最低点至地面的距离。
m
接近角(°)：汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角。
n
离去角(°)：汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角。
o
转弯半径(mm)：汽车转向时，汽车外侧转向轮的中心平面在车辆支承平面上的轨迹圆半径。转向盘转到极限位置时的转弯半径为最小转弯半径。
p
最高车速(km/h)：汽车在平直道路上行驶时能达到的最大速度。
q最大爬坡度(%)：汽车满载时的最大爬坡能力。
r平均能量消耗量(畜电池kW/h，燃料L/100km)：汽车在道路上行驶时每百公里平均能量消耗量。
s
车轮数和驱动轮数(n×m)：车轮数以轮毂数为计量依据，n代表汽车的车轮总数，m代表驱动轮数。
附表：6
长宽高
轴距
前悬/后悬
前/后轮距
最小离地间隙
接近角
离去角
最大爬坡度
混合方式
4520*1770*1450
2685
920/900
1540/1570
200
28
38
30%
并联混合
14电动机的选择：
表3.1电动机的参数表
型号
电源电压
额定电压
额定功率
额定转速
最大功率
JFZ69-15
120V
100V
30KW
3000rpm
60KW
最高电压
最高转速
最大转矩
直径*长度
重量
额定效率
120V
36000rpm
207N/M
245mm*454mm
84Kg
92%
15发动机的选择：
式（3—1）
式中：
—是传动系效率=0.95
—重力加速度
—滚动阻力系数取
=0.01
—空气阻力系数=1
—最高车速，
单位km/h
=140km/h
—汽车总质量，
单位kg
=2070kg
A—汽车正面投影面积，A=BH式中B为前轮距，H为汽车总高，
单位为m
==80kw
考虑到实际的情况初步选择90kw
16变速器的选择
转矩合成器速比越大,汽车动力性越好,所需要的电动机功率越小,因
此应尽可能选取较大的值
。转矩合成器速比的最大值为电动机最高转速与发动机最高转速之比
。
式（3-5）
选择CVT无级变速
17前后悬架的选择：前悬架麦弗逊式独立悬架
后悬架选择拖曳臂式
18蓄电池的选择：
磷酸铁锂电池
19前后车轮的选择：
前轮胎195/65
R15
后轮胎195/65
R15
20总结
，并联式混合动力系统由发动机、变速器、电机、电机控制器和动力电池组成，其中电机既可作为电动机使用，也可作为发电机使用。采用并联式混合动力系统的电动汽车有两个独立的驱动系统，即传统的发动机驱动系统和电机驱动系统。车辆驱动力由发动机和电机同时或单独供给，也就是说，两个动力系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作来驱动汽车。两个动力系统同时工作时，以机械方式实现动力耦合，动力的流向为并联.
并联式混合动力系统应用较多，在各种车型上都有应用，其中节油率方面采用由带传动的发电起动一体式电机(Beltdriven
Starter
Generator,BSG)的汽车可以达到5%、采用集成起动电机（Integrated
Starter
Generator,ISG）的汽车为15%、公交车为25%~30%。在混合动力电动汽车串联方式中提到的各种工作模式在并联结构中都可以实现。
(1)并联方式的优点
1)发动机的动力可以直接用来驱动车辆，没有能量转换，能量损失小。
2)一个电机既可作为电动机使用，也可作为发电机使用，且可以采用较小功率的电机，成本低。
(2)并联方式的缺点
1)发动机和驱动轮间还是机械连接，因此发动机的工作点不可能总处于最佳区域，发动机效率得不到充分发挥。
2)需要搭载变速器，且适合搭载自动变速器。
3)混合度较低，不便于向插电式混合动力过渡。