电力机车开题报告.doc

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1、塔里木大学毕业设计开题报告 题目名称： 电力机车系统设计 学生姓名： 张祎哲 专 业： 电气化及其自动化 学 院： 机械电气化工程学院 班 级： 13-2 指导教师： 刘文亮 选题背景、研究意义及文献综述1、 选题背景 随着全球范围可再生能源的开发和应用，推动机车电动化对于减少我国对传统能源的依赖、实现技术创新、自主品牌的实质性突破具有重大战略意义。我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有16个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，石油进口就成为大问题。因此在

2、我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。 纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且纯电动车能量转换效率更高。因电动车的能量来源电，来自大型发电机组，其效率是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。 2、 研究意义 电动机车在能源、环保方面的意义是重大的。这种被称为“零排放”的汽车吸引着全世界的目光。据统计，2000年我国进口石油7000万吨，预计2010年后将超过15亿吨，相当于科威特一年的总产国家量。环保中心预测：到2010年，我国汽车尾气排放量将占空气污染源的64。传

3、统的内燃汽车在国外开发的历史已有百年，中国费了很大的力气却仍然只是抓住了尾巴。相比之下，电动机车还属于产业化初期，尚未形成新的工业体系，中国和其他国家一样处在同一条起跑线上，因此中国在电动机车领域参与世界的竞争是公平的。“863”电动机车重大专项规划组组长、同济大学新能源汽车工程中心主任万钢教授说：“在传统汽车领域，我们与发达国家的差距是20年，而在电动机车领域的差距只有5年。” 作为一种小型、中速和短途的日常交通工具，电动机车在中国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。 从产能、石油储采比、消费增长量和进口依存度的现状和预期来看，我国的能源安全将日益脆弱，汽车燃料替代是一个刻不容缓的问题。

4、降低我国石油对外依存无非两个方面：一是节约用油，二是替代。跟其他发达国家一样，交通运输将成为我国石油最重要的消费行业。预计我国2020年汽车将消耗石油3.5亿吨左右，约占石油总消耗量的65%。因此，如果我们可以控制汽车增量，在一定程度上，就可以控制石油对外依存量。那么，我国的汽车产业发展状况如何？20012009年，我国汽车需求年均增长24.9%，远高于全球汽车增长幅度。2010年我国汽车销量约1800万辆。随着收入的提高，汽车产业将继续保持高速增长态势，汽车市场规模将长期处于世界首位。石油最具潜力的替代应该与交通运输相关，如果汽车的数量(增量)无法减少，那么，汽车燃料的石油替代将是我国减少石

5、油对外依存的一个最重要的方面。从产能、石油储采比、消费增长量和进口依存度的现状和预期来看，我国的能源安全将日益脆弱，汽车燃料替代则是一个刻不容缓的问题。如果政府愿意将发展电动机车提高到保障我国能源安全的位置，我们就可以预期电动机车产业将有一个快速发展。3、 文献综述随着全球经济的复苏和发展，汽车已经大量进入家庭，尤其是发展中国家。但是，能源紧缺，环境污染这些问题也日益突出，如何解决这些问题，实现可持续发展，这一课题摆在了我们面前。从目前世界范围内的整个形势来看，日本是电动机车技术发展速度最快的少数几个国家之一，特别是在发展混合动力汽车方面，日本居世界领先地位。美国三大汽车公司只是小批量生产、销

6、售过纯电动汽车，而混合动力和燃料电池电动汽车目前还未能实现产业化，日本的混合动力电动汽车在美国市场上占据了主导地位。目前我国各大汽车集团都在进行电动机车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动机车的研究发展。通过对文献资料阅读和分析，了解了电动机车的一些关键技术，而且通过对于国家标准GBT19751-05混合动力电动机车安全要求、GBT19752-05混合动力电动机车动力性能试验方法和GBT19753-05轻型混合动力电动机车能量消耗量试验方法的查询，知道了对于电动机车的检测是十分严格的。因为是电动机车，能源是全车的核心，通过查阅资料和相关信息，对于电动汽车电

7、池的种类及它们的优缺点有了一定的认识，也会在以后的研究中关注比较常用的电池。除了电池以外，电动汽车的其他关键性能指标也是要求严格，如电动机车的动力系统、驱动电机、电池管理、绝缘保护、制动系统、电气信号等。这些内容都是在接下来的研究中需要特别注意的。一、 研究的基本内容，拟解决的主要问题1. 电动机车电池及管理系统：研究电池单体结构设计以及体系配比技术，研究系统SOC、SOH和SOF估算和控制技术，电池系统高效管理技术，系统热、电、结构设计一体化集成技术；研究系统试验验证评价技术；可靠性满足整车集成要求，安全性、电磁兼容性等满足国家标准或相关规范要求。 2. 电动机车电机及控制系统：研究电机与发

8、动机、电机与变速箱等机电耦合装置集成技术，研究双（单）电机控制器的集成技术，研究电机及其控制系统的性能提升与安全控制技术，研究电机及其控制系统的可靠性、耐久性、环境适应性、电磁兼容以及减振降噪技术，研究批量生产的先进制造和质量控制技术。3. 超级电容器：研究标准化和模块化的混合动力机车电源模块。在保持超级电容器高比功率、长寿命和快充特点的基础上，大幅度提高比能量。 4. 相关检测方法技术经济分析二、 研究步骤、方法1. 电动机车电池及管理系统：以单片机为核心，采用分布式网络控制系统结构，可以实时检测动力电池的各种运行参数。可以根据电池状态进行故障诊断和报警, 同时具有热管理功能等；系统参数通过

9、PC进行标定，通过CAN总线与整车其他系统进行通信实现信息共享。车载充电机，具有为电动机车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。1）具备高速CAN网络与BMS通信的功能，判断电池连接状态是否正确；获得电池系统参数、及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。2）可通过高速 CAN网络与车辆监控系统通信，上传充电机的工作状态、工作参数和故障告警信息，接受启动充电或停止充电控制命令。3）完备的安全防护措施：交流输入过压保护功能；交流输入欠压告警功能；交流输入过流保护功能；直流输出过流保护功能；直流

10、输出短路保护功能；输出软启动功能，防止电流冲击；在充电过程中，充电机能保证动力电池的温度、充电电压和电流不超过允许值；并具有单体电池电压限制功能，自动根据BMS的电池信息动态调整充电电流。自动判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当充电机与充电桩和电池正确连接后，充电机才能允许启动充电过程；当充电机检测到与充电桩或电池连接不正常时，立即停止充电；充电联锁功能，保证充电机与动力电池连接分开以前车辆不能启动；高压互锁功能，当有危害人身安全的高电压时，模块锁定无输出；具有阻燃功能。车载充电机技术指标：输入电压：AC220V，50Hz1Hz；输出电压范围：DC140360V输出电流范围：1A12A最大

11、功率：5KW转换效率：92%（满载）功率因素：0.99（满载）环境温度、工作温度：-3070（50以上限功率输出）保护功能：输出过压、过流、短路、过热、电池反接保护电动机车车载充电机系统总体：（1）具有CAN总线接口及功能：充电模式可通过CAN（2.0B）总线接口自动控制；电池管理系统通过CAN通讯控制充电机实现分阶段恒流恒压充电；工作状态和故障信息可以通过CAN接口读取。（2）必要的保护功能：短路（交流和直流侧），输出过流、过压、欠压、过热等。（3）在交流电源欠压保护后，电源电压恢复正常后，可以自动恢复充电的功能；停电后恢复供电时，充电机具有自动恢复充电功能。（4）电磁兼容性：满足车辆电气系

12、统电磁兼容性（5）输入输出接口包括：220VAC、13.5VDC、CAN通信、250400VDC。充电机系统技术及考核指标（1）额定功率：2.8KW（2）输入电压22010%，5060Hz（3）电压输出：高压250-400VDC，精度FS 1%；低压：13.5VDC（150W）（4）输出电流：07A，精度为FS 1%，充电电流1A时自动停机（5）整机效率：85%（6）输出电压纹波：小于1%（7）外形尺寸：小于370mm230mm180mm。（8）连续工作时，环境温度-2040 ，箱体内系统温度-2065 。（9）系统连续工作时间78小时（10）使用环境：车载2. 电动机车电机及控制系统：从电机

13、、功率电子装置和控制技术三个方面论述了当前的研究现状，指出了其未来的发展趋势。电动机车对驱动电机及控制系统的要求主要有：(1)以转矩为控制目标，油门和制动的开度是电磁转矩给定的目标值，要求转矩响应迅速，波动小；(2)电动机车要求驱动电机要有较宽的调速范围，电机能在四象限内工作；(3)为保证加速时间，要求电机低速时有大的转矩输出和较大的过载倍数，为保证机车能跑到最高车速，要求电机高速区处有一定的功率输出；(4)驱动系统高效、可靠性好、电磁兼容性好且易于维护等。电动机车用电动机及驱动系统的性能比较电机比较工业用与机车用驱动电机系统的主要差别3. 超级电容器：研究碳材料、电解液等关键材料技术；研究单

14、体电容电性能设计和结构设计、模块设计，模块均衡及热管理等技术等。 三、 研究工作进度周 次日 期工 作 内 容具 体 要 求12.212.25调研，收集参考资料图书馆、网络、其它22.283.4调研，收集参考资料图书馆、网络、其它33.73.11参考资料的学习和整理掌握相应的软硬件设计43.14 3.18开题论证，制订设计方案按要求格式编写53.21 3.25查阅、翻译外文资料内容要求与论文课题或专业相关，英文不少于万字符63.28 4.1熟悉protel等EDA软件能熟练应用74.4 4.8电动机车发展情况分析84.114.15电动机车发展情况分析94.184.22电动机车检测方法及工程实现

15、研究104.254.29电动机车检测方法及工程实现研究115.25.6电动机车检测方法及工程实现研究125.95.13相关检测方法技术经济分析135.165.20相关检测方法技术经济分析145.235.27相关检测方法技术经济分析155.306.3撰写论文，提交论文草稿按统一要求的格式166.66.10修订论文，准备答辩176.136.17修订论文，准备答辩186.206.24修订论文，准备答辩按统一要求四、 主要参考文献1郑敏信，齐铂金，吴红杰，等. 混合动力客车锂离子动力电池管理系统J. 高技术通讯，2008.2，18(2)2袁方伟，陈思忠. 电动机车电池管理系统的研究J. 汽车研究与开发，2003,(3)3万沛霖. 电动机车的关键技术M. 北京：北京理工大学出版社，l998,124王玲. 混合动力大巴用高比功率镍氢电池的管理系统设计D. 北京：北方工业大学，20045张扬，王峰光. 铅酸蓄电池维护与测试现状及测试技术发展趋势J. 电源技术应用，2005,(7)6陈清泉,孙逢春,祝嘉光,等. 现代电动汽车技术M. 北京：北京理工大学出版社，2002.1l7黄勇，陈全世，陈伏虎. 电动汽车电气绝缘检测方法的研究J. 仪器仪表与检测. 2005,48张锐，张维戈，文锋. 一种电动汽车绝缘性能的测量方法J. 国外电子测量技术. 2007,26