①电池组要有足够的能量和容量，以保证典型的连续放电不超过1C，典型峰值放电一般不超过3C;如果电动汽车上安装了回馈制动，电池组必须能够接受高达5C的脉冲电流充电。
②电池要能够实现深度放电(例如80%)而不影响其寿命，在必要时能实现满负荷功率和全放电。
③需要安装电池管理系统和热管理系统，显示电池组的剩余电量和实现温度控制。
④由于动力电池组体积和质量较大，电池箱的设计、电池的空间布置和安装问题都需要认真研究。
基于以上的标准综合市场电池供给和成本等因素进行电池的选择。目前电动车用动力电池主要有铅酸电池、镍氢电池、金属空气电池、镭离子电池等类型，综合各类电池，基于电池的高比功率和高比能量，项目组选择了镭离子电池作为动力电池。镭离子电池是在二次镭电池的基础上发展起来的。它从原理上解决了二次镭电池安全性差和充放电寿命短两个技术难题。典型的电池体系构成如下:电池的正负极均由可以由嵌入和脱出Li＋的化合物或材料组成。其中正极为镭化跃迁金属氧化物(LiMo2，M－Co、Mn或Ni等跃迁金属);负极为可嵌入Li＋的碳(形成LixC－碳化镭);电解质通常是有机溶液或固体聚合物。
镭离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。1995年，索尼公司又开发成功用于电动车的镭离子蓄电池，共分为两种类型，一种是用于纯电动车容量为100Ah的高能量电池;另一种是用于混合动力车容量为22Ah，功率密度为800w/g的高功率电池。日本近年来一直在大力研究镭离子电池。日本政府在2002-2006年设立了国家级镭离子研究项目，日本的主要电池厂商，包括日立、汤浅、松下，都是该项目的成员。电池的技术指标如表2.1所示。
表2.1日本SNOY公司电动车用锂电池的技术指标
技术 性能 重量（kg） 尺寸（mm） 工作电压（v） 额定容量（Ah） 比能量（Wh/kg） 比功率（Wkg） 充放电寿命圆柱形单体电池 高能型 3.3 高功率型 1.2 方形组合电池 高能型 29 290×150×140 28．8 100 100 300 1200 高功率型 12.5 220×300×160 28.8 22 55 700 - ?67×410 3.6 100 110 300 1200 ?50×250 3.6 22 62 800 - 第 13 页 共 57 页
（次） 法国SAFT公司受美国能源部资助，一直在进行镭离子电池的研究工作，致力于LiNiO2及LiNixMyO2等较便宜的正极材料的开发并取得一定进展。SAFT公司在200年向美国能源部提供的镭离子电池组的性能与FreedomCar项目对储能电源的目标相比，除了成本外其它性能指标均已达标。该公司开发的大容量镭离子电池的主要技术 性能见表2.2。
表2.2 法国SAFT公司锂离子电池性能指标
技术参数 重量（kg） 尺寸（mm） 额定能量（Wh） 额定容量（Ah） 重量比能量（Wh/kg） 体积比能量（Wh/L） 比功率（80%DOD）（Wh/kg） 工作温度（℃） 方形电池 3.30 137*53*216 415 115 125 265 300 -10～50 1.10 圆柱型电池 单体电池 290*150*140 158 44 143 322 345 -10～50 组合电池（6只） 7.40 220*300*160 950 88 128 202 300 -10～50 在我国目前有很多镭离子电池研制和开发的单位和厂商，其中一些厂商生产镭电池的性能己经能满足电动车开发和使用。其中天津电源研究所在大容量镭离子电池的研制也取得一定进展，其性能指标如表2.3。
表2.3天津电源研究所锂电池性能
技术参数 重量（kg） 体积（mm3） 工作电压（v） 额定容量（Ah） 重量比能量（Wh/kg） 体积比能量（Wh/L） 比功率（W/kg） 35Ah 1.16 0.52 3.6 35 110 240 200 100Ah 3．7 1.5 3.6 100 110 240 220 第 14 页 共 57 页
充放电寿命，0.3C,60%DOD(次) 月自放电（%） ≥200 ≤10 ≥200 ≤10 目前我国研制的镭离子电池的能量密度、放电率、充放电寿命及密封性等，均可以满足美国USABC制定的电动汽车用动力电池的中期目标。当前，镭离子电池仍然存在的主要问题是:快速充放电性能差、价格高和过充放电保护问题。在过充或滥用的条件下，镭电池可能发生火灾或爆炸。因此为了确保镭离子电池的安全性，必须使用电池管理系统。 电池管理系统应具有如下功能:
1)参数检测。实时采集电池充放电状态。采集的数据有电池总电压、电池总电流、每包电池测点温度以及单体模块电池电压等;
2)剩余电量 (SOC)估计。电池剩余能量相当于传统车的油量。为了让司机及时了解SOC，系统应即时采集充放电电流、电压等参数，通过相应的算法进行SOC的估计;
3)充放电控制。根据电池的荷电状态控制对电池的充放电。若某个参数超标，如单体电池电压过高或过低，为保证电池组的正常使用及性能的发挥，系统将切断继电器，停止电池的能量供给;
4)热管理。实时采集每包电池测点温度，通过对散热风扇的控制防止电池温度过高;
5)均衡控制。由于每块电池个体的差异以及使用状态的不同等原因，电池在使用过程中不一致性会越来越严重。系统应能判断并自动进行均衡处理;
6)故障诊断。通过对电池参数的采集，系统具有预测电池性能、故障诊断和提前报警等功能;
7)信息监控。电池的主要信息在车载显示终端进行实时显示;
8)参数标定。由于不同的车型使用的电池类型、数量、电池包大小和数量不同，因此系统应具有对车型、车辆编号、电池类型和电池模式等信息标定的功能。电池管理系统通过接口与上位机标定软件进行通信;
9)CAN总线接口。根据整车CAN通信协议，与整车其他系统进行信息共享。 2.1.3动力电机及其控制原理
电动机驱动系统是电动汽车最关键的系统。它的任务是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池的能量转化为车轮的动能，或者将车轮上的动能反馈到蓄电池中。电动汽车的电动机驱动系统的特性要求主要取决于以下三个方面:驾驶员对电动汽车的驾驶性能要求、车辆的性能约束以及车载能源系统的性能。基于以上特性选取电动车驱动系统有如下要求:
①以电磁转矩为控制目标，油门和制动踏板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;
第 15 页 共 57 页
②电动汽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，为保证汽车能跑到最高车速，要求电机高速区处有一定功率输出;
④驱动系统高效，可靠性好，电磁兼容性好，易于维护。
电动汽车驱动系统可以按照驱动电机的类型进行划分，可分为直流电机驱动系统、交流感应电机驱动系统、永磁同步电机驱动系统和开关磁阻电机驱动系统等。
(l)直流驱动系统，以直流电动机为驱动电机的电动汽车驱动系统。其控制器通常采用斩波器控制方式，它具有控制较简单、效率较高、成本低、技术成熟等优点。但因为具有电刷、换向器等易损件，需要定期维护，同时使得它的转速、功率密度、使用寿命都受到了限制。直流电机的效率低、价格高、重量和体积也较大。目前广泛应用于城市无轨电车。
(2)交流驱动系统，以交流感应电机为驱动电机。与直流电机相比，具有效率高、体积小、质量轻、免维护、可靠性好、寿命长等优点。其控制器较复杂，控制用的大功率管数量要比直流驱动系统中的多，且易损坏。随着现代电力电子技术的发展，大功率电力电子器件的出现，以及调速方法的改进，使得交流感应电机的调速性有较大改善。目前纯电动车有较多采用交流感应电机作为驱动电机。 (3)开关磁阻电动机驱动系统。开关磁阻电机结构比感应电机更简单可靠，它特别适用于高速、低速转矩大、电流小的系统。而且工作效率高，转子无绕组，适合于频繁正反转及冲击负载等工况条件。同时还具有较宽的调速范围，低速大转矩和制动能量回馈等特性。因此比较适合电动汽车。但是该电动机振动和噪声较大。目前在电动车驱动中有一定的应用。
(4)永磁同步电机交流驱动系统。永磁同步电动机根据输入电动机接线端的波形不同可分为无刷直流电动机(BDCM)和三相永磁同步电动机 (PMSM)。永磁同步电动机的转子磁链是不可控的，可以控制的只有定子绕组的电流。所以永磁同步电动机的控制方式一般是电流控制，它包括三部分:电流指令的生成、定子电流检测和电流的闭环控制。不同的是无刷直流电动机的定子电流是三相方波电流，无刷交流电动机的定子电流是三相正弦电流。永磁同步电动机由于转子无导条，无铜耗，所以转子惯量可以做得很小。与普通直流电机和异步电机相比，它的功率密度大，体积小，转矩惯量比大，传动系动态响应快。但目前由于永磁同步电动机价格较贵。同时对于大功率的PMSM要做到体积小、质量轻尚存在一定的技术难度。从发展的角度看，我国是盛产永磁材料的国家，特别是稀土永磁材料，如钕铁硼等资源非常丰富，随着永磁电动机制造技术不断发展、进步，成本不断降低，永磁同步电机驱动系统在电动汽车上的应用将最具有前途。
综合考虑电动车的要求和各种电机的性能区别以及市场、成本等原因，本项目选取永磁同步电机为驱动电机。永磁同步电机是用装有永磁体的转子取代绕线
第 16 页 共 57 页
式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷以电子换向器，实现无刷运行。定子与绕线式同步电动机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。永磁同步电机的定子是电枢绕组，转子是永磁体。就整体而言，永磁同步电机可以分为内转子外转子式。就磁场方向来说，有径向和轴向磁场之分。就定子的结构而论，有分布绕组和集中绕组以及定子有槽和无槽的区别。从转子结构看，有凸装式、嵌入式和内埋式三种基本形式，前两种又统称为外装式结构。凸装式转子永磁体的几种几何形状如图2.2所示。
（a）圆套筒型 （b）瓦片型 （c）扇状型
图2.2凸装式永磁转子
（a）嵌入式永磁转子 （b）内埋式永磁转子
图2.3 嵌入式、内埋式永磁转子结构
高性能永磁同步电机系统通常采用交流电动机普遍采用的矢量控制算法，采用这种控制方式能使电机获得较好的调速特性。这种控制方法的基本思想是在交流电机上设法模拟直流电机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。交流电机的矢量控制使转矩和磁通的控制实现了解耦。
把同步旋转磁场坐标系轴d放在转子磁链上，在转子参考坐标系下d、q轴上的电压方程可表示为:
第 17 页 共 57 页