电动飞行器驱动系统毕业设计论文.doc

新乡学院专科毕业论文（设计）
摘 要
电动飞行器作为一个新型的交通工具，会很好的解决内燃机汽车产生的环境和噪音问题，本文通过类比纯电动汽车的方法，致力设计于出一款成熟可靠的电动飞行器驱动系统，以达到为电动飞行器提供稳定电源的目的。本文将驱动部分分为源动和传动部分，其中着重对源动部分和传动部分中的行驶传动做了分析和设计。
关键词：蓄电池；直流电动机；传动机构

ABSTRACT
Electric vehicle as a new transport, and will be a good solution to the environmental and noise problems of internal combustion engine vehicles, this analogy of pure electric vehicles is committed to design a proven electric vehicle drive system in order to achieveObjective of the electric vehicle to provide a stable power supply. This article will drive part is divided into source automatically and transmission parts, which focuses on analysis and design with transmission in the the source moving parts and transmission parts.
Key words: storage battery；direct current machine； transmission device

第1章 绪论
1.1选题依据及研究意义
伴随着“十八”的顺利召开，国家已将发展经济作为了战略，并将坚决执行。而且随着经济持续的高速发展，中国目前已发展为世界第二大经济体，国际地位日益提高，成为引领世界经济发展的火车头，国家经济的进一步稳定发展，人民的生活也会越来越好，经济收入也会越来越高，走出户外，追求健康生活的欲望也越来越高，近些年来的旅游发展就是最好的体现；国家实行的大小节假日，实际上就是在积极鼓励旅游产业的发展，旅游行业的发展已经成为拉动国家经济内需发展的一个主要产业。国家旅游产业的兴旺发展，不仅吸引了大量国内游客，而且也带动了国外游客的中国旅游，各大名胜高峰期游客大量拥挤。导致事故增加，严重影响游客心情；为此国家近年来积极发展近郊旅游，以旅游发展促进当地经济发展。
另外我国目前积极实行城乡一体化的经济发展，特别是由城市带动周边乡镇发展，家庭轿车的大量增加，虽然国家道路交通也在大力发展，但是仍满足不了日益严重的交通拥挤与堵塞问题，而且交通问题呈现出愈来愈严重的趋势，高峰期特别是大小节假日的拥挤与堵塞，就是最好的表现。我们的国家也对这个问题越来越重视。
1.2问题的提出与初步解决
随着中国的经济飞速发展，人们的工作压力越来越大，这直接促进了旅游业的高速发展，但是在交通日益堵塞的今天，去远处的名胜古迹旅游有时不但身心得不到舒畅，甚至有时还会因为拥挤的人群弄得自己疲惫不堪。所以现今很多人已经开始放弃在节假日远处旅游，而把目光聚集在近郊。人们往往采用自驾的方式去近郊放松心情，但是经济高速发展后的中国，在大城市几乎家家户户都有小轿车，即使在二线城市有车一族也占很大一部分。在这种情况下拥挤的交通又会使近郊旅游变得没有意义，而且普通汽车的大量使用也带来了很多问题。汽车的大量使用，直接导致了交通的堵塞，在今天北京甚至已被国外称为一个巨大的停车场，在一二线城市每到下班时间和节假日高峰期，车辆必定堵塞得移动都成为一种奢望。不仅如此，普通汽车时燃烧汽油的，而众所周知汽油时一种不可持续能源，在将来必将被淘汰。另外汽油的燃烧会产生大量的尾气危害环境。尾气中含有一氧化碳和二氧化硫等对人体有毒的气体，还会产生二氧化碳气体。在全球已有6亿辆小轿车，并且这个数字还在急剧增加，大量的二氧化碳等温室气体被排放到空气中，温室效应加剧，气温违反自然规律的升高，给了自然环境，生态系统几乎毁灭性的打击。其次，汽车发动机产生的噪音也是一个重大的污染。城市居民不堪其扰。但是同时空中却陈显出完全不同景象。人们经常可以看到这样的景象，在无边是蓝天上，偶尔掠过一架飞机，于是在地面交通不堪重负的情况下,人们完全可以将目光转向空中。现如今的空中交通仅有飞机，但是航班单价贵，班次少，并且飞机场的位置一般在大城市不易普及，就是如此现有航班依然不能满足人们的需求。发展空中走廊不仅拓展了交通线还大大缩短了两地的距离。电动飞行器最突出的特点是能源使用了可持续发展的电能，在中国最主要的电能来源虽然还是火力发电，但是中国已经在着手大力发展太阳能，风，和潮汐等可持续发展的电力来源，并且已经取得了很大的成绩。
本设计致力设计的飞行器在陆地上时是可以像汽车那样行驶的，在道路空旷时可以视情况像飞机那样短距离加速然后起飞。在空中在两个地点之间可以实现真正的直线飞行大大减少出行时间，并可减少无谓的能量消耗。
1.3国内外现状
在能源的和交通的压力下，各国都在致力于发展新型的交通工具，其中主要就是电动飞行器的设计，但是大都不是很成功。美国国家航天局研究人员马克甚至说“当你试图融合汽车与飞机时，你得到的是世界上最糟糕的东西：一个笨重的，昂贵的，难以使用的车。”
1.3.1国外发展现状
在这方面美国可谓做出了最突出的研究工作，美国专利号为#2,573,271 –1951的设计由Adolph R. Perl提出，他设计了名为Roadable aircraft的汽车飞机，但遗憾的是没有制造出实物。
另一款颇富前景的设计来自于华盛顿州温哥华市的米尔纳·莫托斯公司(Milner Motors)设计的飞车Air-car。据米尔纳的网站介绍，Air-car是一款四门四座飞车，飞行中机翼可以向机身后面折叠，此时宽度同丰田花冠汽车一般大小。它采用两个导管风扇(安装在汽缸上的螺旋桨，比普通螺旋桨提供更多的推力)，在1000英里的飞行里程中速度达到每小时200英里。为保持飞车不超过地面速度限制，一台40 hp发动机负责Air-car在地面行驶时使用。据米尔纳·莫托斯公司的网站称，目前正在制造Air-car产品原型。原型如图1-1所示。

图1-1 air-car原型图
1.3.2国内发展现状
从很早开始，国内很多人做出了尝试，但是离成功还有较远的距离，但是如今电动汽车的相关理论研究与设施建设已经比较成功,已经解基本解决了能源可持续发展的问题。但是对于交通问题，电动汽车就显得束手无策了。
1.4市场前景
中国的电池产量第一，但均都出口到了欧美国家。同时中国陆地汽车数量众多大大加重了中国的石油供应，导致油价一路上涨。加重了家庭负担和温室效应。由此可以想见一旦这款飞机上市，将受到怎样的欢迎，因为它不仅解决了出行压力，并且降低了大家的出行费用，这款电池汽车的设计价仅为100万以下。

第2章 电动飞行器的初步设计
现代技术中，电动汽车的技术已经非常成熟，飞机的螺旋桨技术，电动机等关键技术也已经发展成熟，为电动飞行器的研究和开发提供了可靠的技术上的保证。
2.1电动飞行器的初步构想
电动飞行器拥有复杂的结构整体设计的具体模型图如图2-1所示。

图2-1 电动飞行器模型图
本设计中8有个螺旋桨，8个螺旋桨共同提供升力和依靠不同的转速提供前进的动力 ，靠前后的4个平衡翼提供可靠的平衡，初始设计图如图2-2所示。

图2-2 电动飞行器初始设计图
如图2-2所示，车身上有8个螺旋桨，分别由独立的直流电动机带动，在飞行过程中，8个电动机按对角线和前后规律运行4个，利用4旋翼原理控制电动飞行器的前进。这样也保证了电动飞行器的安全问题，使8个螺旋桨按4个一组互为后备。
2.2电动飞行器设计的基本构成
电动飞行器的设计分为9个部分，具体分为
（1）电动飞行器整体设计。包括外部各个部件的设计，其中要综合考虑空气动力学、材料力学性能（选材依据）、温度、风速、湿、大气压力等。
（2）电动飞行器的整体架构设计。包括内部主要部件。
（3）电动飞行器的驱动部分设计。包括电机选择，传动机构简要设计，蓄电池的设计与选择。
（4）电动飞行器的平衡设计。
（5）电动飞行器螺螺旋桨的设计。
（6）电动飞行器底盘的设计。包括地上行走部分即四轮部分。
（7) 电动飞行器操控装的置设计。
(8) 电动飞行器传动机构的设计。包括减速与传动。
(9) 电动飞行器逃生机构的设计。包括两套降落伞、注意安放位置、弹出力度的计算。
本设计主要针对电动飞行器的驱动部分的设计。
2.3电动飞行器的初步参数
（1）质量2t
只得比普通汽车稍重，如若过重则会导致能源消耗剧增，进一步会导致电池重量剧增，这样就会直接影响电动飞行器的续航能力。
（2）飞行高度≤200m
飞行高度过低则会受到高楼大厦的影响，飞得过高由于高空的空气稀薄对于驾驶员的要求会提高，这就违背了我们解决交通问题，旨在为中产家庭设计的理念了。
（3）速度≤300km/h
速度不能太高也不能过低，过低降低了实用性，过高则对驾驶员的要求也
会相应加高。
（4）承载两人
考虑到现状基本都使独生子女与汽车总体质量的考虑决定限定为载人两人。
（5）行驶距离300km，续航1.5小时
（6）整体尺寸长4m, 宽：2m 高1.7m
此设计与现有的小车基本保持一致，这样电动飞行器就可以很好的像普通汽车一样在公路上行驶，并且现有的车库与停车场等设施均可以使用。

第3章 电动飞行器的驱动电机
在电动飞行器的运动过程中，电动机通过各种传动机构以及装置带动行动机构。当电动飞行器在地面上行驶时，在本设计中采用专用的行驶电机经过减速器然后传给地盘轮胎以动力，由此实现电动飞行器的路上行走功能。电动飞行器飞行时，通过八个独立的螺旋电动机直接带动8个螺旋桨以实现随时，安全，方便的对螺旋桨调速，这样就可以实现电动飞行器的前进，后退，转向等多种空中动作。
在电动飞行器中，从功能上可以看出电动机可以分为行驶驱动电动机和螺旋电动机。
3．1行驶电动机的设计
电动飞行器在陆地上行驶时有最高车速（km/h），加速时间t(s)，最大爬坡度i，续航里程S等多种重要性能指标。
3.1.1 行驶电动机重要性能参数
（1）行驶阻力
和一般车辆行驶过程中受力一样, 电动汽车在行驶过程行驶阻力有滚动阻力Ff、空气阻力Fw、加速阻力Fj 和坡度阻力F在行驶过程中,驱动力总是等于上述阻力之和。和普通汽车不一样的是, 电动汽车的驱动力来自驱动电机而非发动机, 电动汽车的驱动力F t 由驱动电机产生的转矩Tm 经传动系统传递到驱动轮上。
F= (3-1)
电动汽车行驶动力方程式为：
F (3-2）
（2）电动机功率
电动飞行器在道路上行驶过程中，电动机功率和行驶阻力功率应该是平衡的。由电动飞行器地面行驶阻力可知在行驶过程中需要克服的阻力有滚动阻力功率P，空气阻力功率P，爬坡阻力功率P，加速阻力功率P。假定风速为零，我们用以最高速度在水平道路上行驶的电动飞行器克服阻力所需要的功率选取电动机的平均功率。行驶驱动电机的平均功率之和不应该小于阻力功率之和。
如：
P （3-3）
其中为传动系统效率，m为电动飞行器的整体质量，f为车轮滚动阻力系数，空气阻力系数C，迎风面积A，电动飞行器在陆地上行驶的最大速V=180km/h。
在本设计中电动飞行器初步参数已经说明，其中=0.92，车轮滚动阻力系数取f=0.015，C取0.6，m为2吨，A取1.6.则由公式3-3可以算得，电动飞行器行驶驱动电机的平均功率P=96 kw。
电动机的瞬时功率P的大小可以根据最大爬坡功率P来定，即电动机的瞬时功率应该足以克服爬坡功率。则：
= (3-4)
当坡度较大时，电动机的瞬时功率几乎全部用来克服爬坡功率，设计中最大爬坡度数30度数为，则根据公式3-4计算可得=240.1kw。
3.1.2电动机的选型
随着电动机的快速发展，越来越多的高性能电动机被开发出来并得到完善。在本设计中电动机采用直流电动机，但是伴随着电机技术，机械制造技术电子技术等的告诉发展和完善。传统直流电动机的优势越来越衰弱，，在纯电动汽车领域，传统直流电动机已经慢慢被其他电动机取代，其中各个电动机的优劣势如表格3-1。
由表3-1可以清晰的看到相对于传统直流电动机，其他电动机有明显的优势，但是目前交流三相感应电动机，开关磁阻电动机以及它们的控制设备，装置成本
还比较高，如果这些在未来可以实现批量生产，这些电动机和单元控制装置
的价格会迅速降低。所以在现在的技术下我们可以选用永磁无刷直流电动机。
表3-1 现代行驶驱动电动机的基本性能比较
项目
直流电动机
感应电动机
永磁无刷直流电动机
开关磁阻电动机
功率密度
低
中
高
较高
峰值效率/%
85-89
90-95
95-97
小于90
可靠性
一般
好
优秀
好
结构的坚固性
差
好
一般
优秀
电机的外形尺寸
大
中
小
小
电动机质量
重
中
轻
轻
电动机的成本/（美元/KW）
10
8-10
10-15
8-10
控制操作性能
最好
好
好
好
根据设计中的最大功率和平均功率，本设计中的行驶电动机选择永磁无刷直流电动机型号为BSW3-2800/48，额定功率为120kw，瞬时功率268kw，额定电压320V，额定转速3200r/min,重量1.5kg,外形尺寸670。实际模型图如图3-1所示。

图3-1 BSW3-2800/48 模型图
3.1.3 电动机的校核
本设计中的电动飞行器一般是行驶在城市以及郊区的公路上，这些公路一般状况良好，最大爬坡度数一般为10度，瞬时功率足够。
3.2螺旋电动机的设计
电动飞行器在飞行过程中有一些重要性能指标如空中飞行最高速度（km/h）续航里程S(km)
3.2.1 螺旋电动机的功率
在本设计中8个螺旋电动机直接控制8个螺旋桨，控制螺旋桨的增减速度，最终控制电动飞行器的前进，后退，转向等动作。电动飞行器在空中行动明显需要克服空气阻力和重力。则：
= （3-5）
8个电动机的平均功率：
（3-6）
其中为传动系统效率=0.92，m为电动飞行器的整体质量取2吨，空气阻力系数C=0.6，迎风面积A=1.6，电动飞行器在陆地上行驶的最大速度V=
=200km/h。
由公式3-6可以算得螺旋电动机平均功率100.8kw。
又由设计初衷可知在8个螺旋桨中未来安全考虑只有4个对角线的电动机运转，每隔一天互相轮休，以达到互为后备，达到最大的安全系数。由此可知一个电动机的平均功率P=25.2 kw。
在电动机控制的瞬间，电动机的瞬间功率可以根据螺旋桨最大功率来确定，螺旋桨选用特殊的螺旋桨，其提供的升力为：
（3-7）
其中单桨空气密度，重力常数g，翼角，翼宽为b，叶片数为n，翼最大半径为，最小半径为，角速度为，另外根据具体给出的电动飞行器的重量为2t即2000kg即20000N，电动飞行器达到平衡所需的升力为20000N。
螺旋桨的拉力计算公式：直径（米）螺距（米）桨宽度（米）转速平方（转/秒）1大气压力（1标准大气压力）经验系数（0.00025）=拉力（克）由于升力系数为：
（3-8）
其升力系数与所选旋翼的相对厚度有关系，而现阶段螺旋桨规格比较严格，不能随便的设计和改造。我们选用的是通用比例的桨，精度较好，除高原地区大气压为1个标准大气压。其中螺距为0.45米。
按照2t即2000kg的飞行器总体重量，那么此螺旋桨提供的升力L≥2000kg。此设计中具体参数设计桨叶半径为0.3m，电机转速为9600转/分，合160转/秒。那么所提供的升力为:320.30.450.116016010.25=518.4 N
再考虑螺旋电动机的效率和传动效率，驱动电机应该输出的功率：
（3-9）
其中V=200km/h,KN,代入由公式3-9可得=36KW。
驱动电动机的选型可知，在本设计中选择的是永磁无刷直流电动机。由螺旋电动机所需的额定功率和最大瞬时功率可以选择的永磁无刷电动机的型号为BS45-3200/320，额定电压320V，额定转速为6000，额定功率45kw，最大功率可达90kw,安装尺寸为918。

第4章 蓄电池的设计
4.1蓄电池的简介与原理介绍
蓄电池是纯电动飞行器的能量源，电动机是通过蓄电池提供电能转化成机械能，最后将动力传递到变速箱。这就要求蓄电池要有最够的容量储备，用以保持电动飞行器足够的动力。
蓄电池安蓄电池个数可以分为单体蓄电池，多个蓄电池串联而成的蓄电池。蓄电池的工作原理是通过化学反应放电，其中蓄电池的两极均侵泡在电解液中发生了化学反应。在蓄电池充电时，负极得到电子发生还原反应，正极失去电子发生氧化反应。而放电过程正好相反，正极从外电路得到电子，发生还原反应。负极向外电路释放电子发生氧化反应。
在纯电动飞行器中，蓄电池作为唯一的动力源是关键的核心部件，为了使电池
能满足电动飞行器的特殊要求，对蓄电池有严格的要求。
（1）能量密度要高，这样特高运行效率和续航里程；输出功率密度高
(2）适应的工作温度范围宽，无记忆效应。以满足全年的运行需要而且保证满足车量在使用时候常处于非完全放电状态下的充电需要。
(3）循环寿命长，保证电池的使用年限和行驶总里程。
(4）自放电率小，以满足车辆较长时间的搁置需求。
如今，铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池常作为电动机的二次动力电池。 各种蓄电池的性能比较如表格4-1。
表格4-1 各蓄电池性能比较
电池
类型
工作电压
质量比能
（wh/kg）

体积比能量(wh/L)
充放电寿命（次）
自放电率（%/月）
记忆效应
环境污染
成本（美元/kwh）
铅酸电 池
2
35-40
70
300-500
5
无
污染
75-150
镍镉电池
1.2
40-60
150
500-1000
25-30
有
污染
100-200
镍氢电池
1.2
60-80
200
500-1000
30-50
无
无
230-500
锂离子电池
3.6
90-160
270
600-1200
6-9
无
无
120-200

4.2蓄电池的基本性能指标
蓄电池的主要性能指标有：容量、能量密度、功率、自放电率、循环使用寿命等。
（1）容量

蓄电池在一定的放电条件下所能放出的电量容量称为电池的容量，用符号C表示。常用的单位为安培·小时（A·h），它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为A·h，这种方式定义的电池容量小于电池的标称容量。因为组成电池时，除活性物质外还包括非反映成分，如外壳、导电零件等，同时还与活性物质被有效利用的程度有关。在实际应用中我们一般采用荷电状态SOC（state of change）来描述蓄电池的剩余容量。SOC定义为剩余容量与总容量的百分比。
（2）蓄电池的能量密度
定义为动力电池组单位质量或单位体积的蓄电池所能输出的能量。通常质量能量密度定义为蓄电池的比能量（Wh／Kg），体积能量密度定义为蓄电池的能量密度（Wh／L）。其中比能量显得更为重要，它影响到电动车的摧车质量及续驶里程，是评价电动车的蓄电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。而体积能量密度只影响到电池的布置空间。
（3）蓄电池的功率密度
功率密度是指单位质量或单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速度，它也可分为比功率（W／Kg）和功率密度（W／L）。对电动车而言，重点考虑比功率参数。它是评价蓄电池能否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要指标。
（4）能量效率
电池作为能量储能器，充电时把电能转变成化学能储存起来，放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的能量效率来表示电池的充放电效率。它表示为放电时输出的能量与充电时输入的能量比。电池内阻是影响能量效率的主要原因，它使电池能量以热的形式损耗掉。
（5）放电倍率
电池以某种电流强度放电时的数值为电池容量的配数。常用C表示。例如电
池容量为40Ah，当充放电电流强度为1C时，是指放电电流为40A。
（6）蓄电池的自放电率
电池在存放时间内，在没有负荷的条件下自身放电，使得电池的能量损失的速度。一般时间是以月为单位，如放电率1500/月。
（7）蓄电池的循环使用寿命
通常定义为蓄电池失效前所允许的深放电次数。所谓深放电一般是指蓄电池完全放电到截止电压。它是影响电动车总的续驶里程的重要指标。
电动飞行器电池系统对电池有以下几方面的要求。 （1）大功率充放电的能力
质量比功率和体积比功率是衡量电池快速放电能力的指标，相对与能量要求。目前的高功率电池往往存在快速充电接受能力差的问题。提高电池快速充电接受能力比提高电池的比功率更加紧迫和关键。
（2）充放电效率
高的充放电效率对整车效率具有至关重要的作用。
（3）使用寿命
电动飞行器做为一种在空中飞行的交通工具，蓄电池的使用寿命是一个及其重要的指标，为了保证绝对的安全必须让蓄电池的使用安全可靠，在蓄电池的寿命上，我们必须使在必要的飞行时间内蓄电池的寿命得到保证。
（4）容量
电动飞行器因为只有电池作为唯一能量来源，所以对电池容量的要求相当高。
锂电池的密度（体积/能，质量/能）几乎是镍镉电池的1.5-3倍；并且锂离子电池拥有标准充电方式下多达5000次的放电次数，5-7年的超长寿命。单体电池平均电压为3.6V，相当于3只镍镉或镍氢电池串联起来的电压值，因此能减少电池单体的数量，进而可使因单体电池参数差异所造成的电池故障概率减小，大大延长了电池组的寿命，并且锂离子电池的各种性能指标在各种电池性能均为优秀。
所以在本设计中电动飞行器的电池组选用锂离子电池，该蓄电池组采用串联连接。
4.3锂离子蓄电池介绍
在锂离子电池中反应方程式为：
负极：8Li-8
正极：3
电池内部结构如表4-2电解液由四氯化铝锂溶解在亚硫酸氯，金属锂做正极，石墨作负极。
表4-2 锂离子电池内部结构
+ 正极

负极 -
正极集流体
正极材料
相 际
电解液
隔膜
电解液
SE-膜
相 际
负极材料
负极集流体
锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。
锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。
在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。
在如今锂电池以前经常出现的不安全问题基本已经解决，在这种情况下锂电池已经是最好的选择。
动力电池一般还可分为能量型与功率型两种，为满足纯电动飞行器的飞行，要求采用能量型电池，匹配时主要考查其能量要求，即电池应具有较大的容量，以增加车辆的续驶里程。电池容量与其功率成正比，容量越大，其输出的功率大，所以其输出功率均能满足整车电力系统的要求，因此主要是根据其续驶里程来确定电池容量，并且确定的电池容量还须符合市场现有产品的标准，并通过对现有产品反复验证进行设计。其中锂离子实物图如图4-1所示。

图4-1 锂离子电池实物图
锂离子电池尺寸图如图4-2所示。

图4-2 锂离子电池尺寸图
4.4锂离子电池的质量
如前文所述所选锂离子电池的规格如表4-3。
表4-3锂离子电池的规格

重量（KG）
标称容量（AH）
标称电压（V）
锂离子电池
1.8
50
3.2
由表格4-3中数据可以算得电池所需的质量为：
（4-1）
式中: 动力电池续驶里程S ( km ), 电池质量容量比 =(AH) , 单体动力电池平台工作电压 ，动力电池允许放电深度。
由表格3-1中所示： =160,S=400KM, =0.9。
则可以算得蓄电池的重量为 =390kg。
综合考虑设计中的电动飞行器是飞行在天空中的，为此我们一定要确保其的安全性，我们要考虑到电池的老化以及其中的蓄电池突发性的损坏。所以我们最终选取的电池为400kg的重量。
4.5锂离子电池的连接方式
由于单体蓄电池的端电压较低，锂电池为2.5/3.6V。而电动飞行器系统的工作电压一般都较高300-600V，因而必须将多只单体电池串联起来才能满足需要。串联电池组的特点是流过电池组本身的电流完全相等。由于各单体电池的电气参数应材料、工艺等原因，不可能绝对完全相同，出厂时一般采用参数接近配组的方式，使蓄电池组中的各单体电池参数尽可能一致。串联电池组的使用特点之一就是每次充放电时都会放大上述单体电池间细微的差距，容量较少者每次充电时都存在过充电，而每次放电又存在过放电，久而久之，这种较差的电池就会加速损坏形成落后电池，从而导致整个蓄电池组性能下降或提前失效。具体表现为，单体电池质量好，参数一致性好，配组严格，使用环境好（一般浅充浅放）的电池组寿命就长些。而单体电池质量一般，参数一致性一般，配组不太严格，使用环境较差（经常深充深放）的电池组寿命就短。虽然性能下降或失效的电池组仅是一个或数个单体电池首先损坏引起的，也容易进行更换修复，但及时的检查与更换，需要大量维护人员，同时在维护一段时间后还会出现新的落后电池。如果不及时检查、发现并更换落后电池，轻则严重降低电池组服务时间，重则会造成落后电池严重的过充或过放甚至反充，危及安全（漏液或燃爆）。
大量被使用的锂离子电池标称电压为3.6V，充满限制电压为4.2V，当充电电压超过4.2V时，就可能引起会发生燃爆现象；放电截止电压为2.75V，当放电低于2.75V时，就会损伤电池，造成容量的下降。将3块电池并联形成组，最后将102组电池串联，动力电池分成8个电池包，装在8个电池箱中。设计电池管理系统采用分布式网络控制系统结构，系统中在每个电池包中布置电池测控模块，各个电池测控模块通过485总线与电池管理系统中央控制器连接在一起形成整个系统。电池管理系统中央控制系统同时通过RS232总线将监控信息发送到信息显示器，通过CAN总线接口与整机控制系统进行通信。
电池组串联的越多，出现单节落后的几率就越高，相对服务寿命就越短，虽然可以通过维护来维持寿命，但在整个寿命中需要多次维护，维护成本较高，同时也给用户带来不便。另外，由于单体电池有一定的温度耐受范围，在实际应用中如果体积过大，会产生局部的过热，从而影响电池的安全和性能。因此，单体电池的大小受到限制，蓄电池不可能采用超大的单体锂电池。
基于现有的正极材料和电池制造水平，单体电池之间尚不能达到性能的完全一致，在通过串并联方式组成大功率大容量动力电池组后，苛刻的使用条件也易诱发 局部偏差，从而引发安全问题。因此，为确保电池的性能良好、延长电池使用寿命(提50%以上)，必须使用BMS对电池组进行合理有效的管理和控制。电池成组后主要的问题有以下几个方面：
（1）过充/过放
串联的电池组充电/放电时，部分电池可能先于其他电池充满/ 放完。继续充电/放电就会造成过充/过放，锂电池的内部副反应将导致电池容量下降、热失控或者内部短路等问题。
（2）过大电流
并联、老化、低温等情况，均会导致部分电池的电流超过其承受能力，降低电池的寿命。
(3) 温度过高
局部温度过高，会使电池的各项性能下降，最终导致内部短路和热失控，产生安全问题。
（4）短路或者漏电
因为震动、湿热、灰尘等因素造成电池短路或漏电，威胁驾乘人员的人身安全。

第5章 传动机构的设计
在电动飞行器中，传动机构是及其重要的部分，螺旋电动机通过减速装置，再经过各种传动机构，将直流电动机产生的机械能与转矩传给螺旋桨，控制螺旋桨的转动与电动飞行器在飞行过程中的各种动作。电动飞行器在陆地上行驶时，行驶电动机输出的转矩与机械能通过行驶部分的传动装置传递给底盘与车轮，从而完成电动飞行器在地面上行动时的各种动作。
5.1传动系统的功能
驱动桥的作用是将发电机发出的动力传给驱动车轮；而变矩器、变速箱、主传动器共同用来实现减速和变速；变速器可用来实现倒驶;离合器和变速器共同作用可以在必要时中断动力传递；差速器起差速作用。
5.2 电动飞行器的传动机构
5.2.1 电动飞行器传动机构简介
飞行器的电机所提供的动力要经过传动系统才能到达旋翼，从而旋翼旋转。其作用是将发动机的功率和转速按一定比例传递到旋翼、尾桨和个附件。飞行器的性能在很大程度上取决于传动系统的性能，传动系统性能的好坏将直接影响飞行器的性能和可靠性。
飞行器传动系统的的典型构成为“三器两轴”，即：主减速器、尾减速器、中间减速器、动力传动轴和尾传动轴。飞行器的发动机为涡轮轴发动机，其输入转速较高，所以要达到旋翼的设计转速必须经过主减速器减速。减速器的减速比一般比较大，例如美国的武装直升机阿帕骑的总传动比为72.4，“黑鹰”直升机的总传动比为81.故本飞行器的总传动比设定为78。
直升机的主减速器传动一般为3-4级传动，本飞行器的主减速器分3级传动，第1、2级为螺旋锥齿轮传动，第3级为行星齿轮传动，起位于主减底部，滚柱式超越离合器被设置在第2级。
5.2.2电动飞行器传动机构的改进
与普通飞机不同，本飞行器也进行了以下改进：分扭传动技术的应用，进一
步发展的分扭技术具有高的传动比、可以减少传动级数、效率高、可靠性高、噪声小、利于减重等优点;采用东京周传动技术，分解旋翼轴的载荷，有利于零部件的设计、减轻重量和提高可靠性;采用高速离合器级数，提高可靠性减轻重量;主减速器多采用轴~轴承~齿轮一体化设计，提高了可靠性，同时减轻了主减速器的重量;采用复合材料传动轴、复合材料机匣技术来减轻结构重量;采用耐高温轴承、齿轮材料、提高了传动的寿命;采用深度氮化甚至纳米技术以改变部件的表面特性，是不见得耐磨损性能提高，增加部件的使用寿命;发展了更为有效的润滑油方式，如环下润滑、离心甩油多喷嘴喷射等。提高了滑油过滤精度，确保齿轮、轴承等转动部件膜材副良好的润滑和冷却条件。
5.3 本飞行器传动系统的特点
（1）功率重量比高
飞行器的传动系统相对于一般的减速传动系统而言具有更高的功率重量比，作为航空部件必须严格控制质量。即便如此，一般情况下主减速器人占据飞行器总质量的1/7~1/9，所以为了进一步减轻重量必须采用结构优化、润滑系统优化和选用高强度比材料等方法减轻重量，提高功率重量比。
（2）生存能力高
电动飞行器过度飞行可能引起传动系统故障，进而有可能使得润滑油泄露，所以必须保证减速器有一定的干运转能力。另外传动系统必须具有一定的抗坠毁行，保证在坠落时传动系统的零部件不进入驾驶舱。
（3）减速比、效率、可靠性高、良好的维护性
电动飞行器的发动机主要是永磁无刷直流电动机，其转速很高，但是桨叶的运转速度由于激波和失速的限制不会很高，所以减速比就会很大，减速级就会增加，这也是传动系统结构重量相对较大的原因。为了提高传动的效率减速齿轮一般采用斜齿，而为了提高传动的平稳性，更好的办法是采用人字齿。传动系统为单路承载方式，一旦发生故障将是灾难性的，这就要求传动系统必须具有很高的可靠性。电动飞行器受空间和结构限制，维修较为困难，因此要求传动系统有良好的维修性。
（4）动力学问题较为突出、寿命高
电动飞行器的最突出的问题之一就是振动问题，来自电机、旋翼以及尾桨的激振力相互叠加耦合，使得飞行器的传动系统承受的载荷十分的复杂。不仅如此，在传动系统传动链中，各种不同转速的构件协同运转。电机、旋翼系统与传动系统之间存在振动耦合。但是本电动飞行器的传动系统结构相对于比较简单，零部件数目一般，正式由于零件数目较少，故不易发生故障和失效，且故障较易检测，维护性较好，要实现较长的使用寿命比较容易实现。
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第6章 结论
本设计主要是对电力飞行器的动力系统作了研究，电力飞行器的通过调查研究设计，电力飞行器的优势相当明显。价格较为适中，整体的设计完全是基于针对普通人的承受范围，可以大大的减轻城市交通的压力。具有噪音小出行方便等显著优点。但是同样也发现了很多应用上的问题，其中最为显著的就是续航能力的不足。主要原因在于电池的容量不足大大限制了电动飞行器的发展，在当今社会电池容量已经是社会普遍关注的问题，在社会各个行业内，尤其是在手机，化工领域，很多企业与单位均在研究电池，在以后的时间内一定会关注他们的设计，一旦有新的突破，则本款飞行器即可突破这个最大的桎梏。
随着汽车工业以及科技的不断发展，本小组设计的电动飞行器在未来会被越来越多的普通家庭所接受，也必将给人们带来方便。

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