電動汽車基礎知識介紹

純電動汽車的基本組成

01電動機

電動機是電動汽車的動力裝置，它是依據(jù)電磁感應原理實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的一種電磁裝置，在電路中用字母M表示。它的主要作用為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，作為用電設備或各種機械的動力源。

02發(fā)電機

發(fā)電機的主要作用是將機械能轉(zhuǎn)化為電能，它在電路中用字母G表示。

03冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)通常由散熱器、水泵、風扇、節(jié)溫器、冷卻液溫度表和放水開關等組成。電動汽車發(fā)動機采用兩種冷卻方式，即空氣冷卻和水冷卻，通常電動汽車發(fā)動機多采用水冷卻。

04傳動系統(tǒng)

純電動汽車底盤，因為其電動機具有良好的牽引特性，所以蓄電池汽車的傳動系統(tǒng)不需要離合器和變速器。車速控制由控制器通過調(diào)速系統(tǒng)改變電動機的轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)。

05行駛系統(tǒng)

行駛系統(tǒng)和燃料汽車相似，主要包括車架、車橋、車輪和懸架等。電動汽車行駛系統(tǒng)的作用是接收電動機經(jīng)傳動系統(tǒng)傳來的轉(zhuǎn)矩，并通過驅(qū)動輪和路面間的附著作用，產(chǎn)生路面對電動汽車的牽引力，以確保整車正常行駛。此外，它應盡可能緩和不平路面對車身造成的沖擊和振動，確保電動汽車正常行駛。

06轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用是保持或者改變電動汽車的行駛方向，它包括轉(zhuǎn)向操縱機構、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構等部件。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橫拉桿、直拉桿等組成。電動汽車在轉(zhuǎn)向行駛時，要確保各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關系。駕駛員通過操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使電動汽車保持在直線或轉(zhuǎn)彎運動狀態(tài)，或者在上述兩種運動狀態(tài)間互相轉(zhuǎn)換；還要保證在行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不會發(fā)生自振，方向盤沒有擺動，轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，操縱輕便。

07制動系統(tǒng)

制動系統(tǒng)是電動汽車裝備的全部制動與減速系統(tǒng)的總稱，它的作用是使行駛中的電動汽車降低速度或停止行駛，或使已經(jīng)停駛的電動汽車保持不動。制動系統(tǒng)包括制動器、制動傳動裝置?，F(xiàn)代電動汽車制動系統(tǒng)中還安裝了制動防抱死裝置等。與燃料汽車類似，純電動汽車的制動系統(tǒng)也由行車制動和駐車制動兩套裝置構成。

08電氣設備

電動汽車電氣設備主要包括蓄電池、發(fā)電機、照明燈具、儀表、音響裝置、刮水器等。 蓄電池的作用是供給起動機和電動機用電。為了滿足電動汽車對高電壓的需求，純電動汽車通常是以多個12V或24V的電池串、并聯(lián)形成的動力電池組作為動力源，動力電池組的電壓是155~400V，以周期性的充電來補充電能。動力電池組是純電動汽車的關鍵裝備，它儲存的電能及其自身的重量和體積對純電動汽車的性能起決定性影響。動力電池組在純電動汽車上占據(jù)極大一部分有效的裝載空間，在布置上有相當大的難度，一般有集中布置和分散布置兩種形式。通用公司的EV1使用的Delco電池組，采用集中式布置形式，動力電池組的支架是T形架。T形架裝在車輛的地板下面及后備廂下面的車架上，動力電池組固定在T形架上，有良好的穩(wěn)定性，它從車輛的尾部安裝。在T形架上裝有動力電池組的通風系統(tǒng)、電線保護套等，用自動和手動斷路器在車輛停車及車輛出現(xiàn)故障時切斷電源，確保高壓電路的安全。

日本豐田汽車公司的RAV4EV是將動力電池組用支架固定在純電動汽車的車架上，動力電池組由24節(jié)12V的鎳-氫電池組成，總電壓為288V。動力電池組分成數(shù)個“小組”，呈分散式布置在車架上，再串聯(lián)起來，這樣可以充分利用車輛底盤上的有效空間。動力電池組設置在純電動汽車地板下面是最常見的布置方法，這樣方便安裝和拆卸。

09能量回收系統(tǒng)

能量回收系統(tǒng)的作用是在電動汽車滑行（或制動）時，可以將滑行時的慣性機械能轉(zhuǎn)化為電能，并將其存儲在電容器中或為動力蓄電池充電，在使用時可快速將能量釋放。

10散熱系統(tǒng)

因為蓄電池在車輛運行的過程中會產(chǎn)生大量的熱量，所以，擁有一個良好的散熱系統(tǒng)，不論是對電動汽車的安全還是對其蓄電池的壽命長短都至關重要。

11車身

車身分為車頭和車廂兩個部分。車頭部分通?？沙俗{駛員和副駕駛員兩人。車廂是根據(jù)客戶需求改裝而來，包括車廂配置、用料、空間設計等。為了使乘客獲得最大的舒適感，電動汽車通常采用單人座并排的方式，至于座椅的數(shù)量則根據(jù)具體車型而有所不同。

12工業(yè)裝置

工業(yè)裝置是工業(yè)用純電動汽車用來完成作業(yè)要求而專門布置的，如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜一般由電動機驅(qū)動的液壓系統(tǒng)完成。

純電動汽車的類型

01單一蓄電池作為動力源

用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，只安裝了蓄電池組。

02裝有輔助動力源

用單一蓄電池作為動力源的純電動汽車，蓄電池的比能量與比功率較低，蓄電池組的重量和體積較大。所以，在某些純電動汽車上增加輔助動力源，如超級電容器、發(fā)電機組、太陽能等，由此改善純電動汽車的啟動性能并且增加續(xù)駛里程。

純電動汽車的工作原理

純電動汽車是由蓄電池的能量使得電動機驅(qū)動車輪前進。能量流動路線：蓄電池→電力調(diào)節(jié)器→電動機→動力傳動系統(tǒng)→驅(qū)動輪。其中，蓄電池提供電流，經(jīng)過電力調(diào)節(jié)器后輸出至電動機，然后由電動機提供扭矩，經(jīng)傳動裝置后驅(qū)動車輪實現(xiàn)車輛的行駛。

純電動汽車的分類

按驅(qū)動系統(tǒng)組成和布置形式分類

01機械傳動型

機械傳動型純電動汽車以燃油汽車發(fā)動機前置、后輪驅(qū)動的結構為基礎發(fā)展得來的，保留了內(nèi)燃機汽車的傳動系統(tǒng)，不同之處是將內(nèi)燃機換成了電動機。這種結構可以保證純電動汽車的啟動轉(zhuǎn)矩及低速時的后備功率，對驅(qū)動電動機要求低，所以，可選擇功率較小的電動機。

C—離合器；D—差速器；FG—固定速比減速器；GB—變速器；M—電動機

02無變速器型

無變速器型純電動汽車的一種結構如圖所示，該結構的最大特點是取消了離合器與變速器，采用固定速比減速器，通過控制電動機來實現(xiàn)變速功能。這種結構的優(yōu)點是機械傳動裝置的重量輕、體積小，但是對電動機的要求比較高，不僅要求具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，而且要求具有較大的后備功率，以確保純電動汽車的起步、爬坡、加速等動力性能。

無變速器型純電動汽車的另外一種結構如圖所示，這種結構和傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機橫向前置、前輪驅(qū)動的布置方式相似。它把電動機、固定速比減速器以及差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅(qū)動車輪。這種結構在小型電動汽車上應用非常普遍。

03無差速器型

無差速器型純電動汽車采用兩臺電動機，通過固定速比減速器來分別驅(qū)動兩個車輪，能夠?qū)崿F(xiàn)對每個電動機轉(zhuǎn)速的獨立調(diào)節(jié)。所以，當汽車轉(zhuǎn)向時，可以通過電動機的電子控制系統(tǒng)控制兩個車輪的差速，從而達到轉(zhuǎn)向的目的。但是，這種結構的電動機控制系統(tǒng)相對來說非常復雜。

04電動輪型

電動輪型純電動汽車的一種結構如圖所示，這種結構是將電動機直接安裝在驅(qū)動輪內(nèi)（也稱輪轂電動機），可以進一步地縮短電動機至驅(qū)動車輪之間的動力傳遞路徑，減少能量在傳動路徑上的損失，但想要實現(xiàn)純電動汽車的正常工作，還需添加一個減速比較大的行星齒輪減速器，將電動機的轉(zhuǎn)速降低至理想的車輪轉(zhuǎn)速。

電動輪型純電動汽車的另一種結構如圖所示，這種結構將低速外轉(zhuǎn)子電動機的外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，去掉了減速齒輪，所以電動機和車輛的驅(qū)動車輪之間沒有任何機械傳動裝置，無機械傳動損失，能量的傳遞效率高，空間的利用率大。但是這種結構對于電動機的性能要求較高，要求其具有很高的啟動轉(zhuǎn)矩以及較大的后備功率，以確保車輛的可靠工作。

按車載電源數(shù)不同分類

01單電源

在單電源純電動汽車上，其主要電源通常是蓄電池，如鉛酸電池、鎳-氫電池、鋰離子電池等。單電源純電動汽車的結構比較簡單，控制也不難，其主要缺點是主電源的瞬時輸出功率容易受蓄電池性能的影響，車輛制動能量的回饋效率也會受制于蓄電池的最大可接受電流及蓄電池的荷電狀態(tài)。

02多電源

多電源純電動汽車通常由蓄電池加蓄能裝置構成。采用蓄電池加超級電容器或蓄電池加飛輪電池的電源組合，可以降低對蓄電池的容量、比能量、比功率等的要求。當汽車起步、加速、爬坡時，輔助蓄能裝置（超級電容器、飛輪電池）能夠短時間內(nèi)輸出大功率，協(xié)助蓄電池供電，使電動汽車的動力性提高；當汽車制動時，則利用輔助蓄能裝置接受大電流充電，增大制動能量回饋的效率。

純電動汽車的關鍵技術

01電池及管理技術

電池是電動汽車的動力源，也是一直制約電動汽車發(fā)展的關鍵因素。想要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關鍵就是要研發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的高效電池。但目前還沒有任何一種電池可以達到純電動汽車普及的要求。電池組性能直接影響整車的加速性能、續(xù)駛里程以及制動能量回收的效率等。電池的成本及循環(huán)壽命直接影響車輛的成本和可靠性，所有影響電池性能的參數(shù)必須得到優(yōu)化。電動汽車的電池在使用中發(fā)熱量較大，電池溫度影響電池的電化學系統(tǒng)的運行、循環(huán)壽命以及充電可接受性、功率和能量、安全性和可靠性等。因此，為了達到最佳的性能和壽命，需將電池包的溫度控制在一定范圍內(nèi)，降低電池包內(nèi)不均勻的溫度分布，以避免模塊間的不平衡，以此防止電池性能下降，且可以消除相關的潛在危險。

02整車控制技術

新型純電動汽車整車控制系統(tǒng)是兩條總線的網(wǎng)絡結構，即驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN總線與車身系統(tǒng)的低速總線。高速CAN總線每個節(jié)點是各子系統(tǒng)的ECU，低速總線按照物理位置設置節(jié)點，基本原則是基于空間位置的區(qū)域自治。實現(xiàn)整車網(wǎng)絡化控制，其意義不僅是解決汽車電子化中出現(xiàn)的線路復雜和線束增加問題，網(wǎng)絡化實現(xiàn)的通信與資源共享能力成為新的電子與計算機技術在汽車上應用的一個基礎，同時也為X-by-Wire技術提供有力的支撐。

03整車輕量化技術

整車輕量化技術始終是汽車技術重要的研究內(nèi)容。純電動汽車因為電池組，整車重量增加較多，輕量化問題更加顯著，可以采用以下措施減輕整車重量。 ①通過對整車實際使用工況及使用要求的分析，對電池的電壓、容量、驅(qū)動電動機功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、整車性能等車輛參數(shù)的整體優(yōu)化，合理選擇電池和電動機參數(shù)。 ②通過結構優(yōu)化和集成化、模塊化優(yōu)化設計，減輕動力總成、車載能源系統(tǒng)的重量。這里包括對電動機和驅(qū)動器、傳動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、空調(diào)與制動真空系統(tǒng)的集成和模塊化設計，使系統(tǒng)得到優(yōu)化；通過電池、電池箱、電池管理系統(tǒng)、車載充電機組成的車載能源系統(tǒng)的合理集成和分散，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。 ③積極選用輕質(zhì)材料，如電池箱的結構框架、箱體封皮、輪轂等采用輕質(zhì)合金材料。 ④利用CAD技術對車身承載結構件（如前后橋、新增的邊梁、橫梁等）進行有限元分析研究，用計算與試驗相結合的方式，實現(xiàn)結構最優(yōu)化。

審核編輯：湯梓紅