純電動(dòng)汽車基礎(chǔ)組成知識(shí)（圖解）

11-07

純電動(dòng)汽車的基本組成

01電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的動(dòng)力裝置，它是依據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)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(yùn)動(dòng)，作為用電設(shè)備或各種機(jī)械的動(dòng)力源。

02發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)的主要作用是將機(jī)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(fēng)扇、節(jié)溫器、冷卻液溫度表和放水開(kāi)關(guān)等組成。電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩種冷卻方式，即空氣冷卻和水冷卻，通常電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多采用水冷卻。

04傳動(dòng)系統(tǒng)

純電動(dòng)汽車底盤，因?yàn)槠潆妱?dòng)機(jī)具有良好的牽引特性，所以蓄電池汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)不需要離合器和變速器。車速控制由控制器通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可實(shí)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(dòng)汽車行駛系統(tǒng)的作用是接收電動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪和路面間的附著作用，產(chǎn)生路面對(duì)電動(dòng)汽車的牽引力，以確保整車正常行駛。此外，它應(yīng)盡可能緩和不平路面對(duì)車身造成的沖擊和振動(dòng)，確保電動(dòng)汽車正常行駛。

06轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用是保持或者改變電動(dòng)汽車的行駛方向，它包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(dòng)汽車在轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，要確保各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。駕駛員通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使電動(dòng)汽車保持在直線或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者在上述兩種運(yùn)動(dòng)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(huì)發(fā)生自振，方向盤沒(méi)有擺動(dòng)，轉(zhuǎn)向靈敏，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，操縱輕便。

07制動(dòng)系統(tǒng)

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

08電氣設(shè)備

電動(dòng)汽車電氣設(shè)備主要包括蓄電池、發(fā)電機(jī)、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(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)用電。為了滿足電動(dòng)汽車對(duì)高電壓的需求，純電動(dòng)汽車通常是以多個(gè)12V或24V的電池串、并聯(lián)形成的動(dòng)力電池組作為動(dòng)力源，動(dòng)力電池組的電壓是155~400V，以周期性的充電來(lái)補(bǔ)充電能。動(dòng)力電池組是純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵裝備，它儲(chǔ)存的電能及其自身的重量和體積對(duì)純電動(dòng)汽車的性能起決定性影響。動(dòng)力電池組在純電動(dòng)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(dāng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池組的通風(fēng)系統(tǒng)、電線保護(hù)套等，用自動(dòng)和手動(dòng)斷路器在車輛停車及車輛出現(xiàn)故障時(shí)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(dòng)力電池組用支架固定在純電動(dòng)汽車的車架上，動(dòng)力電池組由24節(jié)12V的鎳-氫電池組成，總電壓為288V。動(dòng)力電池組分成數(shù)個(gè)“小組”，呈分散式布置在車架上，再串聯(lián)起來(lái)，這樣可以充分利用車輛底盤上的有效空間。動(dòng)力電池組設(shè)置在純電動(dòng)汽車地板下面是最常見(jiàn)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(dòng)汽車滑行（或制動(dòng)）時(shí)，可以將滑行時(shí)的慣性機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并將其存儲(chǔ)在電容器中或?yàn)閯?dòng)力蓄電池充電，在使用時(shí)可快速將能量釋放。

10散熱系統(tǒng)

因?yàn)樾铍姵卦谲囕v運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以，擁有一個(gè)良好的散熱系統(tǒng)，不論是對(duì)電動(dòng)汽車的安全還是對(duì)其蓄電池的壽命長(zhǎng)短都至關(guān)重要。

11車身

車身分為車頭和車廂兩個(gè)部分。車頭部分通常可乘坐駕駛員和副駕駛員兩人。車廂是根據(jù)客戶需求改裝而來(lái)，包括車廂配置、用料、空間設(shè)計(jì)等。為了使乘客獲得最大的舒適感，電動(dòng)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(dòng)汽車用來(lái)完成作業(yè)要求而專門布置的，如電動(dòng)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)完成。

純電動(dòng)汽車的類型

01單一蓄電池作為動(dòng)力源

用單一蓄電池作為動(dòng)力源的純電動(dòng)汽車，只安裝了蓄電池組。

02裝有輔助動(dòng)力源

用單一蓄電池作為動(dòng)力源的純電動(dòng)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(dòng)汽車上增加輔助動(dòng)力源，如超級(jí)電容器、發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能等，由此改善純電動(dòng)汽車的啟動(dòng)性能并且增加續(xù)駛里程。

純電動(dòng)汽車的工作原理

純電動(dòng)汽車是由蓄電池的能量使得電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)。能量流動(dòng)路線：蓄電池→電力調(diào)節(jié)器→電動(dòng)機(jī)→動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)→驅(qū)動(dòng)輪。其中，蓄電池提供電流，經(jīng)過(guò)電力調(diào)節(jié)器后輸出至電動(dòng)機(jī)，然后由電動(dòng)機(jī)提供扭矩，經(jīng)傳動(dòng)裝置后驅(qū)動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)車輛的行駛。

純電動(dòng)汽車的分類

按驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成和布置形式分類

01機(jī)械傳動(dòng)型

機(jī)械傳動(dòng)型純電動(dòng)汽車以燃油汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前置、后輪驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)發(fā)展得來(lái)的，保留了內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，不同之處是將內(nèi)燃機(jī)換成了電動(dòng)機(jī)。這種結(jié)構(gòu)可以保證純電動(dòng)汽車的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩及低速時(shí)的后備功率，對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)要求低，所以，可選擇功率較小的電動(dòng)機(jī)。

C—離合器；D—差速器；FG—固定速比減速器；GB—變速器；M—電動(dòng)機(jī)

02無(wú)變速器型

無(wú)變速器型純電動(dòng)汽車的一種結(jié)構(gòu)如圖所示，該結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是取消了離合器與變速器，采用固定速比減速器，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速功能。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)裝置的重量輕、體積小，但是對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求比較高，不僅要求具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且要求具有較大的后備功率，以確保純電動(dòng)汽車的起步、爬坡、加速等動(dòng)力性能。

無(wú)變速器型純電動(dòng)汽車的另外一種結(jié)構(gòu)如圖所示，這種結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置、前輪驅(qū)動(dòng)的布置方式相似。它把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器以及差速器集成為一個(gè)整體，兩根半軸連接驅(qū)動(dòng)車輪。這種結(jié)構(gòu)在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用非常普遍。

03無(wú)差速器型

無(wú)差速器型純電動(dòng)汽車采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)固定速比減速器來(lái)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車輪，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的獨(dú)立調(diào)節(jié)。所以，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電子控制系統(tǒng)控制兩個(gè)車輪的差速，從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。但是，這種結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)非常復(fù)雜。

04電動(dòng)輪型

電動(dòng)輪型純電動(dòng)汽車的一種結(jié)構(gòu)如圖所示，這種結(jié)構(gòu)是將電動(dòng)機(jī)直接安裝在驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)（也稱輪轂電動(dòng)機(jī)），可以進(jìn)一步地縮短電動(dòng)機(jī)至驅(qū)動(dòng)車輪之間的動(dòng)力傳遞路徑，減少能量在傳動(dòng)路徑上的損失，但想要實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車的正常工作，還需添加一個(gè)減速比較大的行星齒輪減速器，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低至理想的車輪轉(zhuǎn)速。

電動(dòng)輪型純電動(dòng)汽車的另一種結(jié)構(gòu)如圖所示，這種結(jié)構(gòu)將低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)和車輛的驅(qū)動(dòng)車輪之間沒(méi)有任何機(jī)械傳動(dòng)裝置，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)損失，能量的傳遞效率高，空間的利用率大。但是這種結(jié)構(gòu)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的性能要求較高，要求其具有很高的啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，控制也不難，其主要缺點(diǎn)是主電源的瞬時(shí)輸出功率容易受蓄電池性能的影響，車輛制動(dòng)能量的回饋效率也會(huì)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(dòng)汽車通常由蓄電池加蓄能裝置構(gòu)成。采用蓄電池加超級(jí)電容器或蓄電池加飛輪電池的電源組合，可以降低對(duì)蓄電池的容量、比能量、比功率等的要求。當(dāng)汽車起步、加速、爬坡時(shí)，輔助蓄能裝置（超級(jí)電容器、飛輪電池）能夠短時(shí)間內(nèi)輸出大功率，協(xié)助蓄電池供電，使電動(dòng)汽車的動(dòng)力性提高；當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，則利用輔助蓄能裝置接受大電流充電，增大制動(dòng)能量回饋的效率。

純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

01電池及管理技術(shù)

電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。想要使電動(dòng)汽車能與燃油汽車相競(jìng)爭(zhēng)，關(guān)鍵就是要研發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)、成本低的高效電池。但目前還沒(méi)有任何一種電池可以達(dá)到純電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(xué)系統(tǒng)的運(yùn)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(dá)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(guān)的潛在危險(xiǎn)。

02整車控制技術(shù)

新型純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)是兩條總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即驅(qū)動(dòng)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(gè)節(jié)點(diǎn)是各子系統(tǒng)的ECU，低速總線按照物理位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)，基本原則是基于空間位置的區(qū)域自治。實(shí)現(xiàn)整車網(wǎng)絡(luò)化控制，其意義不僅是解決汽車電子化中出現(xiàn)的線路復(fù)雜和線束增加問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)的通信與資源共享能力成為新的電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車上應(yīng)用的一個(gè)基礎(chǔ)，同時(shí)也為X-by-Wire技術(shù)提供有力的支撐。

03整車輕量化技術(shù)

整車輕量化技術(shù)始終是汽車技術(shù)重要的研究?jī)?nèi)容。純電動(dòng)汽車因?yàn)殡姵亟M，整車重量增加較多，輕量化問(wèn)題更加顯著，可以采用以下措施減輕整車重量。① 通過(guò)對(duì)整車實(shí)際使用工況及使用要求的分析，對(duì)電池的電壓、容量、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)參數(shù)。②通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和集成化、模塊化優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕動(dòng)力總成、車載能源系統(tǒng)的重量。這里包括對(duì)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器、傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、空調(diào)與制動(dòng)真空系統(tǒng)的集成和模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)得到優(yōu)化；通過(guò)電池、電池箱、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)組成的車載能源系統(tǒng)的合理集成和分散，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。③積極選用輕質(zhì)材料，如電池箱的結(jié)構(gòu)框架、箱體封皮、輪轂等采用輕質(zhì)合金材料。④利用CAD技術(shù)對(duì)車身承載結(jié)構(gòu)件（如前后橋、新增的邊梁、橫梁等）進(jìn)行有限元分析研究，用計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。

純電動(dòng)汽車的組成