純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和原理(圖解)

純電動(dòng)汽車是完全由可充電電池(如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池)提供動(dòng)力，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛(圖2)。

其動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，動(dòng)力來自電網(wǎng)或通過更換電池獲得。

電動(dòng)汽車最早的歷史可以追溯到19世紀(jì)末。1881年8月至11月，在巴黎舉行的國際電氣展覽會(huì)上，展出了法國人古斯塔夫特魯夫研制的電動(dòng)三輪車。這是世界上第一輛電動(dòng)汽車。它使用多個(gè)鉛酸充電電池和DC電機(jī)，可以在實(shí)踐中使用。這款車的誕生具有劃時(shí)代的意義。

次年，1882年，英國的威廉愛德華阿東和約翰佩里也研制出了時(shí)速4.4公里的電動(dòng)三輪車。由于三位先驅(qū)的努力，在燃油車出現(xiàn)之前，電動(dòng)車就誕生了。此后，電動(dòng)車在歐美等國家迅速崛起。

純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電氣設(shè)備組成。

與傳統(tǒng)汽車相比，純電動(dòng)汽車取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也發(fā)生了變化。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，簡化或取消了部分零件，增加了供電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等新機(jī)構(gòu)。

由于上述系統(tǒng)功能的改變，純電動(dòng)汽車由電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、底盤、車身和輔助系統(tǒng)四個(gè)新部分組成。

典型電動(dòng)汽車的組成如圖3所示。

純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要包括電源系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)。

動(dòng)力電池輸出電能，電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，再通過減速機(jī)構(gòu)傳遞給驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車。

一般來說，如果把電動(dòng)汽車看作一個(gè)大系統(tǒng)，那么這個(gè)系統(tǒng)主要由電驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)組成。圖3中的雙線表示機(jī)械連接；粗線表示電氣連接；細(xì)線控制信號被連接；線上的箭頭表示電源或控制信號的傳輸方向。

來自加速器踏板的信號被輸入到電子控制器中，并且通過控制功率轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出扭矩或轉(zhuǎn)速。電機(jī)的輸出扭矩通過汽車傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。充電器通過汽車的充電接口給電池充電。當(dāng)汽車行駛時(shí)，蓄電池通過電源轉(zhuǎn)換器向電動(dòng)機(jī)供電。當(dāng)電動(dòng)汽車采用電制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，車輛的部分動(dòng)能回饋給電池充電，延長了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。

1.供電系統(tǒng)

電源系統(tǒng)(圖4)主要包括動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、車載充電器和輔助電源。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源和儲能裝置。目前純電動(dòng)汽車主要是鋰離子電池(包括磷酸鐵鋰電池和三元鋰離子電池)。).電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的使用情況，檢測動(dòng)力電池的狀態(tài)參數(shù)，如端電壓、內(nèi)阻、溫度、電池電解液濃度、電池剩余容量、放電時(shí)間、放電電流或放電深度，并根據(jù)動(dòng)力電池對環(huán)境溫度的要求進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和控制。限流控制可以避免動(dòng)力電池過充過放，顯示和報(bào)警相關(guān)參數(shù)，信號流向輔助系統(tǒng)，并在儀表組上顯示相關(guān)信息，供駕駛員隨時(shí)掌握。車載充電器是將電網(wǎng)的供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)力電池的充電系統(tǒng)，即把交流電(220V或380V)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓(240~410V)的直流電。并根據(jù)需要控制其充電電流(家用充電一般為10或16A)。輔助電源一般為12V或24V DC低壓電源，主要提供所需能量

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪。DC系列電機(jī)廣泛應(yīng)用于早期的電動(dòng)汽車，具有“軟”的機(jī)械特性，非常適合汽車的行駛特性。但隨著電機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，DC電機(jī)因其換相火花、比功率低、效率低、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，逐漸被無刷DC電機(jī)(BCDM)、開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)和交流異步電機(jī)所取代。

3.車輛控制器

汽車控制器是汽車系統(tǒng)的控制中心。

它處理所有輸入信號，并將電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給車輛控制器。根據(jù)駕駛員輸入的加速踏板和制動(dòng)踏板信號，向電機(jī)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速和制動(dòng)。當(dāng)純電動(dòng)汽車減速下坡滑行時(shí)，車輛控制器配合供電系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)產(chǎn)生電能反饋，使動(dòng)力電池反向充電。車輛控制器還控制動(dòng)力電池的充放電過程。速度、功率、電壓、電流等信息。與車輛行駛狀況相關(guān)的信息被傳送到車輛信息顯示系統(tǒng)，用于相應(yīng)的數(shù)字或模擬顯示。

電機(jī)控制器包括功能診斷電路。當(dāng)診斷出異常時(shí)，它將激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼并將其發(fā)送到車輛控制器。電機(jī)控制系統(tǒng)使用以下傳感器來提供電機(jī)的工作信息。

電流傳感器：用于檢測電機(jī)的實(shí)際電流(包括母線電流和三相交流電流)；電壓傳感器：用于檢測提供給電機(jī)控制器的實(shí)際電壓(包括高壓電池電壓和電池電壓)；溫度傳感器：用于檢測電機(jī)控制系統(tǒng)的工作溫度(包括模塊溫度和電機(jī)控制器溫度)。

4.輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)(圖6)包括車輛信息顯示系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)、照明和除霜裝置、刮水器和收音機(jī)等。在這些輔助裝置的幫助下，可以提高汽車的機(jī)動(dòng)性和成員的舒適性。

四個(gè)。純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布局

純電動(dòng)汽車常見的驅(qū)動(dòng)形式有六種，如圖7所示。圖7 (a)至7(c)示出了馬達(dá)的中央驅(qū)動(dòng)，圖7(d)示出了雙馬達(dá)的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，圖7(e)和7(f)示出了輪內(nèi)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

圖7(a)是電機(jī)的中央驅(qū)動(dòng)形式，直接借鑒內(nèi)燃機(jī)車的驅(qū)動(dòng)方案，由發(fā)動(dòng)機(jī)的前置驅(qū)動(dòng)發(fā)展而來，由電機(jī)、離合器、變速器、差速器組成。內(nèi)燃機(jī)由電力驅(qū)動(dòng)裝置代替，電機(jī)的動(dòng)力通過離合器與驅(qū)動(dòng)輪連接或切斷。變速器提供不同的傳動(dòng)比來改變——轉(zhuǎn)速下功率(扭矩)曲線的需求以匹配負(fù)載，差速器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)兩個(gè)車輪不同轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)。

圖7(b)顯示了電動(dòng)機(jī)的中央驅(qū)動(dòng)形式，它由電動(dòng)機(jī)、固定減速器和差速器組成。在這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)的功率在很寬的速度范圍內(nèi)是恒定的，并且采用了固定的減速器。因?yàn)闆]有離合器和變速器，所以可以減小機(jī)械變速器的體積和質(zhì)量。

圖7(C)示出了另一種類型的馬達(dá)中央驅(qū)動(dòng)，其類似于具有前輪驅(qū)動(dòng)和橫向前置發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油車輛的布局。它集成了電機(jī)、定速比減速器和差速器，兩個(gè)半軸連接在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上。這種布局最常用于小型電動(dòng)汽車。

圖7(d)示出了雙馬達(dá)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)模式，其中機(jī)械差速器由驅(qū)動(dòng)它們各自的輪的兩個(gè)牽引馬達(dá)代替。轉(zhuǎn)彎時(shí)，它們通過電子差速控制以不同的速度行駛，從而省略了機(jī)械差速。

圖7(e)示出了輪內(nèi)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式。固定速比的電機(jī)和行星齒輪減速器安裝在車輪內(nèi)部，沒有傳動(dòng)軸和差速器，簡化了傳動(dòng)系統(tǒng)。然而，這種驅(qū)動(dòng)方法需要兩個(gè)或四個(gè)電機(jī)，并且其控制電路復(fù)雜。這種驅(qū)動(dòng)方式廣泛應(yīng)用于重型電動(dòng)汽車

圖7(f)示出了另一種輪內(nèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，其中電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的機(jī)械傳動(dòng)被放棄，并且低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)被用于直接驅(qū)動(dòng)車輪。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制相當(dāng)于輪速控制，要求電機(jī)在加速和起步時(shí)具有高轉(zhuǎn)矩特性。