純電動汽車的結構和原理(圖解)

純電動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)提供動力，由電機驅動的車輛(圖2)。

其動力系統(tǒng)主要由動力電池和驅動電機組成，動力來自電網(wǎng)或通過更換電池獲得。

電動汽車最早的歷史可以追溯到19世紀末。1881年8月至11月，在巴黎舉行的國際電氣展覽會上，展出了法國人古斯塔夫特魯夫研制的電動三輪車。這是世界上第一輛電動汽車。它使用多個鉛酸充電電池和DC電機，可以在實踐中使用。這款車的誕生具有劃時代的意義。

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速4.4公里的電動三輪車。由于三位先驅的努力，在燃油車出現(xiàn)之前，電動車就誕生了。此后，電動車在歐美等國家迅速崛起。

純電動汽車的結構

傳統(tǒng)的內燃機汽車主要由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設備組成。

與傳統(tǒng)汽車相比，純電動汽車取消了發(fā)動機，傳動機構也發(fā)生了變化。根據(jù)驅動方式的不同，簡化或取消了部分零件，增加了供電系統(tǒng)、驅動電機等新機構。

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

典型電動汽車的組成如圖3所示。

純電動汽車的結構主要包括電源系統(tǒng)、驅動電機系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)。

動力電池輸出電能，電機控制器驅動電機運轉發(fā)電，再通過減速機構傳遞給驅動輪驅動電動車。

一般來說，如果把電動汽車看作一個大系統(tǒng)，那么這個系統(tǒng)主要由電驅動子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)組成。圖3中的雙線表示機械連接；粗線表示電氣連接；細線控制信號被連接；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換器來調節(jié)馬達的輸出扭矩或轉速。電機的輸出扭矩通過汽車傳動系統(tǒng)驅動車輪轉動。充電器通過汽車的充電接口給電池充電。當汽車行駛時，蓄電池通過電源轉換器向電動機供電。當電動汽車采用電制動時，驅動電機運行在發(fā)電狀態(tài)，車輛的部分動能回饋給電池充電，延長了電動汽車的續(xù)駛里程。

1.供電系統(tǒng)

電源系統(tǒng)(圖4)主要包括動力電池、電池管理系統(tǒng)、車載充電器和輔助電源。動力電池是電動汽車的動力源和儲能裝置。目前純電動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)實時監(jiān)控動力電池的使用情況，檢測動力電池的狀態(tài)參數(shù)，如端電壓、內阻、溫度、電池電解液濃度、電池剩余容量、放電時間、放電電流或放電深度，并根據(jù)動力電池對環(huán)境溫度的要求進行溫度調節(jié)和控制。限流控制可以避免動力電池過充過放，顯示和報警相關參數(shù)，信號流向輔助系統(tǒng)，并在儀表組上顯示相關信息，供駕駛員隨時掌握。車載充電器是將電網(wǎng)的供電系統(tǒng)轉換成動力電池的充電系統(tǒng)，即把交流電(220V或380V)轉換成相應電壓(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

驅動電機的作用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪。DC系列電機廣泛應用于早期的電動汽車，具有“軟”的機械特性，非常適合汽車的行駛特性。但隨著電機技術和電機控制技術的發(fā)展，DC電機因其換相火花、比功率低、效率低、維護工作量大等缺點，逐漸被無刷DC電機(BCDM)、開關磁阻電機(SRM)和交流異步電機所取代。

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，并將電機控制系統(tǒng)的運行狀態(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踏板信號，向電機控制器發(fā)出相應的控制指令，實現(xiàn)電機的啟動、加速、減速和制動。當純電動汽車減速下坡滑行時，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，使動力電池反向充電。車輛控制器還控制動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的信息被傳送到車輛信息顯示系統(tǒng)，用于相應的數(shù)字或模擬顯示。

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

電流傳感器：用于檢測電機的實際電流(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控制器的實際電壓(包括高壓電池電壓和電池電壓)；溫度傳感器：用于檢測電機控制系統(tǒng)的工作溫度(包括模塊溫度和電機控制器溫度)。

4.輔助系統(tǒng)

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

四個。純電動汽車驅動系統(tǒng)布局

純電動汽車常見的驅動形式有六種，如圖7所示。圖7 (a)至7(c)示出了馬達的中央驅動，圖7(d)示出了雙馬達的電動輪驅動，圖7(e)和7(f)示出了輪內馬達驅動。

圖7(a)是電機的中央驅動形式，直接借鑒內燃機車的驅動方案，由發(fā)動機的前置驅動發(fā)展而來，由電機、離合器、變速器、差速器組成。內燃機由電力驅動裝置代替，電機的動力通過離合器與驅動輪連接或切斷。變速器提供不同的傳動比來改變——轉速下功率(扭矩)曲線的需求以匹配負載，差速器實現(xiàn)轉彎時兩個車輪不同轉速的驅動。

圖7(b)顯示了電動機的中央驅動形式，它由電動機、固定減速器和差速器組成。在這種驅動系統(tǒng)中，電機的功率在很寬的速度范圍內是恒定的，并且采用了固定的減速器。因為沒有離合器和變速器，所以可以減小機械變速器的體積和質量。

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

圖7(d)示出了雙馬達電動輪驅動模式，其中機械差速器由驅動它們各自的輪的兩個牽引馬達代替。轉彎時，它們通過電子差速控制以不同的速度行駛，從而省略了機械差速。

圖7(e)示出了輪內電動機的驅動模式。固定速比的電機和行星齒輪減速器安裝在車輪內部，沒有傳動軸和差速器，簡化了傳動系統(tǒng)。然而，這種驅動方法需要兩個或四個電機，并且其控制電路復雜。這種驅動方式廣泛應用于重型電動汽車

圖7(f)示出了另一種輪內電機驅動模式，其中電機和驅動輪之間的機械傳動被放棄，并且低速外轉子電機被用于直接驅動車輪。電機轉速控制相當于輪速控制，要求電機在加速和起步時具有高轉矩特性。