纯电动汽车的基础知识.docx

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纯电动汽车的基础知识

纯电动汽车的基础知识

纯电动汽车是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动汽车，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，通常采用高效率充电蓄电池为动力源。

纯电动汽车不需要用内燃机，所以，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能属于二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等。

但是它一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。

主要是因为各种类别的蓄电池普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等致命缺点。

一纯电动汽车产业的发展现状

从上世纪90年代起，我国就开始了纯电动汽车的初步研究工作，1991年电动汽车研发被列入我国“八五”重点科技攻关项目，1996年电动汽车被列为“九五”及跨世纪国家重大科技产业工程，2000年电动汽车的产业化列为“十五”科技工作重大项目，2001年启动实施“863计划”电动汽车重大专项，经过一系列重大专项支出，我国纯电动汽车关键技术研究进展顺利，各项研发工作取得显著成效。

纯电动汽车也由此进入了从产品走向商业化，并且最终实现产业化的发展历程。

一.1纯电动汽车开始小规模投放市场

2009年1月，国务院通过Ⅸ汽车产业调整和振兴规划》，明确实施新能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化，提出“三年内形成5O万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5％左右”的目标。

2009年2月，科技部、财政部、发改委和工信部联合启动“十城千辆”电动汽车推广应用示范工程，选择了25城市作为试点推广应用电动汽车。

2010年6月，财政部、科技部、工信部和发改委联合出台《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，对上海、长春、深圳、杭州、合肥五城市私人购买插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴，经过政府一些列政策推动，纯电动汽车已渐入销售者视线，并实现了小规模市场销售，根据中国汽车工业协会日前发布的数据显示，一季度中国汽车整车企业生产共生产纯电锅动汽车1655辆，实现销售1830辆。

根据《节能与新能源汽车产业发展规~（2012—2020年）》，到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量超过50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆，纯电动汽车市场潜力巨大。

一.22、纯电动汽车企业整体发力

从“八五开始到现在，电动汽车研究一直是国家计划项目，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中各方面力量进行联合攻关，现正处于研发势头强劲阶段．部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。

国内主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐，截止工信部发布28个批次的节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录中共有2l5个车型已上国家公告，进入国家节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录，包括金龙、金旅、福田、安凯的纯电动城市客车，比亚迪、奇瑞、长安的纯电动轿车，众泰的纯电动轻型客车，清源的纯电动特种车等。

二纯电动汽车的基结构组成

目前市场上的纯电动汽车种类繁多，但是其基本结构组成基本上包括以下几大类：

二.1电动机

电动机是电动汽车的动力装置，它是依据电磁感应原理实现电能转换的一种电磁装置，在电路中用字母M表示。

它的主要作用为产生旋转运动，作为用电设备或各种机械的动力源。

二.2发电机

发电机的主要作用是将机械能转化为电能，它在电路中用字母G表示。

二.3冷却系统

冷却系统通常由散热器、水泵、风扇、节温器、冷却液温度表和放水开关等组成。

电动汽车发动机采用两种冷却方式，即空气冷却和水冷却，通常电动汽车发动机多采用水冷却。

二.4传动系统

纯电动汽车底盘，因为其电动机具有良好的牵引特性，所以蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。

车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。

二.5行驶系统

行驶系统和燃料汽车相似，主要包括车架、车桥、车轮和悬架等。

电动汽车行驶系统的作用是接收电动机经传动系统传来的转矩，并通过驱动轮和路面间的附着作用，产生路面对电动汽车的牵引力，以确保整车正常行驶。

此外，它应尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，确保电动汽车正常行驶。

二.6转向系统

电动汽车转向系统的作用是保持或者改变电动汽车的行驶方向，它包括转向操纵机构、转向器和转向传动机构等部件。

转向系统由方向盘、转向器、转向节、转向节臂、横拉杆、直拉杆等组成。

电动汽车在转向行驶时，要确保各转向轮之间有协调的转角关系。

驾驶员通过操纵转向系统，使电动汽车保持在直线或转弯运动状态，或者在上述两种运动状态间互相转换；还要保证在行驶状态下，转向轮不会发生自振，方向盘没有摆动，转向灵敏，最小转弯直径小，操纵轻便。

二.7制动系统

制动系统是电动汽车装备的全部制动与减速系统的总称，它的作用是使行驶中的电动汽车降低速度或停止行驶，或使已经停驶的电动汽车保持不动。

制动系统包括制动器、制动传动装置。

现代电动汽车制动系统中还安装了制动防抱死装置等。

与燃料汽车类似，纯电动汽车的制动系统也由行车制动和驻车制动两套装置构成。

二.8电气设备

电动汽车电气设备主要包括蓄电池、发电机、照明灯具、仪表、音响装置、刮水器等。

蓄电池的作用是供给起动机和电动机用电。

为了满足电动汽车对高电压的需求，纯电动汽车通常是以多个12V或24V的电池串、并联形成的动力电池组作为动力源，动力电池组的电压是155~400V，以周期性的充电来补充电能。

动力电池组是纯电动汽车的关键装备，它储存的电能及其自身的重量和体积对纯电动汽车的性能起决定性影响。

动力电池组在纯电动汽车上占据极大一部分有效的装载空间，在布置上有相当大的难度，一般有集中布置和分散布置两种形式。

通用公司的EV1使用的Delco电池组，采用集中式布置形式，动力电池组的支架是T形架。

T形架装在车辆的地板下面及后备厢下面的车架上，动力电池组固定在T形架上，有良好的稳定性，它从车辆的尾部安装。

在T形架上装有动力电池组的通风系统、电线保护套等，用自动和手动断路器在车辆停车及车辆出现故障时切断电源，确保高压电路的安全。

日本丰田汽车公司的RAV4EV是将动力电池组用支架固定在纯电动汽车的车架上，动力电池组由24节12V的镍-氢电池组成，总电压为288V。

动力电池组分成数个“小组”，呈分散式布置在车架上，再串联起来，这样可以充分利用车辆底盘上的有效空间。

动力电池组设置在纯电动汽车地板下面是最常见的布置方法，这样方便安装和拆卸。

二.9能量回收系统

能量回收系统的作用是在电动汽车滑行（或制动）时，可以将滑行时的惯性机械能转化为电能，并将其存储在电容器中或为动力蓄电池充电，在使用时可快速将能量释放。

二.10散热系统

因为蓄电池在车辆运行的过程中会产生大量的热量，所以，拥有一个良好的散热系统，不论是对电动汽车的安全还是对其蓄电池的寿命长短都至关重要。

二.11车身

车身分为车头和车厢两个部分。

车头部分通常可乘坐驾驶员和副驾驶员两人。

车厢是根据客户需求改装而来，包括车厢配置、用料、空间设计等。

为了使乘客获得最大的舒适感，电动汽车通常采用单人座并排的方式，至于座椅的数量则根据具体车型而有所不同。

二.12工业装置

工业装置是工业用纯电动汽车用来完成作业要求而专门布置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。

货叉的起升和门架的倾斜一般由电动机驱动的液压系统完成。

三纯电动汽车的类型

三.1单一蓄电池作为动力源

用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只安装了蓄电池组。

三.2装有辅助动力源

用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量与比功率较低，蓄电池组的重量和体积较大。

所以，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源，如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能并且增加续驶里程。

四纯电动汽车的工作原理

纯电动汽车是由蓄电池的能量使得电动机驱动车轮前进。

能量流动路线：

蓄电池→电力调节器→电动机→动力传动系统→驱动轮。

其中，蓄电池提供电流，经过电力调节器后输出至电动机，然后由电动机提供扭矩，经传动装置后驱动车轮实现车辆的行驶。

五纯电动汽车的分类

五.1按驱动系统组成和布置形式分类

五.1.1机械传动型

机械传动型纯电动汽车以燃油汽车发动机前置、后轮驱动的结构为基础发展得来的，保留了内燃机汽车的传动系统，不同之处是将内燃机换成了电动机。

这种结构可以保证纯电动汽车的启动转矩及低速时的后备功率，对驱动电动机要求低，所以，可选择功率较小的电动机。

C—离合器；D—差速器；FG—固定速比减速器；GB—变速器；M—电动机

五.1.2无变速器型

无变速器型纯电动汽车的一种结构如图所示，该结构的最大特点是取消了离合器与变速器，采用固定速比减速器，通过控制电动机来实现变速功能。

这种结构的优点是机械传动装置的重量轻、体积小，但是对电动机的要求比较高，不仅要求具有较高的启动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以确保纯电动汽车的起步、爬坡、加速等动力性能。

无变速器型纯电动汽车的另外一种结构如图所示，这种结构和传统燃油汽车的发动机横向前置、前轮驱动的布置方式相似。

它把电动机、固定速比减速器以及差速器集成为一个整体，两根半轴连接驱动车轮。

这种结构在小型电动汽车上应用非常普遍。

五.1.3无差速器型

无差速器型纯电动汽车采用两台电动机，通过固定速比减速器来分别驱动两个车轮，能够实现对每个电动机转速的独立调节。

所以，当汽车转向时，可以通过电动机的电子控制系统控制两个车轮的差速，从而达到转向的目的。

但是，这种结构的电动机控制系统相对来说非常复杂。

五.1.4电动轮型

电动轮型纯电动汽车的一种结构如图所示，这种结构是将电动机直接安装在驱动轮内（也称轮毂电动机），可以进一步地缩短电动机至驱动车轮之间的动力传递路径，减少能量在传动路径上的损失，但想要实现纯电动汽车的正常工作，还需添加一个减速比较大的行星齿轮减速器，将电动机的转速降低至理想的车轮转速。

电动轮型纯电动汽车的另一种结构如图所示，这种结构将低速外转子电动机的外转子直接安装在车轮的轮缘上，去掉了减速齿轮，所以电动机和车辆的驱动车轮之间没有任何机械传动装置，无机械传动损失，能量的传递效率高，空间的利用率大。

但是这种结构对于电动机的性能要求较高，要求其具有很高的启动转矩以及较大的后备功率，以确保车辆的可靠工作。

五.2按车载电源数不同分类

五.2.1单电源

在单电源纯电动汽车上，其主要电源通常是蓄电池，如铅酸电池、镍-氢电池、锂离子电池等。

单电源纯电动汽车的结构比较简单，控制也不难，其主要缺点是主电源的瞬时输出功率容易受蓄电池性能的影响，车辆制动能量的回馈效率也会受制于蓄电池的最大可接受电流及蓄电池的荷电状态。

五.2.2多电源

多电源纯电动汽车通常由蓄电池加蓄能装置构成。

采用蓄电池加超级电容器或蓄电池加飞轮电池的电源组合，可以降低对蓄电池的容量、比能量、比功率等的要求。

当汽车起步、加速、爬坡时，辅助蓄能装置（超级电容器、飞轮电池）能够短时间内输出大功率，协助蓄电池供电，使电动汽车的动力性提高；当汽车制动时，则利用辅助蓄能装置接受大电流充电，增大制动能量回馈的效率。

六纯电动汽车的关键技术

六.1电池及管理技术

电池是电动汽车的动力源，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。

想要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要研发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。

但目前还没有任何一种电池可以达到纯电动汽车普及的要求。

电池组性能直接影响整车的加速性能、续驶里程以及制动能量回收的效率等。

电池的成本及循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优化。

电动汽车的电池在使用中发热量较大，电池温度影响电池的电化学系统的运行、循环寿命以及充电可接受性、功率和能量、安全性和可靠性等。

因此，为了达到最佳的性能和寿命，需将电池包的温度控制在一定范围内，降低电池包内不均匀的温度分布，以避免模块间的不平衡，以此防止电池性能下降，且可以消除相关的潜在危险。

六.2整车控制技术

新型纯电动汽车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线与车身系统的低速总线。

高速CAN总线每个节点是各子系统的ECU，低速总线按照物理位置设置节点，基本原则是基于空间位置的区域自治。

实现整车网络化控制，其意义不仅是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通信与资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-Wire技术提供有力的支撑。

六.3整车轻量化技术

整车轻量化技术始终是汽车技术重要的研究内容。

纯电动汽车因为电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加显著，可以采用以下措施减轻整车重量。

① 通过对整车实际使用工况及使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能等车辆参数的整体优化，合理选择电池和电动机参数。

②通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的重量。

这里包括对电动机和驱动器、传动系统、冷却系统、空调与制动真空系统的集成和模块化设计，使系统得到优化；通过电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。

③积极选用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。

④利用CAD技术对车身承载结构件（如前后桥、新增的边梁、横梁等）进行有限元分析研究，用计算与试验相结合的方式，实现结构最优化。

七纯电动汽车产业发展的制约因素

目前我国纯电动汽车处在产业导人期的初期，纯电动汽车除了需要稳定成熟的动力电池技术支撑之外，在运行系统、产业配套、产业模式等方面对于传统汽车行业都是一个深层次的颠覆，其产业发展存在着技术、成本、市场以及基础设施等方面的制约。

七.1技术因素

虽然通过实施863计划，我国纯电动车的研发能力大大提高，整车技术已能够达到或非常接近国际水平．部分技术能够达到国际先进水平，但其续驶里程和动力性能仍是限制纯电动汽车进一步发展的最大障碍，电池是电动汽车的动力源泉，能量密度低，导致电池体积过于庞大，行使里程受到限制，充电缓慢，耗时长。

并且，当前纯电动汽车开发还基本以实验室研发为主，各项关键技术指标缺乏在实际复杂运行环境的批量化质量控制．不能保证达到测试时的数据值一致性。

七.2成本因素

由于纯电动汽车的使用动力是电力，其使用成本的优势非常明显，然而电池价格高，且销售未成规模，造成纯电动汽车价格不菲，以比亚迪F3DM低碳版双模电动汽车为例，其售价为16.98万元，高出其所搭载车型F3价格的1倍多。

七.3基础设施

纯电动汽车大规模使用的基础设施包括充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营销、服务网络等，配套的基础设施网络是纯电动汽车产业化的关键，目前我国纯电动的基础设施（主要是充电设施）还很有限，虽然电网公司已开始积极在各地建设充电站、换电站，但充换电设施普及不是短期内能够实现的。

七.4市场因素

市场需求是人们从事经济活动的原驱动力，这是一条普遍适用的经济规律，纯电动汽车产业也不例外，由于纯电动汽车产业在技术、成本以及基础设施方面面临一些困难，虽然已实现小规模销售，但纯电动汽车产业化仅依赖市场行为和企业行为很难实现。