純電動車輛的結構及其原理

電動車定義

純電動汽車是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰電子電池）提供動力源，以電動機為驅動系統(tǒng)的汽車。其主要動力系統(tǒng)由動力電池、驅動電機組成，從電網取電或更換蓄電池獲得電能。

電動車結構

傳統(tǒng)內燃機車主要由發(fā)動機、車身、底盤、電氣設備等四大部分組成；

純電動車主要由電力驅動控制系統(tǒng)、底盤、車身、輔助系統(tǒng)等四大部分組成。

圖1 純電動車整車控制原理圖

典型的純電動車組成如上圖所示，主要包括：電源系統(tǒng)、電力驅動系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)等。動力電池輸出電能，通過電機控制器驅動電機運轉產生動力，在通過減速機構將動力傳給驅動車輪，使電動汽車行駛。

電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要包含動力電池、電源管理系統(tǒng)、車載充電機以及輔助動力源等。

**動力電池：

**電動汽車的動力源，儲能裝置，以鋰電子電池為主；

**電源管理系統(tǒng)：

**實時監(jiān)控動力電池使用情況，對動力電池的端電壓、內阻、溫度、蓄電池電解液濃度、電池剩余電量、放電時間、放電電流或放電深度等動力蓄電池狀態(tài)參數進行檢測，并按動力電池對環(huán)境溫度的要求進行調溫控制，通過限流控制避免動力蓄電池過充、過放電，對有關參數進行顯示和報警，其信號流向輔助系統(tǒng)，并結合儀表顯示相關信息，以便駕駛員及時掌握車輛信息；

**車載充電機：

**把電網供電制式轉換為對動力電池充電要求的制式，即把交流電（220V或380V）轉換為相應電壓（240~410V）的直流電，并按要求控制其充電電流（家庭充電一般為10或16A）；

輔助動力源：
一般為12V~24V的直流低壓電源，主要給動力轉向、制動力調節(jié)控制、照明、空調、電動車窗等各種輔助用電裝置供電。

圖2 電源系統(tǒng)

電力驅動系統(tǒng)

電力驅動子系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內燃機汽車的最大不同點。驅動系統(tǒng)一般由電子控制器、功率變換器、驅動電動機、機械傳動裝置和車輪等部分構成。驅動系統(tǒng)的功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能進而推進汽車行駛，并能夠在汽車減速制動或者下坡時，實現再生制動。

圖3 電力驅動系統(tǒng)

驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置驅動或直接驅動車輪。早期電動汽車上廣泛采用直流串激電動機，這種電動機具有“軟”的機械特性，與汽車的行駛特性非常適應。但直流電動機由于存在換向火花、比功率較小、效率較低和維護保養(yǎng)工作量大等缺點，隨著電動機技術和電動機控制技術的發(fā)展，正在逐漸被直流無刷電動機（BCDM）、開關磁阻電動機（SRM）和交流異步電動機所取代。

整車控制器

整車控制器是電機系統(tǒng)的控制中心，也就是常說的VCU（Vehicle Control Unit），也就是圖1中的中央控制單元。它對所有的輸入信號進行處理，并將電機控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息發(fā)送給整車控制器。根據駕駛員輸入的加速踏板和制動踏板的信號，向電機控制器發(fā)出相應的控制指令，對電機進行啟動、加速、減速、制動控制。在純電動汽車減速和下坡滑行時，整車控制器配合電源系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)進行發(fā)電反饋，使動力蓄電池反向充電。整車控制器還對動力蓄電池充放電過程進行控制。對于與汽車行駛狀況有關的速度、功率、電壓、電流等信息傳輸到車載信息顯示系統(tǒng)進行相應的數字或模擬顯示。

電機控制器內含功能診斷電路。當診斷出現異常時，它將會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給整車控制器。電機控制系統(tǒng)使用了以下傳感器來提供電機的工作信息。

**電流傳感器：

**用以檢測電機工作的實際電流（包括母線電流、三相交流電流）；

**電壓傳感器：

**用以檢測供給電機控制器工作的實際電壓（包括高壓電池電壓、蓄電池電壓）；

溫度傳感器：

用以檢測電機控制系統(tǒng)的工作溫度（包括模塊溫度、電機控制器溫度）。

輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括車載信息顯示系統(tǒng)、動力轉向系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、空調、照明及除霜裝置、刮水器和收音機等，借助這些輔助設備來提高汽車的操縱性和成員的舒適性。

圖4 輔助系統(tǒng)

電動車可能存在的結構形式

由于在電驅特性和能源方面的多樣性，可能有各種的EV(Electric Vehicle)結構形式，如下圖所示。

圖5 電動車可能存在的結構形式

圖5a為電動機中央驅動形式，借用了內燃機汽車的驅動方案，其中電驅動裝置替代了傳統(tǒng)車輛驅動系的內燃機，它由電動機、離合器、變速器和差速器組成。離合器和變速箱可由自動傳動裝置予以替代，離合器用以將電動機的動力連接到驅動輪，或從驅動輪處脫開。變速箱提供一組傳動比，以滿足不同轉速的需求。差速器是一種機械器件（通常是一組行星齒輪），當車輛沿著彎曲的路徑行駛時，它使兩側車輪以不同的轉速行駛。

圖5b為電動機中央驅動形式，借助于電動機在大范圍轉速變化中所具有的恒功率特性，可用固定檔的齒輪傳動裝置替代多速變速箱，并縮減了對離合器的需要。這一結構不僅減小了機械傳動裝置的尺寸和重量，而且由于不需要換擋，故可簡化驅動系的控制。

圖5c類似于圖4b中的驅動系，為另一種電動機中央驅動形式。固定檔的齒輪傳動裝置和差速器可以進一步集成為單個組合件，而其兩側的軸連接兩邊的驅動輪。整個驅動系由此可以進一步得到簡化和小型化。

圖5d為雙電動機電動輪驅動方式，機械差速器被兩個牽引電動機所替代。該兩電動機分別驅動相應側的車輪，并當車輛沿彎曲路徑行駛時，兩者以不同轉速運轉。

圖5e為輪轂電動機驅動方式，為進一步簡化驅動系，牽引電動機可安置在車輪內。這種配置就是通常所說的輪式驅動。一個薄型行星齒輪組可用以降低電動機轉速，并增大電動機轉矩，該薄型行星齒輪組具有高減速比以及輸入和輸出軸縱向配置的優(yōu)點。

圖5f為另一種輪轂電動機驅動方式，通過完全舍棄電動機和驅動輪之間的任何機械傳動裝置，應用于輪式驅動的低速外轉子型電動機可直接連接至驅動輪。此時，電動機的轉速控制等價于車輪的轉速控制，即車速控制。然而，這一配置要求電動機在車輛起動和加速運行時具有高轉矩性能。