1、純電動汽車的基本結構和原理 與燃油汽車相比， 純電動汽車 的結構特點是靈活， 這種靈活性源于純電動汽車具有以下幾個 獨特的特點。 首先，純電動汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)動 軸傳遞的， 因此，純電動汽車各部件的布置具有很大的靈活性。其次， 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng) 的布置不同， 如獨立的四輪驅(qū)動系統(tǒng)和輪轂電動機驅(qū)動系統(tǒng)等， 會使系統(tǒng)結構區(qū)別很大； 采 用不同類型的電動機， 如直流電動機和交流電動機， 會影響到純電動汽車的重量、 尺寸和形 狀；不同類型的儲能裝置，如蓄電池，也會影響純電動汽車的重量、尺寸及形狀。另外，不 同的能源補充裝置具有不同的硬件和機構， 例如，蓄電池可通

2、過感應式和接觸式的充電機充 電，或者采用更換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電。 純電動汽車的結構主要由電力驅(qū)動控制系統(tǒng)、 汽車底盤、 車身以及各種輔助裝置等部分 組成。 除了電力驅(qū)動控制系統(tǒng)， 其他部分的功能及其結構組成基本與傳統(tǒng)汽車相同， 不過有 些部件根據(jù)所選的驅(qū)動方式不同， 已被簡化或省去了。 所以電力驅(qū)動控制系統(tǒng)既決定了整個 純電動汽車的結構組成及其性能特征， 也是純電動汽車的核心， 它相當于傳統(tǒng)汽車中的發(fā)動 機與其他功能以機電一體化方式相結合，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的最大不同點。 1、電力驅(qū)動控制系統(tǒng) 電力驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖5.1 所示，按工作原理可劃

3、分為車載電源模塊、 電力驅(qū)動主模塊和輔助模塊三大部分。 1）車載電源模塊 車載電源模塊主要由蓄電池電源、能源管理系統(tǒng)和充電控制器三部分組成。 (1) 蓄電池電源。蓄電池是純電動汽車的唯一能源，它除了供給汽車驅(qū)動行駛所需的電 能外，也是供應汽車上各種輔助裝置的工作電源。 蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯(lián)的方 式組合成所要求的電壓一般為 12V 或 24V 的低壓電源， 而電動機驅(qū)動一般要求為高壓電源， 并且所采用的電動機類型不同， 其要求的電壓等級也不同。 為滿足該要求， 可以用多個 12V 或 24V 的蓄電池串聯(lián)成 96 384V 高壓直流電池組，再通過 DC DC 轉(zhuǎn)換器供給所需的不 同電

4、壓。 也可按所需要求的電壓等級， 直接由蓄電池組合成不同電壓等級的電池組， 不過這 樣會給充電和能源管理帶來相應的麻煩。 另外， 由于制造工藝等因素， 即使同一批量的蓄電 池其電解液濃度和性能也會有所差異， 所以在安裝電池組之前， 要求對各個蓄電池進行認真 的檢測并記錄， 盡可能把性能接近的蓄電池組合成同一組， 這樣有利于動力電池組性能的穩(wěn) 定和延長使用壽命。 (2) 能源管理系統(tǒng)。能源管理系統(tǒng)的主要功能是在汽車行駛中進行能源分配，協(xié)調(diào)各功 能部分工作的能量管理， 使有限的能量源最大限度地得到利用。 能源管理系統(tǒng)與電力驅(qū)動主 模塊的中央控制單元配合在一起控制發(fā)電回饋， 使在純電動汽車降速制動和

5、下坡滑行時進行 能量回收， 從而有效地利用能源， 提高 純電動汽車 的續(xù)程能力。 能源管理系統(tǒng)還需與充電控 制器一同控制充電。 為提高蓄電池性能的穩(wěn)定性和延長使用壽命， 需要實時監(jiān)控電源的使用 情況，對蓄電池的溫度、電解液濃度、蓄電池內(nèi)阻、電池端電壓、當前電池剩余電量、放電 時間、放電電流或放電深度等蓄電池狀態(tài)參數(shù)進行檢測， 并按蓄電池對環(huán)境溫度的要求進行 調(diào)溫控制， 通過限流控制避免蓄電池過充、放電， 對有關參數(shù)進行顯示和報警，其信號流向 輔助模塊的駕駛室顯示操縱臺， 以便駕駛員隨時掌握并配合其操作， 按需要及時對蓄電池充 電并進行維護保養(yǎng)。 (3) 充電控制器。充電控制器是把電網(wǎng)供電制式轉(zhuǎn)

6、換為對蓄電池充電要求的制式，即把 交流電轉(zhuǎn)換為相應電壓的直流電， 并按要求控制其充電電流。 充電器開始時為恒流充電階段。 當電池電壓上升到一定值時， 充電器進入恒壓充電階段， 輸出電壓維持在相應值， 充電器進 入恒壓充電階段后， 電流逐漸減小。 當充電電流減小到一定值時， 充電器進如涓流充電階段。 還有的采用脈沖式電流進行快速充電。 2) 電力驅(qū)動主模塊 電力驅(qū)動主模塊主要由中央控制單元、驅(qū)動控制器、 電動機、 機械傳動裝置組成。 為適 應駕駛員的傳統(tǒng)操縱習慣， 純電動汽車仍保留了加速踏板、 制動踏板及有關操縱手柄或按鈕 等。不過在純電動汽車上是將加速踏板、 制動踏板的機械位移量轉(zhuǎn)換為相應的電

7、信號， 輸入 到中央控制單元來對汽車的行駛實行控制。 對于離合器， 除了傳統(tǒng)的驅(qū)動模式采用外其他的 驅(qū)動結構就都省去了。而對于擋位變速桿，為遵循駕駛員的傳統(tǒng)習慣， 一般仍需保留， 有前 進、空擋、倒退三個擋位，并且以開關信號傳輸?shù)街醒肟刂茊卧獊韺ζ囘M行前進、停車、 倒車控制。 (1) 中央控制單元。中央控制單元不僅是電力驅(qū)動主模塊的控制中心，也要對整輛純電 動汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。 它根據(jù)加速踏板與制動踏板的輸入信號， 向驅(qū)動控制器發(fā)出相 應的控制指令，對電動機進行起動、加速、降速、制動控制。在純電動汽車降速和下坡滑行 時，中央控制器配合車載電源模塊的能源管理系統(tǒng)進行發(fā)電回饋， 使蓄電池反

8、向充電。 對于 與汽車行駛狀況有關的速度、 功率、電壓、 電流及有關故障診斷等信息還需傳輸?shù)捷o助模塊 的駕駛室顯示操縱臺進行相應的數(shù)字或模擬顯示，也可采用液晶屏幕顯示來提高其信息量。 另外， 如驅(qū)動采用輪轂電動機分散驅(qū)動方式， 當汽車轉(zhuǎn)彎時， 中央控制器也需與輔助模塊的 動力的硬件連線，提高可靠性，現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)已較多地采用了計算機多 CPU 總線控制 方式，特別是對于采用輪轂電動機進行 4WD 前后四輪驅(qū)動控制的模式，更需要運用總線控 制技術來簡化純電動汽車內(nèi)部線路的布局， 提高其可靠性， 也便于故障診斷和維修， 并且采 用該模塊化結構，一旦技術成熟其成本也將隨批量的增加而大幅下降。 (2

9、) 驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器功能是按中央控制單元的指令、電動機的速度和電流反饋 信號，對電動機的速度、 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進行控制。 驅(qū)動控制器與電動機必須配套使用， 目前對電動機的調(diào)速主要采用調(diào)壓、調(diào)頻等方式，這主要取決于所選用的驅(qū)動電動機類型。 由于蓄電池以直流電方式供電，所以對直流電動機主要是通過DC DC 轉(zhuǎn)換器進行調(diào)壓調(diào) 速控制的；而對于交流電動機需通過DC AC 轉(zhuǎn)換器進行調(diào)頻調(diào)壓矢量控制；對于磁阻電 動機是通過控制其脈沖頻率來進行調(diào)速的。 當汽車進行倒車行駛時， 需通過驅(qū)動控制器使電 動機反轉(zhuǎn)來驅(qū)動車輪反向行駛。 當純電動汽車處于降速和下坡滑行時， 驅(qū)動控制器使電動機 運行于發(fā)電狀

10、態(tài)，電動機利用其慣性發(fā)電，將電能通過驅(qū)動控制器回饋給蓄電池，所以圖 5.1 中驅(qū)動控制器與蓄電池電源的電能流向是雙向的。 (3) 電動機。電動機在純電動汽車中被要求承擔著電動和發(fā)電的雙重功能，即在正常行 駛時發(fā)揮其主要的電動機功能， 將電能轉(zhuǎn)化為機械旋轉(zhuǎn)能； 而在降速和下坡滑行時又被要求 進行發(fā)電， 將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。 對電動機的選型一定要根據(jù)其負載特性來選， 通 過對汽車行駛時的特性分析， 可知汽車在起步和上坡時要求有較大的起動轉(zhuǎn)矩和相當?shù)亩虝r 過載能力， 并有較寬的調(diào)速范圍和理想的調(diào)速特性， 即在起動低速時為恒轉(zhuǎn)矩輸出， 在高速 時為恒功率輸出。電動機與驅(qū)動控制器所組成的驅(qū)動系統(tǒng)

11、是純電動汽車中最為關鍵的部件， 純電動汽車的運行性能主要取決于驅(qū)動系統(tǒng)的類型和性能， 它直接影響著車輛的各項性能指 標，如車輛在各工況下的行駛速度、加速與爬坡性能以及能源轉(zhuǎn)換效率。 (4) 機械傳動裝置。 純電動汽車 傳動裝置的作用是將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車流充 電階段。還有的采用脈沖式電流進行快速充電。 2)電力驅(qū)動主模塊 電力驅(qū)動主模塊主要由中央控制單元、驅(qū)動控制器、 電動機、 機械傳動裝置組成。 為適 應駕駛員的傳統(tǒng)操縱習慣， 純電動汽車仍保留了加速踏板、 制動踏板及有關操縱手柄或按鈕 等。不過在純電動汽車上是將加速踏板、 制動踏板的機械位移量轉(zhuǎn)換為相應的電信號， 輸入 到中央控制單

12、元來對汽車的行駛實行控制。 對于離合器， 除了傳統(tǒng)的驅(qū)動模式采用外其他的 驅(qū)動結構就都省去了。而對于擋位變速桿，為遵循駕駛員的傳統(tǒng)習慣， 一般仍需保留， 有前 進、空擋、倒退三個擋位，并且以開關信號傳輸?shù)街醒肟刂茊卧獊韺ζ囘M行前進、停車、 倒車控制。 (1) 中央控制單元。中央控制單元不僅是電力驅(qū)動主模塊的控制中心，也要對整輛純電 動汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。 它根據(jù)加速踏板與制動踏板的輸入信號， 向驅(qū)動控制器發(fā)出相 應的控制指令，對電動機進行起動、加速、降速、制動控制。在純電動汽車降速和下坡滑行 時，中央控制器配合車載電源模塊的能源管理系統(tǒng)進行發(fā)電回饋， 使蓄電池反向充電。 對于 與汽車行駛

13、狀況有關的速度、 功率、電壓、 電流及有關故障診斷等信息還需傳輸?shù)捷o助模塊 的駕駛室顯示操縱臺進行相應的數(shù)字或模擬顯示，也可采用液晶屏幕顯示來提高其信息量。 另外， 如驅(qū)動采用輪轂電動機分散驅(qū)動方式， 當汽車轉(zhuǎn)彎時， 中央控制器也需與輔助模塊的 動力的硬件連線，提高可靠性，現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)已較多地采用了計算機多 CPU 總線控制 方式，特別是對于采用輪轂電動機進行 4WD 前后四輪驅(qū)動控制的模式，更需要運用總線控 制技術來簡化純電動汽車內(nèi)部線路的布局， 提高其可靠性， 也便于故障診斷和維修， 并且采 用該模塊化結構，一旦技術成熟其成本也將隨批量的增加而大幅下降。 (2) 驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器

14、功能是按中央控制單元的指令、電動機的速度和電流反饋 信號，對電動機的速度、 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進行控制。 驅(qū)動控制器與電動機必須配套使用， 目前對電動機的調(diào)速主要采用調(diào)壓、調(diào)頻等方式，這主要取決于所選用的驅(qū)動電動機類型。 由于蓄電池以直流電方式供電，所以對直流電動機主要是通過DC DC 轉(zhuǎn)換器進行調(diào)壓調(diào) 速控制的；而對于交流電動機需通過DC AC 轉(zhuǎn)換器進行調(diào)頻調(diào)壓矢量控制；對于磁阻電 動機是通過控制其脈沖頻率來進行調(diào)速的。 當汽車進行倒車行駛時， 需通過驅(qū)動控制器使電 動機反轉(zhuǎn)來驅(qū)動車輪反向行駛。 當純電動汽車處于降速和下坡滑行時， 驅(qū)動控制器使電動機 運行于發(fā)電狀態(tài)，電動機利用其慣性發(fā)電，

15、將電能通過驅(qū)動控制器回饋給蓄電池，所以圖 5.1 中驅(qū)動控制器與蓄電池電源的電能流向是雙向的。 (3) 電動機。電動機在純電動汽車中被要求承擔著電動和發(fā)電的雙重功能，即在正常行 駛時發(fā)揮其主要的電動機功能， 將電能轉(zhuǎn)化為機械旋轉(zhuǎn)能； 而在降速和下坡滑行時又被要求 進行發(fā)電， 將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。 對電動機的選型一定要根據(jù)其負載特性來選， 通 過對汽車行駛時的特性分析， 可知汽車在起步和上坡時要求有較大的起動轉(zhuǎn)矩和相當?shù)亩虝r 過載能力， 并有較寬的調(diào)速范圍和理想的調(diào)速特性， 即在起動低速時為恒轉(zhuǎn)矩輸出， 在高速 時為恒功率輸出。電動機與驅(qū)動控制器所組成的驅(qū)動系統(tǒng)是純電動汽車中最為關鍵的部

16、件， 純電動汽車的運行性能主要取決于驅(qū)動系統(tǒng)的類型和性能， 它直接影響著車輛的各項性能指 標，如車輛在各工況下的行駛速度、加速與爬坡性能以 及能源轉(zhuǎn)換效率。 (4) 機械傳動裝置。純電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū) 動軸， 從而帶動汽車車輪行駛。 由于電動機本身就具有較好的調(diào)速特性， 其變速機構可被大 大簡化， 較多的是為放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩僅采用一種固定的減速裝置。 又因為電動機可帶 負載直接起動， 即省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的離合器。 由于電動機可以容易地實現(xiàn)正反向旋轉(zhuǎn)， 所以也就無需通過變速器中的倒擋齒輪組來實現(xiàn)倒車。 對電動機在車架上合理布局即可省去 傳動軸、 萬向

17、節(jié)等傳動鏈。 當采用輪轂式電動機分散驅(qū)動方式時， 又可以省去傳統(tǒng)汽車的驅(qū) 動橋、機械差速器、半軸等一切傳動部件，所以該驅(qū)動方式也可被稱為 “零傳動 ”方式。純電 動汽車傳動裝置按所選驅(qū)動結構可以有多種組合方式。 3) 輔助模塊 輔助模塊包括輔助動力源、 動力轉(zhuǎn)向單元、 駕駛室顯示操縱臺和各種輔助裝置等。 各個 裝置的功能與傳統(tǒng)汽車上的基本相同，其結構原理依純電動汽車的特點和需求有所區(qū)別。 (1) 輔助動力源。輔助動力源是供給純電動汽車其他各種輔助裝置所需的動力電源，一 般為 12V 或 24V 的直流低壓電源，它主要給動力轉(zhuǎn)向、制動力調(diào)節(jié)控制、照明、空調(diào)、電 動窗門等各種輔助裝置提供所需的能源

18、。 (2) 動力轉(zhuǎn)向單元。轉(zhuǎn)向裝置是為實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設置的，它由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn) 向機構與轉(zhuǎn)向輪等組成。 作用在方向盤上的控制力， 通過轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機構和轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一 定的角度， 實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。為提高駕駛員的操控性，現(xiàn)代汽車都采用了動力轉(zhuǎn)向，較理想 的是采用電子控制動力轉(zhuǎn)向系 EPS。電子控制動力轉(zhuǎn)向系主要有電控液力轉(zhuǎn)向系和電控電動 轉(zhuǎn)向系兩類， 對于 純電動汽車 較適于選用電控電動轉(zhuǎn)向系。 多數(shù)汽車為前輪轉(zhuǎn)向， 而工業(yè)用 電動叉車常采用后輪轉(zhuǎn)向， 為提高汽車轉(zhuǎn)向時的操縱穩(wěn)定性和機動性， 較理想的是采用四輪 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而對于采用輪轂式電動機分散驅(qū)動的純電動汽車， 由于電動機控制響應速的提

19、高， 可更容易地實現(xiàn)四輪電子差速轉(zhuǎn)向控制。 另外，為配合轉(zhuǎn)彎時左右兩側(cè)車輪有相應的差速要 求，還需同時控制電子差速器協(xié)調(diào)工作。 (3) 駕駛室顯示操縱臺。它類同于傳統(tǒng)汽車駕駛室的儀表盤，不過其功能根據(jù)純電動汽 車驅(qū)動的控制特點有所增減， 其信息指示更多地選用數(shù)字或液晶屏幕顯示。 它與前述毛力驅(qū) 動主模塊中的中央控制單元結合， 用計算機進行控制。 萬向電動汽車有限公司已為此研發(fā)了 純電動汽車專用的數(shù)字化電控系統(tǒng)，它是以 CAN 總線、嵌入式技術為核心的數(shù)字化整車電 控系統(tǒng)， GPSGPRS 集成到車載信息系統(tǒng)， 提升純電動汽車檔次， 符合環(huán)保時尚消費理念。 （4）輔助裝置。純電動汽車的輔助裝置主

20、要有照明、各種聲光信號裝置、車載音響設備、 空調(diào)、刮水器、風窗除霜清洗器、電動門窗、電控玻璃升降器、電控后視鏡調(diào)節(jié)器、電動座 椅調(diào)節(jié)器、 車身安全防護裝置控制器等。 它們主要是為提高汽車的操控性、 舒適性、安全性 而設置的， 有些是必要的， 有些是可選用的。 與傳統(tǒng)汽車一樣， 大都有成熟的專用配件供應。 不過選用時應考慮到純電動汽車能源不富裕的特點， 特別是空調(diào)所消耗的能量比較大， 應盡 可能從節(jié)能方面考慮。 另外， 對于有些裝置可用液壓或電動兩種方式來控制的， 一般選用電 動控制的較為方便。 2、汽車底盤 汽車底盤是整個汽車的基體，不僅起著支承蓄電池、電動機、驅(qū)動控制器、汽車車身、 空調(diào)及各

21、種輔助裝置的作用， 同時也將電動機的動力進行傳遞和分配， 并按駕駛員的意圖 （加 速、減速、轉(zhuǎn)向、制動等 ）行駛。按傳統(tǒng)汽車的歸類或敘述習慣，汽車底盤應包括傳動系、 行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四大系統(tǒng)。 對于純電動汽車其傳動系根據(jù)所選驅(qū)動方式（圖5.2）不同，不少被簡化或干脆省掉。 行駛系包括車橋、車架、懸架、 車輪與輪胎，其中車橋如采用輪轂電動機驅(qū)動也就省去 了；車架是整個汽車的裝配基體， 其作用主要是支承連接汽車的各零部件， 承受來自車內(nèi)和 車外的各種載荷； 懸架是車架 （或車身） 與車輪（或車橋） 之間的一切傳力連接裝置的總稱， 它主要由彈性元件、 減振器和導向機構等組成。 它與充氣輪胎一起

22、緩和不平路面對車輛的沖 擊振動；車輪主要由輪輞、輪輻等組成， 其內(nèi)部還需安裝制動器， 并還可能需要安裝輪轂電 動機，所以結構會很緊湊； 為減小純電動汽車行駛時的滾動阻力， 輪胎采用子午線輪胎為好。 轉(zhuǎn)向系包括轉(zhuǎn)向操縱機構、 轉(zhuǎn)向器、 轉(zhuǎn)向傳動機構等， 它按能源不同被分為機械轉(zhuǎn)向系和動 力轉(zhuǎn)向系兩大類，機械轉(zhuǎn)向系與傳統(tǒng)汽車的完全一致，動力轉(zhuǎn)向系前已簡單說明。 制動系由供能裝置、 控制裝置、 傳動裝置、制動器四個基本部分組成， 按其功用不同被 分為行車制動系、 駐車制動系、 應急制動系和輔助制動系等， 對于純電動汽車由于可利用電 動機實現(xiàn)再生制動進行能量回收， 并且還可利用電磁吸力實現(xiàn)電磁制動，

23、因此隨著技術的發(fā) 展其制動系也將會有較大的變化。 3、車身與純電動汽車總體布局的特點 汽車車身主要由車身本體、開啟件（各種門、窗、行李箱和車頂蓋等）、各種座椅、內(nèi) 外飾附件和安全保護裝置（保險杠、安全帶、安全氣囊等）組成。針對純電動汽車能源少的 特點，對汽車車身的外形造型應盡可能縮小其迎風面積來降低空氣阻力， 并采用輕型高強度 材料來減輕汽車自身的重量。 對車內(nèi)的各個部件的布局也相當重要， 由于純電動汽車動能的 傳遞主要是通過柔性的電纜， 即減少了大量用剛性的機械件連接部件的動能傳遞， 因此純電 動汽車各部件的布置具有較大的靈活性，并且蓄電池組也可分散布置，作為配重物來布局。 純電動汽車各個部件的總體布局的原則是： 符合車輛動力學對汽車重心位置的要求， 并盡可 能降低車輛質(zhì)心高度。 特別是對于采用輪轂電動機驅(qū)動實現(xiàn) “零傳動 ”方式的