新能源汽车技术2-纯电动汽车基本原理

1. 纯电动汽车定义

电动汽车是以电动机驱动，从车载电源获得动力，并且满足道路交通安全法规的车辆。根据科技部《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》，电动汽车按动力电气化水平分为两类：一类是全部或大部分工况下主要由电动机提供驱动功率的电动汽车（称为“纯电驱动”电动汽车，例如纯电动汽车、插电式电动汽车、增程式电动汽车以及燃料电池电动汽车）；另一类是动力电池容量较小，大部分工况下主要由内燃机提供驱动功率的电动汽车（称为常规混合动力电动汽车）。

纯电动汽车结构图

与燃油汽车相比，电动汽车具有以下几个独特的特点。

① 电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和传动轴传递的，因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。

② 电动汽车驱动系统的布置不同，如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等，会使系统结构区别很大；采用不同类型的电动机，如直流电动机和交流电动机，会影响到电动汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置，如动力电池和燃料电池，也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。

③ 不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构，例如，动力电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用更换动力电池的方式，将替换下来的动力电池再进行集中充电。

2. 纯电动汽车类型

纯电动汽车EV（Electrical Vehicle）也称为BEV（Battery Electrical Vehicle）。纯电动汽车可分为两种类型，即用单一动力电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。

（1）用单一动力电池作为动力源的纯电动汽车

用单一动力电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了动力电池组，它的电力和动力传输系统如图。

单一使用动力电池作为动力源的纯电动汽车

（2）装有辅助动力源的纯电动汽车

用单一动力电池作为动力源的纯电动汽车，动力电池的比能量和比功率较低，动力电池组的质量和体积较大。因此，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起动性能和增加续驶里程。这种纯电动车也称为增程式电动车，辅助动力源如增程发动机不直接参与动力传递，而是为动力电池补充电能。

装有辅助动力源的纯电动汽车

增程电动车结构图

3. 纯电动汽车布置形式

纯电动汽车驱动布置形式是指电源、驱动系统及机械传动装置的具体布置形式。

（1）传统布置形式

传统式驱动布置形式与内燃机汽车的布置方式相同，即将电动机放在发动机的位置动力经过离合器、变速器、减速器、差速器传至半轴，带动车轮运动。

特点：汽车的结构与传动布置较近，可以在内燃机汽车的基础上改装，传动装置和技术成熟，控制电路较简单。

传统布置形式

（2）电动机—驱动桥组合式

这种布置形式取消了离合器和变速器，但有差速减速机构，由一台电动机驱动两个车轮旋转，

优点：可以继续沿用当前汽车中的传动装置，只需要一组电动机和逆变器。

缺点：这种方式对电动机要求较高，不仅要求电动机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证汽车在起动、爬坡、加速超车时的动力性。

电动机—驱动桥组合式

（3）双电动机驱动式

将电动机安装在驱动轴上，直接由电动机实现变速和差速转换。

特点：对电动机有较高要求，要求有大的起动转矩和后备功率；不仅要求控制系统有较高的控制精度，而且要求具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶的安全、平稳。

双电动机驱动式

（4）轮毂电动机驱动式

将电动机安装在驱动车轮内部，进一步缩短了电动机与驱动轮间的动力传递路径。

按照是否装配减速器，分为带减速器式和不带减速器式。

轮毂电动机驱动形式

优点：无复杂的机械传动系统，减轻汽车质量；动力部件结构紧凑，便于布置，增加了车内空间；便于整车的电子化、智能化和线控化。

缺点：多个电动机的控制与相互协调技术难度大；轮毂电动机的散热、电磁干扰、防水、防尘任务较为困难；电动机置于车轮对汽车的平顺性、操控稳定性、通过性有一定的负面影响。