纯电动汽车的结构和原理(图解)

纯电动汽车是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供动力，由电机驱动的车辆(图2)。

其动力系统主要由动力电池和驱动电机组成，动力来自电网或通过更换电池获得。

电动汽车最早的历史可以追溯到19世纪末。1881年8月至11月，在巴黎举行的国际电气展览会上，展出了法国人古斯塔夫特鲁夫研制的电动三轮车。这是世界上第一辆电动汽车。它使用多个铅酸充电电池和DC电机，可以在实践中使用。这款车的诞生具有划时代的意义。

次年，1882年，英国的威廉爱德华阿东和约翰佩里也研制出了时速4.4公里的电动三轮车。由于三位先驱的努力，在燃油车出现之前，电动车就诞生了。此后，电动车在欧美等国家迅速崛起。

纯电动汽车的结构

传统的内燃机汽车主要由发动机、底盘、车身和电气设备组成。

与传统汽车相比，纯电动汽车取消了发动机，传动机构也发生了变化。根据驱动方式的不同，简化或取消了部分零件，增加了供电系统、驱动电机等新机构。

由于上述系统功能的改变，纯电动汽车由电驱动控制系统、底盘、车身和辅助系统四个新部分组成。

典型电动汽车的组成如图3所示。

纯电动汽车的结构主要包括电源系统、驱动电机系统、整车控制器和辅助系统。

动力电池输出电能，电机控制器驱动电机运转发电，再通过减速机构传递给驱动轮驱动电动车。

一般来说，如果把电动汽车看作一个大系统，那么这个系统主要由电驱动子系统、电源子系统和辅助子系统组成。图3中的双线表示机械连接；粗线表示电气连接；细线控制信号被连接；线上的箭头表示电源或控制信号的传输方向。

来自加速器踏板的信号被输入到电子控制器中，并且通过控制功率转换器来调节马达的输出扭矩或转速。电机的输出扭矩通过汽车传动系统驱动车轮转动。充电器通过汽车的充电接口给电池充电。当汽车行驶时，蓄电池通过电源转换器向电动机供电。当电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，车辆的部分动能回馈给电池充电，延长了电动汽车的续驶里程。

1.供电系统

电源系统(图4)主要包括动力电池、电池管理系统、车载充电器和辅助电源。动力电池是电动汽车的动力源和储能装置。目前纯电动汽车主要是锂离子电池(包括磷酸铁锂电池和三元锂离子电池)。).电池管理系统实时监控动力电池的使用情况，检测动力电池的状态参数，如端电压、内阻、温度、电池电解液浓度、电池剩余容量、放电时间、放电电流或放电深度，并根据动力电池对环境温度的要求进行温度调节和控制。限流控制可以避免动力电池过充过放，显示和报警相关参数，信号流向辅助系统，并在仪表组上显示相关信息，供驾驶员随时掌握。车载充电器是将电网的供电系统转换成动力电池的充电系统，即把交流电(220V或380V)转换成相应电压(240~410V)的直流电。并根据需要控制其充电电流(家用充电一般为10或16A)。辅助电源一般为12V或24V DC低压电源，主要提供所需能量

驱动电机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮。DC系列电机广泛应用于早期的电动汽车，具有“软”的机械特性，非常适合汽车的行驶特性。但随着电机技术和电机控制技术的发展，DC电机因其换相火花、比功率低、效率低、维护工作量大等缺点，逐渐被无刷DC电机(BCDM)、开关磁阻电机(SRM)和交流异步电机所取代。

3.车辆控制器

汽车控制器是汽车系统的控制中心。

它处理所有输入信号，并将电机控制系统的运行状态信息发送给车辆控制器。根据驾驶员输入的加速踏板和制动踏板信号，向电机控制器发出相应的控制指令，实现电机的启动、加速、减速和制动。当纯电动汽车减速下坡滑行时，车辆控制器配合供电系统的电池管理系统产生电能反馈，使动力电池反向充电。车辆控制器还控制动力电池的充放电过程。速度、功率、电压、电流等信息。与车辆行驶状况相关的信息被传送到车辆信息显示系统，用于相应的数字或模拟显示。

电机控制器包括功能诊断电路。当诊断出异常时，它将激活一个错误代码并将其发送到车辆控制器。电机控制系统使用以下传感器来提供电机的工作信息。

电流传感器：用于检测电机的实际电流(包括母线电流和三相交流电流)；电压传感器：用于检测提供给电机控制器的实际电压(包括高压电池电压和电池电压)；温度传感器：用于检测电机控制系统的工作温度(包括模块温度和电机控制器温度)。

4.辅助系统

辅助系统(图6)包括车辆信息显示系统、动力转向系统、导航系统、空调、照明和除霜装置、刮水器和收音机等。在这些辅助装置的帮助下，可以提高汽车的机动性和成员的舒适性。

四个。纯电动汽车驱动系统布局

纯电动汽车常见的驱动形式有六种，如图7所示。图7 (a)至7(c)示出了马达的中央驱动，图7(d)示出了双马达的电动轮驱动，图7(e)和7(f)示出了轮内马达驱动。

图7(a)是电机的中央驱动形式，直接借鉴内燃机车的驱动方案，由发动机的前置驱动发展而来，由电机、离合器、变速器、差速器组成。内燃机由电力驱动装置代替，电机的动力通过离合器与驱动轮连接或切断。变速器提供不同的传动比来改变——转速下功率(扭矩)曲线的需求以匹配负载，差速器实现转弯时两个车轮不同转速的驱动。

图7(b)显示了电动机的中央驱动形式，它由电动机、固定减速器和差速器组成。在这种驱动系统中，电机的功率在很宽的速度范围内是恒定的，并且采用了固定的减速器。因为没有离合器和变速器，所以可以减小机械变速器的体积和质量。

图7(C)示出了另一种类型的马达中央驱动，其类似于具有前轮驱动和横向前置发动机的燃油车辆的布局。它集成了电机、定速比减速器和差速器，两个半轴连接在两个驱动轮上。这种布局最常用于小型电动汽车。

图7(d)示出了双马达电动轮驱动模式，其中机械差速器由驱动它们各自的轮的两个牵引马达代替。转弯时，它们通过电子差速控制以不同的速度行驶，从而省略了机械差速。

图7(e)示出了轮内电动机的驱动模式。固定速比的电机和行星齿轮减速器安装在车轮内部，没有传动轴和差速器，简化了传动系统。然而，这种驱动方法需要两个或四个电机，并且其控制电路复杂。这种驱动方式广泛应用于重型电动汽车

图7(f)示出了另一种轮内电机驱动模式，其中电机和驱动轮之间的机械传动被放弃，并且低速外转子电机被用于直接驱动车轮。电机转速控制相当于轮速控制，要求电机在加速和起步时具有高转矩特性。