电动汽车的构造与原理

第二讲电动汽车的构造与原理2011年10月11日电动巡逻车/wenku1

1蓄电池电动汽车（EV）

EV是一种最好的零污染或超低污染的车辆，它没有噪声和振动，操作性能好等，远远地优先于燃油汽车，是当前开发和研制取代燃油汽车的首选车型。EV动力源采用蓄电池--电动机系统。

1.1EV的基本组成部分：(1)车载电源(2)电池的管理系统(3)驱动电动机和驱动系统(4)控制技术(5)车身及底盘(6)安全保护系统

1.2EV的控制策略和控制系统电动汽车对动力蓄电池的基本要求

比能量高；充电技术成熟、时间短；连续放电率高、自放电率低；适应车辆运行环境；安全可靠；长寿命、免维护。1.3蓄电池电动汽车的发展

EV发展的瓶颈在于电池。近年来由于电池技术的制约使得EV发展速度有所缓慢。在车载电源得到解决后，电动汽车必会迅速地发展。目前EV趋于小型化、个性化和家庭化发展，主要为家庭辅助用车或休闲用车。1.4几种典型EV世界各国有各种微型和小型EV在使用。韩国现代公司推出的蓄电池电动跑车

法国文图瑞（Venturi）公司推出，集各种高端性能于一身，当今世界上最昂贵的一款电动车。

i-unit是部变形車，分為低速與高速兩種模式，以锂电池为动力。當低速行駛時，前、後輪靠攏，間距收縮到最短，讓車身挺直，乘坐在車上，人與車幾乎成為一體，可以在狹小空間內，靈活地執行進、退、迴轉等動作。太阳能汽车2燃料电池电动汽车（FCEV）

采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车即FuelCellElectricVehicle(FCEV)。其动力源是用燃料电池发动机-电动机系统。燃料电池驱动系统是FCEV的核心部分，不同燃料作为动力源，发电机系统组成是有差别的。目前，多以压缩氢气或液化氢气及作为基本燃料。

2.1介绍几种典型的燃料电池电动车

下面分别介绍以氢为燃料和以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统。并介绍通用的一款用氢气作为燃料的燃料电池电动汽车。以氢为燃料的燃料电池发动机系统氢气储存罐

氢气压力调节器热交换器氢气循环泵

5冷凝器、汽水分离器

水箱水泵空气压缩机空气加湿、去离子过滤器燃料电池组11电源开关

12DC/DC转换器

13逆变器

驱动电机以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统甲醇储存罐

重整器带燃烧气H净化器氢气净化泵

通用Hy-wire

氢动三号由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。氢储存罐分为两种，一种罐内储存的是温度为-253°C的液态氢，另一种罐内储存的是承受最高压力可达700Pa的高压氢气。一次充气行驶里程分别可达400公里和270公里。

通用Hy-wire氢动三号的电池组2.2FCEV的发展现状

燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术，其具有能量转化效率高、不污染环境、使用寿命长等不可比拟的优势。但是由于目前燃料电池研究还没有取得重大突破，必须解决寿命、成本、稳定性、耐久性、环境适应性等诸多问题，其中最为关键的是寿命和成本问题。现在国际上每辆氢源燃料电池汽车的成本，一般在100万美元到200万美元之间，造价的确非常昂贵。燃料电池电动汽车的发展受到了限制。3混合电动汽车（HEV）

从世界范围内电动汽车的发展过程看，电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的。但由于纯电动汽车是从单独依靠蓄电池供电的，而目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的。目前燃料电池研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。在此情况下，混合动力汽车成为电动汽车开发过程中最有可能市场化的一种新车型，它将现有内燃机与一定容量的储能器件通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。国外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注。3.1HEV的工作过程

HEV采用发动机-发电机和电动驱动系统。发动机的动力保证HEV正常行驶时所需要的基本动力。然后采用控制发动机转速范围、降低发动机的最高转速、保持发动机的稳定均衡地运转和“开—关”的控制方式，使发动机避开启动、怠速和转速突然变化时，燃料燃烧不完全而引起的燃料经济性降低和增加有害气体的排放。HEV以电动机驱动作为辅助动力。一般在HEV发动机启动、车辆启动、加速和爬坡时起作用。还起发电机的作用，使发动机的动能转换为电能，储存到电池组中去。3.2HEV的主要技术组成(1)发动机采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。(2)电动机采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。(3)电池采用不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等。3.3按发动机和电动机的不同形式的组合可分为：(1)串联式混合动力电动汽车（SHEV）(2)并联式混合动力电动汽车（PHEV）(a)发动机轴动力组合式(b)动力组合器组合式(c)驱动轮动力组合式(3)混联式混合动力电动汽车（PSHEV）(a)动力组合器动力组合式(b)驱动轮动力组合式日本、美国开展了混合动力电动汽车的研究。混合动力电动轿车多采用并联和混联的结构型式不同，混合动力电动公共汽车的结构型式以串联为主。

标致雪铁龙集团推出基于“柴油-电力”混合动力的两款展示车——标致307和雪铁龙C4。这种混合动力车平均百公里能耗为3.4升柴油，二氧化碳的排放量为每公里90克。在高速行驶模式下为80g/km，与307及C4的柴油发动机车型相比，分别减少了28％和45％。柴油混合动力车的燃效为29.4km/L，比汽油混合动力车提高25％，每100km可节省1L左右的燃料。混合动力系统由最大输出功率为66kW的1.6L柴油发动机、柴油颗粒过滤器（DPF）、起动器兼交流发电机、“Stop＆Start”系统、DC无刷马达、逆变器及镍氢充电电池构成。该系统配套使用6速手自一体变速箱。

3.4柴油混合动力车

混合动力系统采用以发动机为主动力、利用马达进行辅助的并联驱动方式。当车速降到60km/h以下时，Stop＆Start系统就会停止发动机工作。马达可通过减速时回收能量来向电池蓄电，当车速在50km/h以下时仅凭马达行驶。在加速及电池没电时，便会自动切换至发动机驱动。为了停止发动机工作后仍可凭借马达行驶，在发动机与马达之间采用了干式离合器。马达在连续使用时的额定功率为16kW，可产生80N·m的扭矩。在超车等情况下进行暂时辅助时，最大输出功率为23kW，最大扭矩为130N·m。马达与逆变器连接，以210～380V的电压驱动。在车辆后部通常用于配备备用轮的位置上配备了由240个电池单元构成的镍氢充电电池。充电电池的容量为6.5Ah，普通电压为288V。仅凭马达可持续行驶5km。

配备柴油混合动力系统的展示车,左为“标致307混合动力HDi，右为“雪铁龙C4混合动力HDi。雪铁龙C4柴油混合动力系统的构成示意图

柴油混合动力系统1-1.6升Hdi柴油发动机(最大输出功率为66kW)2-柴油机微粒过滤器(DPF)3-”停车-启动”系统4-电动机(额定功率为16kW)5-6速手自一体变速箱6-逆变器7-低压电池8-动力传输管理单元9-高压电缆10-高压镍氢充电电池(288V)“雪铁龙C4混合动力HDi”发动机室串联式混合动力系统Serieshybridpropulsionsystem发动机带动发电机发电，其电能通过电机控制器直接输送到电动机，由电机产生电磁转矩驱动汽车。在发动机和驱动桥之间通过电能实现动力传递，因此更象是电传动汽车。电池通过控制器串接在发电机和电动机之间、其功能相当于电动机和发动机之间的“水库”，起功率平衡作用，即当发电机的功率大