純電動汽車基本結構及關鍵技術分析

古 毅

（重慶五一高級技工學校，重慶 400042）

純電動汽車基本結構及關鍵技術分析

古 毅

（重慶五一高級技工學校，重慶 400042）

隨著汽車的普及，石油資源越發枯竭，環境污染日益嚴重，全球性的溫室效應凸顯。因此，如何減少化石燃料的消耗和環境的保護成為全球共同關注的話題，對于整個汽車行業而言，以新能源為特點的綠色化、低碳化的發展趨勢已經迫在眉睫，因此研究電動汽車具有一定的工程意義。

純電動汽車；結構

CLC NO.: U469.7 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)07-03-03

前言

電動汽車是依靠電力驅動行駛的車輛，與傳統燃油汽車的主要區別在于動力系統，其動力系統主要由蓄電池、電機、主減速器和驅動輪等組成。電動汽車與傳統內燃機汽車在動力傳遞方面有較大差別，動力輸出部件由電動機取代發動機，這需要高效可靠的電力驅動和能源管理系統來完成。

1、純電動汽車的主要結構

純電動汽車的主要結構由電力驅動控制系統、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。除電力驅動控制系統，其他部分的功能及結構基本與傳統汽車相似，所以電力驅動控制系統決定了整個純電動汽車的結構組成及性能特征，相當于傳統汽車的發動機與其他功能以機電一體化方式相結合，如圖1所示。

圖1 純電動汽車原理示意圖

電力驅動控制系統按工作原理劃分為：電力驅動模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分。電力驅動模塊主要由電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置等組成；車載電源模塊主要由蓄電池電源、能源管理系統和充電控制器三部分組成。輔助模塊包括低壓電源、轉向和各種輔助裝置等。

2、純電動汽車的評價指標

電動車的性能指標一般包括：驅動性能、駕駛性能、車載能源系統性能等三部分，其中驅動性能取決于電機功率因素，車載能源系統性能取決于電池的容量，駕駛性能指標主要包括：最高車速性能、加速性能、最大爬坡性能、剎車性能及駕駛里程性能等駕駛模式，駕駛性能指標的優劣取決于控制系統駕駛模式的技術。

（1）最高車速：即汽車行駛時所能達到的最高車速。

（2）加速性能：通常用汽車加速過程中的加速度、加速時間來評價。

（3）爬坡能力：在良好的路面上，以最大驅動力行駛所能爬行的最大坡度。

（4）能量利用效率：是指汽車以某一特定速度行駛一定距離所消耗的總能量。

（5）續行里程：續行里程表示電動汽車一次充滿電（或儲能）能夠行駛的最大里程數。

3、純電動汽車關鍵技術

（1）電池及能量管理系統

純電動汽車驅動系統工作完全依靠電池的能量，電池容量越大，電動汽車續駛里程越長，但電池的體積和質量也越大，導致行駛時阻力增大。因此如何提高純電動汽車行駛時動力性和經濟性很大程度上取決于電池的品質。圖2所示為車載蓄電池。

圖2 電動汽車蓄電池

電動汽車電池關鍵技術在于提高電池的功率、比能量、比功率、能量密度、功率密度、循環次數等。

1）功率：功率是單位時間內電池的輸出容量，它反映電池在短時間的放電性能，它決定了電動汽車的加速和爬坡性能。

2）比能量、比功率：比能量和比功率是電池能量、功率和質量的比；反映單位電池質量下的能量和功率情況。

3）能量密度、功率密度：能量密度和功率密度是電池能量，功率和體積的比，它反映單位電池體積下的能量和功率情況。能量密度和功率密度越大，電池體積越小。

4）循環次數：循環次數反映的是電池的使用壽命。循環次數越多壽命越長。

為了滿足電動汽車的整車性能要求，對蓄電池的選型要根據以下原則：

1）具有較高的比能量以滿足一次充電續駛單程的要求；

2）具有較高的比功率滿足動力性的要求；

3）具有較強的大電流充電接受能力滿足電動汽車快速充電的要求；

4）具有較長的大電流放電吋間滿足電動汽車大功率行駛的要求；

5）具有與車輛使用壽命相當的循環壽命、較高的性價比；

6）具有能在較寬的范圍溫度內工作，不污染環境和使用安全等。

（2）電池管理系統

電池管理系統作為動力電池的重要的一部分，對于電池性能的發揮起著重要的作用，在動力電池工作的整個過程中，電池管理系統能起到管理和檢測的作用。如圖3所示。電池能量管理系統主要包括：數據采集、熱管理、剩余容量的估算、電氣控制、安全管理和數據通信。各部分的主要作用分別是：

1）利用各種傳感器對蓄電池的電流、電壓、溫度、充放電狀態及放電深度等參數進行檢測；

2）通過實時采集電池測溫點的數據控制電池溫度進行，防止電池溫度過高；

3）利用傳感器獲得的數據估算電池的剩余能量，即荷電狀態 SOC 值；

4）系統根據檢測的蓄電池參數自動控制充放電狀態，保證蓄電池穩定工作；

5）根據采集的各種數據預測電池的各種性能，對可能出現的故障提前報警；

6）通過整車的通信協議共享信息，實時顯示電池的主要性能參數。

圖3 電池管理系統

（3）驅動電機及控制技術

電機作為電動汽車驅動系統最為關鍵的部件之一，它直接影響著車輛的各項性能指標。電機作為車用電機首先能夠在振動大、沖擊大、灰塵多、溫濕度變化大的惡劣環境條件下可靠運行；其次，車用電機要具備低速大轉矩和高速恒功率的較寬的調速能力。圖4為電動汽車驅動電機與驅動橋。因此為了滿足電動汽車行駛時的動力性、經濟性和可靠性的要求，所選用的電動機工作時應具有如下功能：

1）電機瞬時功率要高，具有起動轉矩大和短時過載能力的特點以滿足電汽車在起步、加速和上坡的需求。

2）電機具有較寬的的調速范圍。電機不僅在恒轉矩區域工作，以此滿足汽車加速和爬坡的動力需求，還要能在恒功率區域工作，使滿足最高行駛車速的需求。

3）電機要求具有較高的比功率。增加電機效率，提高電動汽車經濟性。

4）電動機制動和下坡時發電回饋。實現節能和提高續駛里程。

5）電動機在惡劣條件下可靠工作。

圖4 驅動電機與驅動橋

（4）車身及底盤輕量化技術

由于電動汽車攜帶蓄電池容量有限，在允許的范圍內減少車體重量，進而達到提升電動汽車續航能力的目的。結構優化設計通過三種方法實現汽車輕量化：一是通過對車身、底盤優化分析，降低鋼板厚度、減輕整車重量；二是通過整車結構的小型化，達到車身、底盤輕量化，縮小骨架尺寸；三是通過改變驅動方式來達到目的。圖5為車身和底盤結構優化圖。

圖5 車身及底盤有限元分析

[1] 苗玗.汽車與交通走可持續低碳發展道路[J].中國科技投資.2012 (34)：5-8.

[2] 張宏,鐘詩清.汽車節能減排技術及其發展趨勢[C].節能減排及新能源汽車技術論壇，2009.武漢,7-9.

[3] 章桐,賈永軒.電動汽車技術革命[M].北京：機械I：業出版社,2010：1-20.

[4] 李春卉.電動汽車的發展現狀及趨勢研究[J].汽車工業研究.2005. 5.

[5] 陳清泉.電動車的現狀和趨勢[J].機械制造與自動化.2003(01)：1-19.

[6] 陳清泉.21世紀汽車革命的方向—談新能源汽車最新進展和挑戰[J].國家電網，2010（04）：45-46.

[7] 陳清泉, 詹宜君.21 世紀的綠色交通工具—電動汽車[M].北京：清華大學出版社,2001：1-16.

[8] Chan C C. The state of the art of electric and hybrid vehicles[J]. Proceeding of IEEE, 2002,90(2)：1-29

[9] 徐梟.高速純電動汽車的動力匹配及仿真試驗研究[D].河北工業大學.2009.

[10] 章桐,賈永軒.電動汽車技術革命[M].機械工業出版社.2010.

Pure electric vehicle basic structure and key technology analysis

Gu Yi
( May 1 senior vestibule school of chongqing, Chongqing 400042 )

With the popularity of cars, more oil resources drying up, the environmental pollution is increasingly serious, the global greenhouse effect. Therefore, how to reduce fossil fuel consumption and environmental protection has become a global topics of mutual interest for the car industry, new energy to the characteristics of the development trend of the green, low carbon is imminent, so the electric car has a certain engineering significance.

pure electric vehicles; structure

U469.7

：B

：：1671-7988 (2017)07-03-03

古毅，就職于重慶五一高級技工學校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.002