純電動汽車的整體結(jié)構(gòu)和相關技術分析3700字

純電動汽車的整體結(jié)構(gòu)和相關技術分析綜述1.1純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比，純電動汽車使用電動機代替發(fā)動機進行驅(qū)動，車輛內(nèi)部的一些結(jié)構(gòu)和布置發(fā)生變化，增加了電源管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機和電力驅(qū)動控制系統(tǒng)等新的部件，電力控制系統(tǒng)有電力驅(qū)動主模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分[6]。純電動汽車將動力電池中的電能輸出到控制器驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，再由減速器傳給車輪，使電動汽車啟動，進行前進或后退。如果車輛是電制動，在制動時會將車輛的部分動能進行回收至動力電池，節(jié)省能量并增加車輛續(xù)航[6]。圖2-1是純電動汽車電力驅(qū)動模塊圖。圖2-1純電動汽車電力驅(qū)動模塊純電動汽車由電源系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、整車控制器和車輛輔助系統(tǒng)等部分構(gòu)成。（1）電源系統(tǒng)純電動汽車的電源系統(tǒng)有動力蓄電池、電池管理系統(tǒng)、車載充電機以及輔助動力源等。動力電池儲存電能，為車輛供能?，F(xiàn)在的動力蓄電池以鋰離子電池為主，鋰離子電池有很多種類型，例如Tesla汽車使用的三元鋰離子電池和比亞迪汽車使用的是基于磷酸鐵鋰電池技術的刀片電池等。電池管理系統(tǒng)（BMS）對動力電池的使用情況進行實時監(jiān)控，包括電池的電壓、溫度、放電電流、電量等參數(shù)，按照實際情況進行相應的調(diào)節(jié)與控制，在進行充電時通過控制電流大小避免動力電池過充，將電池參數(shù)顯示在車輛儀表盤，對不正常的狀態(tài)進行報警[7]。車載充電機是將市電制式轉(zhuǎn)換成車輛充電要求的制式。車內(nèi)的輔助動力源使用12V或24V直流電源，供能給車輛動力轉(zhuǎn)向、制動、車內(nèi)的照明、空調(diào)等設備[7]。（2）動力傳動系統(tǒng)純電動汽車的核心是動力傳動系統(tǒng)，這是和傳統(tǒng)燃油汽車最大的不同之處。包含功率變換器、控制器、驅(qū)動電動機、傳動設備等部分。動力傳動系統(tǒng)的作用是把動力電池的電能轉(zhuǎn)換成機械能對車輛進行驅(qū)動，在車輛進行減速、制動或者下坡操作時，實現(xiàn)能量回收和再生制動。最早純電動汽車采用直流串激電動機作為車輛的驅(qū)動電機，直流串激電動機的機械特性軟，適合使用在純電動汽車汽車上。但是同時它也存在很多缺點，如電機轉(zhuǎn)換效率低和維護保養(yǎng)繁瑣等，現(xiàn)在電動機和其控制技術發(fā)展迅速，純電動汽車的驅(qū)動電機開始使用無刷電動機、開關磁阻電動機和交流異步電動機。（3）整車控制器整車控制器控制整個電機系統(tǒng)的運行。它處理車輛所有的輸入信號，實時監(jiān)控電機的運行狀態(tài)。根據(jù)加速和剎車踏板的輸入信號，通過控制器輸出對應的指令，控制電機的啟動、加減速和制動動作。車輛在減速和下坡的時候，控制器與電源管理系統(tǒng)（BMS）發(fā)出相應信號，實現(xiàn)車輛的能量回收，充電至動力電池。在車輛充放電時，整車控制器也對其參與控制。在行車過程中相關車輛的參數(shù)，包括速度、電壓和電流等信息也通過整車控制器傳送至駕駛室進行顯示，讓駕駛?cè)藛T隨時掌握車輛狀態(tài)[8]。電動機控制器包含車輛診斷功能的電路。當車輛出現(xiàn)故障時，診斷電路就會立即出現(xiàn)錯誤代碼傳送至整車控制器。電動機控制器的監(jiān)測傳感器有很多，包括電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器等，對電動機工作過程中的電壓電流以及各模塊的工作溫度。（4）車輛輔助系統(tǒng)車輛的輔助系統(tǒng)包括車輛信息顯示儀表盤、方向盤轉(zhuǎn)向助力、照明以及空調(diào)等設備，有的還配備了車輛駕駛輔助系統(tǒng)，提高整車的舒適性和安全性。1.2純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)純電動汽車由于電動機、動力電池、變速器等零件結(jié)構(gòu)不同，并且各個零部件之間使用柔性電纜連接，所以驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有很多種形式，對其進行合理的布置，不僅可以增加車內(nèi)的空間，還能對純電動汽車的能量轉(zhuǎn)換效率進行提升。車輛動力驅(qū)動部分的核心就是電機，驅(qū)動方式主要有電機輪驅(qū)動方式和驅(qū)動電機中央驅(qū)動方式構(gòu)成。圖2-2為純電動汽車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式示意圖。圖2-2純電動汽車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式圖2-2（a）是電機中央驅(qū)動形式1。將動力電池的電能供到驅(qū)動電機工作，經(jīng)過離合、變速器、差速器等帶動車輪使車輛行駛。這種驅(qū)動方式除了是驅(qū)動電機替代了發(fā)動機，其他與內(nèi)燃機汽車完全一樣。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)雖然成本低，但是機械傳動結(jié)構(gòu)很多，增加了能量的消耗，能量轉(zhuǎn)換效率變低，車輛整體性能變差。圖2-2（b）是電機中央驅(qū)動形式2。和驅(qū)動形式1相比，驅(qū)動形式2使用定速比減速器代替了離合和變速器，減少了電機的動力損耗。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)可以增加驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速達到電機的最大轉(zhuǎn)速時扭矩最低，達到恒功率輸出；因為這種形式減少了一些機械裝置，降低整車質(zhì)量，增加了車身空間。圖2-2（c）是電機中央驅(qū)動形式3。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)進一步改變并簡化了驅(qū)動電機的傳動方式，將驅(qū)動電機、固定速比減速器和差速器集為一體驅(qū)動車輛；可以降低整車質(zhì)量，增加車身空間，但是這種形式只能應用于低速純電動汽車。圖2-2（d）是雙電機驅(qū)動方式。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)是兩個驅(qū)動輪各有驅(qū)動電機和變速器，能夠獨立完成驅(qū)動和變速差速行駛，在轉(zhuǎn)彎時更加地穩(wěn)定。因為沒有了差速器，所以提高了車輛的傳動效率。但是缺點也比較明顯，使用了雙電機，對車輛的控制系統(tǒng)要求更高。圖2-2（e）是輪邊電機驅(qū)動方式。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)是集驅(qū)動電機和定速比減速器為一體安裝在車輛的驅(qū)動軸上，與前一種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)相比，簡化了傳動路徑，可以使車身的高度降低，車輛可以負載更多。圖2-2（f）是輪轂電機驅(qū)動方式。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)把驅(qū)動電機裝進了輪轂，可以使動力電池的布置更加的多樣，不止于一種布置形式，還能擁有更多的車身空間；可以單獨控制與調(diào)節(jié)車輪，在車輛轉(zhuǎn)彎時更加的靈活、安全[9]。1.3純電動汽車的動力電池及充電技術純電動汽車的動力電池類型有三種：能量型、功率型和能量功率兼顧型。能量型電池就是電池容量很大；功率型電池可以瞬間輸出較高的功率；能量功率兼顧型電池同時擁有大容量和高功率的特點。影響純電動汽車續(xù)航的最直接因素就是動力電池的容量，電池容量和車輛的續(xù)航成正比。單電池的容量是確定的，想要增加電池的容量，就是增加電池的數(shù)量，組成的動力電池組體積和質(zhì)量就會增加。車輛的動力電池由實際需要和用途以及電機的電壓值來進行設計。現(xiàn)在純電動汽車動力電池使用的電池有鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池。表2-1所示常見的電池的性能。表2-1常見電池分類鉛酸電池鎳氫電池鋰離子電池單體電壓（V）能量密度（Wh/L）循環(huán)壽命（次）回收利用率（%）能量效率（%）235~40300~50097801.265~80500~100090903.2/3.6120~20020009890這三種電池的特點分別為：鉛酸電池：壽命短、能量密度低、充電時間長，但是使用成本低、耐高溫耐低溫，多用于旅游觀光車等低速電動汽車。鎳氫電池：比能量低、不耐高溫、在高溫情況下充電不安全，但循環(huán)壽命長、耐低溫、污染極低。鋰離子電池：工作電壓高、循環(huán)壽命長、比能量高、可以快速充電等，現(xiàn)在被廣泛使用在純電動汽車。鋰離子電池根據(jù)制造材料不同，劃為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池三種。錳酸鋰電池：錳酸鋰的安全性好、制造成本低，但是循環(huán)性不佳、不耐高溫。磷酸鐵鋰電池：磷酸鐵鋰電池耐高溫、使用壽命長、能量密度大、安全性能佳、成本低、無污染，但是導電性不佳、不耐低溫。三元鋰電池：能量密度大、耐低溫、電池循壞性能佳、體積小，電壓可達到3.7V，但是在受到撞擊或者高溫時會燃燒[10]。經(jīng)過以上對比，選用磷酸鐵鋰電池作為車輛的動力電池。動力電池在即將沒電時，就應當立即對其進行充電，這就是普通的常規(guī)充電。常規(guī)充電是恒壓小電流或恒流對動力電池進行充電，大概充電10小時左右完成充電，根據(jù)電池的容量進行改變。因為常規(guī)充電較慢，如果在緊急情況下車輛需要急需充電的情況下并不能進行快速充電。于是快速充電技術應運而生，本質(zhì)是通過提升充電電流來提高充電功率，但是快速充電器的設計也更為復雜。純電動汽車的充電機分為直流充電機和交流充電機。直流充電機是交流電輸入，經(jīng)充電機內(nèi)部整流后為直流充電模式，輸出 可控的直流電源為車輛動力電池進行充電。交流充電機輸入交流電，經(jīng)充電機內(nèi)部變壓變頻后輸出交流電源，但是這種充電機的特征是車輛內(nèi)置了充電機，最終充向動力電池的電源是直流電源。直流充電機按照拓撲結(jié)構(gòu)可以分為單極結(jié)構(gòu)和多級結(jié)構(gòu)兩類。單極結(jié)構(gòu)中多使用三相PWM整流器，交流電經(jīng)由隔離變壓器、濾波器等，經(jīng)整流器進行AC/DC轉(zhuǎn)換為直流電對輛動力電池充電?，F(xiàn)在三相PWM整流器的發(fā)展成熟，被大多企業(yè)使用，也可以進行大功率充電，所以更加的具有優(yōu)勢。輸出的直流電源電壓平穩(wěn)，非常適用于動力電池充電。單級式結(jié)構(gòu)因為內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡易，所以充電效率會比較高，但是輸出電源電壓的范圍過窄。荷電對于純電動汽車電池端的電壓影響很大，對于要求電壓較寬范圍的場合不能使用單級式結(jié)構(gòu)拓撲。多級式結(jié)構(gòu)就是對單級式結(jié)構(gòu)升級。交流電源經(jīng)過AC/DC整流器整流，然后再經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器進行調(diào)壓得到直流電源。多級式結(jié)構(gòu)中使用的AC/DC整流器是由單級式拓撲結(jié)構(gòu)組合而成，DC/DC轉(zhuǎn)換器則是根據(jù)輸入的電壓來確定使用隔離或非隔離拓撲，目前純電動汽車充電常使用的是非隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器。純電動汽車的