汽车电气 第8章 电动汽车.docx

·306·第1篇汽车电气

第8章电动汽车

1概述

电动汽车是以电力作能源、由电动机驱动的机动车辆。电动汽车在系统结构和工作原理上完全不同于燃油汽车，它不仅是一辆车，而且是实现清洁、节能、高效道路运输的一个全新的系统。电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车是真正的“零污染”排放车辆，但是价格过高，续驶里程不能满足需求。混合动力电动汽车是目前新能源车辆的主流，并获得了大范围的商业成功，国内外几乎所有的汽车公司都在积极研发各自的混合动力汽车产品。燃料电池电动汽车是汽车节能与环保技术的最终发展方向，各大汽车公司纷纷结成联盟，以期优势互补，共同开发未来的清洁环保车辆。

1.1关键技术

电动汽车涉及汽车、电气、电子、信息和化学等领域，关键技术包括电源技术、车身设计、电力驱动、能量管理系统和系统的优化及将这些技术的整合。

1.1.1车身设计

生产电动汽车有两种基本方法，一种是改装，另一种是专门设计制造。对于改装的电动汽车，燃油车中原来安装发动机及相关组件的部位由电动机、功率转换器和电池所取代，但这种方法只适合小批量生产，已逐渐被淘汰。目前，现代电动汽车大部分是为特定目的而设计的，可以灵活地调整和整合各子系统，使之有效地工作。

在设计电动汽车时，影响整车整体性能(如续驶里程、爬坡能力、加速能力及最高车速)的参数需要进一步改进，比如减轻整车的重量、降低风阻系数和减小滚动阻力等。汽车的重量直接影响整车性能，特别是续驶里程和爬坡能力，可采用铝和合成材料作车身和底盘来减轻汽车的自重。车身风阻系数越低，汽车行驶时的空气阻力就越小，因而可以大大提高汽车在公路上行驶的续驶里程。采用流线型的车头和车尾，隐藏式和平坦的车身底部可减小空气阻力。当汽车以中低速行驶时，采用滚动阻力系数小的轮胎可以有效地减小汽车的滚动阻力。也有利于延长汽车在市区内行驶的续驶里程。

1.1.2电力驱动

电力驱动子系统的主要任务是把电能转换为机械能，使汽车能克服空气阻力、滚动阻力和加速阻力而前进。现代电动机的高转矩、低转速和恒功率、高转速的工作范围可以通过电子控制来获得，使得电动汽车的驱动系统设计更加灵活多样。可采用单电动机或多电动机驱动，可选用或不用变速器，可选用或不用差速器，可选用轴式电动机或轮边电动机等。

电力驱动系统由电气系统、变速装置和车轮组成，其中变速装置是选用的。电力驱动系统的关键是电气系统。电气系统由电动机、功率变换器和电子控制器等组成。对电动机驱动系统的要求如下：

(1)恒功率输出和高的功率密度。

(2)在汽车起步和爬坡时具有低速一高转矩的输出特性，以及汽车巡航时的高速—低转矩特性。

(3)具有较大的转速范围足以涵盖恒转矩区和恒功率区。

(4)快速的转矩响应特性。

(5)在转矩/转速特性的较宽范围内具有高的效率。(6)再生制动时的能量回收效率高。

(7)坚固，能在不同的工作条件下可靠地工作。(8)成本低廉。

为了满足这些特定的要求，需要在驾驶模式和系统仿真的基础上，对驱动电动机的额定功率和转矩/转速特性进行确定。

随着先进的电动机、功率电子、微电子技术及控制策略的发展，现在越来越多的电动机可用于电动汽车。由于直流电动机在低速时的转矩很高且容易控制，所以早期的电动汽车都采用直流电动机驱动系统，但直流电动机的换向器和电刷需要定期维护。目前，随着技术的发展，许多先进的电动机驱动技术显示出优于直流电动机的性能，它们在高效率、高功率密度、有效的再生能量回馈、坚固性、可靠性和免维护性等方面具有明显的优势。在这些电动机中，矢量控制的感应电动机最受欢迎，技术也最成熟，但它的缺点是在小负荷范围内效率低。永磁无刷电动机比其他电动机的效率和功率密度都高，但它在高速恒功率工作区很难进行弱磁控制。永磁混合式无刷电动机是一种特殊的永磁无刷电动机，这种电动机加入了励磁绕组，永磁磁通分量和励磁磁通分量在气隙中叠加形成气隙磁通，气隙磁通可通过调节励磁电流来控制，因而这种电动机在宽转速范围内具有最佳效率。开关磁阻电动机应用在电动汽车上是很有前途的，因为它自身的结构和相应的功率转换器的结构都非常简单可靠，且它的转速范围宽，散热能力强，能在各种环境下工作，并且再生制动的能量回收效率高，但必须解决转矩脉动和噪声问题。

1.1.3能源系统

能源系统是限制电动汽车一次充电的续驶里程和初始价格的主要原因。电动汽车对能源系统的要求如下：

(1)高的比能量和能量密度。

(2)高的比功率和功率密度。

(3)快充和深放电的能力。

(4)寿命长。

(5)自放电率小，充