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电动汽车的组成

电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。后一种功能称作再生制动。电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。

电机与驱动控制

针对电动汽车驾驶模式多变、路况复杂等特点，对电动汽车的电机与驱动控制方面进行了深入的研究，首次将鲁棒控制方法应用于电动汽车的驱动控制和永磁直流电机的再生制动，取得了满意的效果。图2所示为XJTUEV21电动汽车控制系统的电压电流双死循环结构，并通过对电机驱动电流进行控制来提高系统的性能。理论仿真和实验表明，在车辆运行过程中，虽然系统参数变化较大，但因控制算法的鲁棒性强，因此控制效果明显优于传统的PID控制。

图1.电动汽车的工作原理

电机驱动控制器采用DSP2407芯片，控制一个IGBT的半桥结构，实现电动汽车的驱动与再生制动。倒车通过倒车挡来实现，使电机由4象限运行变成2象限运行，因此节约了控制器的成本。油门踏板与剎车踏板分别给出控制电机的驱动电流与能量回馈电流的指令，通过电流传感器与电压传感器构成死循环系统，实现电机驱动力矩的控制与回馈电流的控制。

再生制动控制系统

制约电动汽车发展的一个关键因素是它的续驶里程问题，而再生制动可以节约能源、提高续驶里程，具有显著的经济价值和社会效益。同时，再生制动还可以减少剎车片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。图3所示为XJTUEV21电动汽车再生制动控制系统的结构图，该系统由超级电容或飞轮及其控制器组成，而

利用超级电容或飞轮吸收再生制动能量，具有非常突出的优点。当车辆制动时，电机工作于发电机工况，将一部分动能或重力势能转化为电能储存在超级电容或飞轮中，由于超级电容或飞轮的功率密度大，因此可以更快速、高效地吸收电机回馈能量。在车辆起动和加速时，利用双向DC/DC将存储的能量释放出来，协助电池向电机供电，不但增加了电动汽车一次充电的行驶里程，而且避免了蓄电池的大电流放电，达到了节省能源、降低剎车片磨损和提高蓄电池寿命的目的。

运行状态监控系统

传统的燃油汽车基本没有故障诊断系统，但是对于电动汽车，其驱动与控制系统由电力电子器件组成，所以可以方便地获取各种传感器信号。在电动汽车上建立适时监控和故障诊断系统，可以为车辆维修服务提供便捷的通道。

电动汽车的功率转换器

电动汽车用的功率转换器用作不同频率的DC-DC转换和DC-AC转换。DC-DC转换器又称直流斩波器，用于直流电动机驱动系统。两象限直流斩波器能把蓄电池的直流电压转换为可变的直流电压，并能将再生制动能量进行反向转换。

图2.电动汽车的驱动控制系统

DC-AC转换器通常称作逆变器，用于交流电动机驱动系统，它将蓄电池的直流电转换为频率和电压均可调的交流电。电动汽车一般只使用电压输入式逆变器，因其结构简单又能进行双向能量转换。

各个系统在电动汽车上的布置各式各样，这是因为在电动汽车上能量是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传输的，因此，电动汽车各个系统或各个部件的布置有很大的灵活性。例如一辆电动机前置，前轮驱动的电动汽车。充电机经汽车前端的充电界面向置于汽车尾部的蓄电池充电。在汽车行驶时，蓄电池经控制器向电动机供电。来自加速踏板的信号输入控制器并通过控制器调节电动机输出的转矩或转速。电动机输出的转矩经汽车传动系统驱动车轮。

图3.电动汽车再生制动控制系统

电动汽车的电池以及电池监测系统

电动汽车对电池的要求极高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿命尽量长。目前，铅酸电池作为比较成熟的技术，因其成本较低，而且能够高倍率放电，依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。但是铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此为动力源的电动车不可能拥有良好的车速及续航里程。其它较成熟的电池，如镍镉电池和镍氢电池，虽然性能好于铅酸电池，但含有重金属，价格较高，且用完遗弃后对环境会造成严重污染，都不适宜大批量生产。

蓄电池

铅酸蓄电池广泛地应用于电动汽车上，其主要原因是技术成熟，价格便宜，可靠性好，单体额定电压高

（2.0V）。另外，输出电流大以及良好的高、低温性能等均适合电动汽车使用。但是铅酸蓄电池存在比能量低，充电时间长，使用寿命较短等缺点。

镍隔（Ni-Cb）电池比功率大，比