纯电动汽车结构认知,纯电动汽车结构及检修

纯电动汽车结构认知，纯电动汽车结构及检修，纯电动汽车是完全由可充电储能式电池（如铅酸电池、锂离子电池等）提供动力源的汽车。它能够直接利用外电源为蓄电池充电，并通过蓄电池的电能转换成机械能来驱动汽车行驶。相比于传统的内燃机汽车，纯电动汽车的动力传递是柔性的电线连接，结构更加灵活。具体如下：

1.传动系统柔性化。对于传统的内燃机汽车。主要采用手动变速器或自动变速器来换向和变速；而纯电动汽车可以有多种选择，既可以用手动和自动变速器，又可以用电子驱动器控制电动机直接变速驱动。另外，内燃机汽车的动力从内燃机输出后，送达飞轮和离合器，再进一步传递到传动系，直至累动车辆前进，动力传递主要依靠刚性连接；纯电动汽车则使用电动机提供动力，动力传递可以通过控制器柔性的电线连接完成，动力输出到传动系后，其过程和传统车辆相一致。因此，纯电动汽车的构造相对简单化、传递柔性化。

2.动力系统电能化。传统汽车由内燃机提供动力，通过燃料燃烧产生的化学能转换成机械能来驱动汽车，其燃料储存在油箱中：而纯电动汽车曲可充电电池（如铅酸电池、锂离子电池等）提供动力源，通过蓄电池的电能转换成机械能来驱动汽车，蓄电池的电能储存于储能式电池中。

3.控制系统精确化。纯电动汽车除了CAN总线整车控制系统外，增加了电机控制系统和电池管理系统等，因此纯电动汽车的通信和控制技术比传统汽车要求更高、结构更复杂、控制更精确。

纯电动汽车由电能驱动，能源来源广泛，低能耗和低噪声，且没有任何尾气排放，符合环保和节能的理念，是最理想的绿色环保工具。

一、纯电动汽车的结构

纯电动汽车主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统外，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车类同，只是有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或省去。图2-1所示为宝马迷你纯电动汽车整体结构。图2-2所示为众泰EV纯电动汽车电力驱动系统结构框架，其电力驱动平台主要由动力。

1-充电插头：2-诊断接口；3电池；4一接触器箱：5-高压装置；6一控制模块：7-功率电子；8电动机：9一电动直空泵；10-变速箱

电池组、电动机、电机控制器、DC/DC电能变换器、高压控制盒等组成。除了动力锂电池外，其余部件基本布置在车辆的前发动机箱内。众泰EV前舱布置如图2-3所示。

二、电力驱动控制系统工作原理

电力驱动控制系统按工作原理可分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。图2-4所示为众泰EV纯电动汽车电力驱动控制系统示意图。其工作原理为：点火钥匙打开后，蓄电池通过高压控制盒内继电器控制板启动高压控制盒内总正、总负接触器，高压控制盒启动后高压回路接通，给DC/DC输送高压，DC/DC将高压电转换为13V低压电，为蓄电池充电，动力电池通过高压控制盒内总正、总负输入到驱动电动机控制器，由驱动电动机控制器将两相高压直流电转换为三相高压直流电，输送至驱动电动机，使驱动电动机工作，驱动电机动通过减速器带动半轴驱动汽车行驶。同时，电池管理系统（BMS）监控电池组的实时信息。鉴车控制器集成于高压控制盒内，根据BMS监控的实时信息来控制整车系统。

（一）车载电源模块

车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。

1.蓄电池电源。蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压等级。由于电动机驱动所需的电压等级往往与辅助装置的电压要求不一致，辅助装置所要求的一般为12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，可以用多个12V或24V的蓄电池串联成96~V高压直流电池组，再通过DC/DC电能变换器供给所需的不同电压；也可按所要求的电压等级，直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组，不过这样会给充电和能源管理带来相应的麻烦。

2.能源管理系统。能源管理系统是对纯电动汽车系统能量转换装置的工作能量进行协调、分配和控制的软硬件系统。

能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合一起控制发电回馈，使纯电动汽车在降速制动和下坡滑行时进行能量回收，从而有效地利用能源，提高纯电动汽车的续程能力。

能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。为提高蓄电池性能的稳定性和延长其使用寿命，常要实时监控电源的使用情况，对蓄电池的温度、电解液浓度、蓄电池内阻、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等蓄电池状态参数进行检测，并按蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，对有关参数进行显示和报警，以便驾驶员随时掌握操作，按需要及时对蓄电池充电并进行维护保养。

3.充电控制器。充电控制器是把供电电网的交流电转换为相应电压的直流电，对蓄电池充电并按要求控制其充电电流。充电开始时一般为恒流充电阶段；当电池电压上升到一定值时，进入恒压充电阶段，充电器输出电压维持在相应值；进入恒压充电阶段后，电流逐渐减小。也有采用脉冲式电流进行快速充电的。

（二）电力驱动主模块

电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置等组成。为适应驾驶员的传统操纵习惯，纯电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及有关操纵手柄或按钮等。不过在纯电动汽车上是将加速踏板、制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号，输人到中央控制单元来对汽车的行驶实行控制。纯电动汽车一般只有“前进”“空挡”“倒退”三个挡位，用以将开关信号传输到中央控制单元，对汽车进行前进、停车、倒车控制。

1.中央控制单元。中央控制单元不仅是电力驱动主模块的控制中心，也要对整辆电动汽车的控制起到协调作用。它根据加速踏板与制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行启动、加速、减速、制动控制。在电动汽车减速和下坡滑行时，中央控制器配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈，即对蓄电池反向充电。

对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流及有关故障诊断等信息，还需传输到辅助模块的驾驶室显示操纵台进行相应的数字或模拟显示，也可采用液晶屏幕显示来提高其信息量。

另外，如果采用轮毂电动机分散驱动方式，当汽车转弯时，中央控制器也需与辅助模块的动力转向单元配合，即控制左右轮毅电动机来实行电子差速转向。

为减少纯电动汽车各个控制部分间的硬件连线，提高可靠性，现代汽车控制系统已较多地采用微机的CPU总线控制方式。特别是对于采用轮载电动机进行前后四轮驱动（4WD）的控制模式，更需要运用总线控制技术来简化电动汽车内部线路的布局，提高其可靠性，也便于故障诊断和维修。采用该模块化结构，一旦技术成熟，其成本将会随批量的增加而大幅下降。

2.驱动控制器。驱动控制器功能是按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反馈信号对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制的。驱动控制器与电动动机必须配套使用。目前对电动机的调速主要采用调压、调频等方式，这主要取决于所选用的驱动电动机机是通过控制其脉冲频率来进行调速。当汽车倒车行驶时，需通过驱动控制器是电动机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于减速和下坡滑行时，驱动控制器使电动机运行于发电状态，电动机利用其惯性发电，将电能通过驱动控制器回馈给蓄电池，所以驱动控制器与蓄电池电源的电能流向是双向的。

3.驱动电动机。驱动电动机在电动汽车中被要求承担着电动机和发电机的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能。将电能转化为机械旋转能；而在减速和下坡滑行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转换为电能。

对电动机的选型一定要根据其负荷特性来选。由对汽车行驶时的特性分析可知，汽车在起步和上坡时要求有较大的启动转矩和相当的短时过载能力，并有较宽的调速范围和理想的调速特性，即在启动低速时为恒转矩输出，在高速时为恒功率输出。

电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件，纯电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能，它直接影响着汽车的各项性能指标，如汽车在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性能以及能源转换效率。

4.机械传动装置。纯电动汽车机械传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。由于电动机本身就具有较好的调速特性，所以机械传动装置的变速机构被大大简化，较多的是为放大电动机的输出转矩仅采用一种固定的减速装置。因电动机可带负荷直接启动，可省去传统内燃机汽车的离合器。又因电动机可以容易地实现正反向旋转，则无需通过变速器中的倒挡齿轮组来实现倒车。若对电动机在车架上合理布局，即可省去传动轴、万向节等传动链。当采用轮毅式电动机分散驱动方式时，还可以省去传统汽车的驱动桥、机械差速器、半轴等一切传动部件。所以，该驱动方式也可被称为“零传动”方式。

（三）辅助模块

辅助模块主要包括辅助动力源、空调器、动力转向系统、导航系统、刮水器、收音机以及照明和除霜装置等。

辅助动力源主要由辅助电源和DC/DC电能变换器组成。它的功用是向动力转向系统、空调器及其他辅助设备提供电能。

三.纯电动汽车驱动模式

纯电动汽车只用储能式电源的电力带动电动汽车行驶，其电力和动力传输路线如图2-5所示。

图2-5纯电动汽车电力和动力传输系统

蓄电池提供给电动机电源，直接对汽车驱动、启动和加速等，即所有动力均由电源系统提供。滑行、下坡和刹车时，电动机作为发电机回收能量，存储于动力电池中。动力电池主要通过外接电源充入电能。纯电动汽车不同工况下的驱动运行模式见表2-1。

四、纯电动汽车的技术参数及考核指标

纯电动汽车的技术参数主要包括结构参数、质量参数、动力性能参数和动力装备技术参数。

1.结构参数。主要指整车的外形尺寸，如车辆的长度、宽度、轴距、前轮距、后轮距和离地间隙等尺寸。

2.质量参数。主要指整车的整备质量、成员数量、满载质量等。任何一种汽车的驱动功率都与汽车的质量成正比，因此汽车的质量越大，行驶时所消耗的功率（或能量）也越大。

目前纯电动汽车的比能量和比功率较低，使得整备质量和占用的空间一般都比内燃机汽车大，会对纯电动汽车的总布置和动力性能有较大的影响。

3.动力性能参数。动力性能参数是反映电动汽车动力系统的主要性能特征，主要包括最高车速w…、O-Xkm/h的加速时间（s）、最大爬坡度（%）、一次充满电的续驶里程、百公里的能耗等参数。目前，纯电动汽车由于受到充电时间和条件的限制，其性能还不能完全达到发动机汽车的水平。

4.动力装配技术参数。动力装配技术参数是指组成纯电动汽车动力平台所需的关键装备的技术参数，包括驱动电动机、电源和电能变换器等技术参数，如驱动电动机的功率、转矩，动力电池的额定容量、额定电压、功率等。动力系统的功率既要满足整车所有用电设备最大功率的要求，又要与传动系参数相匹配。纯电动汽车的电动机功率一般在50~kw，电源系统的容量通常在-A·h。

表2-2和表2-3分别为众泰EV和奇瑞SI8EV汽车的技术参数。

五、纯电动车型示例

“十二五”期间，我国政府先后提出通过纯电动汽车及混合动力技术的攻关和推广应用，解决汽车排放污染问题，实现节能减排。国内许多汽车生产厂家自主研发了多种多样的纯电动汽车，如深圳比亚迪汽车公司生产的比亚迪e6、众泰控股集团自主研发和制造的众泰EV、上汽集团自主开发的荣威纯电动汽车，还有北汽EV、奇瑞纯电动车、吉利纯电动车等等。

（一）小型SUV纯电动汽车

众泰EV纯电动汽车属小型SUV车型，如图2-6所示。EV的最大功率为27kW，最高车速可达km/h。大容量锂离子电池被安置在底盘中部，标准放电为2~5C，连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10s）可达20C的高效率输出。电池模块BMS，有效监控每块电池在行驶或充电时的使用状态，电量过放、过充及时报警，确保了行车和充电的安全。众泰EV有家用充电或快速充电两种充电模式，家用充电有专用充电机，插入V民用电源6~8h可充满电；快充模式需将快充插头插入V专用的电源，在20min内可充满80%SOC。单次充满电后续驶里程为km以上，0~km耗电仅为12kw.h，比同级别的汽油车至少节约了4/5的使用成本。众泰EV汽车参数见表2-5。

（二）比亚迪e6纯电动汽车

深圳比亚迪汽车公司研发了EP3、ET、e6等纯电动汽车。如图2-7所示，比亚迪纯电动汽车e6设计成熟，性能良好，续驶里程超过：00km，是目前世上续驶里程最长的纯电动汽车。其技术参数见表2-6。e6动力强劲，百公里加速时间在10s以内，最高车速可达km/h，百公里能耗20kW·h左右，只相当于燃油车1/3~1/4的消费价格。电能储备输出的动力很强劲，0~km/h加速时间只需9.2s。比亚迪出租版配备3C充电，快充模式V工作电压15min内能充满80%SOC；也可以采用家用常规电压V慢充方式。

（三）奇瑞S18EV纯电动汽车

奇瑞S18EV纯电动汽车是在S18整车平台上由奇瑞公司自主开发的一款高速纯电动汽车，如图2-8所示。整车搭载了V、40kW大功率永磁同步电动机，配备了40A·h高性能磷酸铁锂电池。最高车速可以达到km/h，巡航续驶里程可以达到km。具有较好的动力性和操控性，真正实现零排放、零污染。

奇瑞S18EV纯电动汽车充电快捷、方便，利用V民用充电即可，充电时间一般在4~6h；也可以进行快速充电，30min可充满80%5OC。其技术参数见表2-7。

（四）德国宝马迷你吧

德国宝马迷你E是第一款量产的、零排放、%纯电动的前驱双座汽车，首发于8年洛杉矶车展。如图2-9所示，宝马迷你E搭载一台最大功率kW、峰值转矩N·m的感应异步电动机，电力电子装置、控制模块、单级螺旋齿轮减速器及电动真空泵和电动机均置于“发动机室”内，后排及行李箱大部分空间容纳锂电池组。锂电池组由3个单元总数达块原蓄电池组成，电池单元具有大功率、高储能与低能耗的特性，最大容量可达35kW·h，续驶里程（理想情况）km，普通路况下可以行驶km。0~km/h加速时间只需8.5s，最高车速km/h。宝马迷你E充电可与所有标准的电源接口连接，充电时间取决于供电网络的电压和电流强度。在美国，客户可以利用随车配送的墙盒在很短的时间内为完全耗尽的蓄电池完成充电。墙盒可以安装在客户的车库里，利用V、60A的增强电流可以缩短充电时间，仅需2.5h即可完全充满电。其技术参数见表2-8。

（五）康迪小电跑。

金华康迪新能源车辆有限公司开发的纯电动汽车—一康迪小电跑如图2-10所示，采用阀控密封式铅酸蓄电池为动力源、交流感应电动机为驱动电机、后置后驱方式。整车结构小巧，双人座。充分考虑城市街道限速的因素，在时速设计上，把最高车速限在72km/h之内。初始50km/h的滑行距离≥mm，最大爬坡度≥20%。康迪小电跑一次充电可行驶~km，百公里耗电不到10kW·h，其技术参数见表2-9。该车可以利用V交流电源缓慢充电，也可以选择更换电池的方式。康迪小电跑作为中国新能源汽车的先行者，已率先纳入国家工信部的《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》，在国内可以正式挂牌上路。除此之外，小电跑还远销海外，被美国人视为“中国制造”的优秀代表。

（六）丰田e-Com小型纯电动汽车

丰田汽车公司研发的e-Com小型纯电动汽车如图2-11所示。其外形尺寸为mm×mm×5mm，质量为kg（可乘坐2人），最高车速达km/h，一次充满电的续驶里程为km，装备18.5kW的永磁电动机和总电压V、28A·h的镍氢电池组。

（七）日产LEAF纯电动汽车

日产汽车公司研发的LEAF纯电动汽车如图2-12所示，曾是纯电动汽车领域的标杆。LEAF纯电动汽车采用层叠式紧凑型锂离子电池系统，电池组由48个电池单元组成，电池存量为24kW·h,电池组最太输出功高为90kW，电动机的输出功率为80kW，最大扭矩达N·m，续驶里程为km。其蓄电池充电盖设计有快充和慢充两种充电接口，快充方式只需30min即可给蓄电池充至80%的电量；慢充采用V交流电，大约需要8h可以充满电。

六、纯电动汽车技术发展瓶颈

纯电动汽车由电能驱动，能源来源广泛，能耗较低，且没有任何尾气的排放，是一种绿色的交通工具，但也存在诸多问题。

1.蓄电池的质量大，体积大，比能耗低，使得续驶里程短，整车动力相对不足。

2.电池的充电时间较长，循环寿命低，造成车辆运行效率低，使用成本增加。

3.电动机的转矩、转速控制精度不高，动力总成比较分散、集成度不够，可靠性和耐久性需要加强。

4.关键材料（高性能硅钢片、绝缘材料》和关键元器件（如CPU芯片）依靠进口，缺乏自主知识产权，使得成本较高。

5.充电配套设施不完善。由于充电设施如大烈充电站、小型充电桩、家用停车场或车库是一个系统工程，短时间内不可能如同加油站一样完成配套建设，使得纯电动汽车的充电不便捷。

纯电动汽车主要由电力驱动控制系统、汽车能盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。与传统汽车结构的主要差别在于电力驱动控制系统，传统汽车采用发动机作为动力源，而纯电动汽车是以电池作为动力源，通过电池输出的电能来驱动电动机。再由电动机带动车辆行驶。本任务首先介绍了纯电动汽车的基本结构组成及工作原理，其次介绍了纯电动汽车驱动系统运行模式，并列举了国内外比较典型的纯电动车型。对各种车型的性能特点及技术参数进行了简单的对比描述，便于读者认知和理解。

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