1、    電動汽車的驅動能源和結構原理         電動汽車的驅動能源中鎳氫蓄電池在微、輕、中度混合動力車中廣泛應用，強混合動力車、插電式混合動力車、純電動車廣泛應用鋰離子蓄電池；乘用車驅動電機廣泛應用稀土永磁同步電機?，F(xiàn)代新能源汽車一般可分為三類：純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車。但是近幾年在傳統(tǒng)混合動力汽車的基礎上，又派生出一種外接充電式混合動力汽車，這種汽車屬混合動力車范疇。電動汽車的驅動能源電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法

2、規(guī)各項要求的汽車。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力、太陽能等。有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發(fā)電，再充入蓄電池，再由蓄電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變?yōu)槠?，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少CO2的排放，正是這些優(yōu)點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業(yè)的一個“熱點”。蓄電池種類：化學電池按工作性質可分為：一次電池（原電池）；二次電池（可充電電池）。其中：一次電池可分為：糊式鋅錳電池、紙板鋅錳電池、堿性鋅錳電池、扣式鋅銀電池、扣式鋰錳電池、扣式鋅錳電池、鋅空氣電池、一次鋰錳電池等。二次電池可分為：鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰離子電池、二次堿性鋅錳

3、電池等。鉛酸蓄電池可分為：開口式鉛酸蓄電池、全密閉鉛酸蓄電池。鎳鎘電池的循環(huán)使用壽命在300-700次左右，鎳氫電池的可充電次數(shù)一般為400-800次，鋰離子電池為1000-2000次。鉛酸蓄電池：用二氧化鉛作正極活性物質，鉛作負極活性物質，硫酸作電解液，微孔橡膠、燒結式聚氯乙烯、玻璃纖維、聚丙烯等作隔板制成的電池。鉛酸電池（含鉛酸膠體電池），成本便宜，性能穩(wěn)定，以前的電動車都采用此種電池。由于鉛酸電池的供電成本大體和柴油機供電相等，因此它仍然是低端電動車市場的主要動力電池。鋰離子電池：鋰離子電池指以金屬鋰或鋰的化合物作活性物質的電池通稱鋰離子電池，分為一次鋰電池和二次鋰電池。鋰離子電池指能使

4、鋰離子嵌入和脫嵌的碳材料代替純鋰作負極，鋰的化合物作正極，混合電解液作電解質液制咸的電池。鎘鎳電池和鎳金屬氫化物電池：二者均采用氧化鎳或氫氧化鎳作正極，以氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質溶液，金屬鎘或金屬氫化物作負極。鎳金屬氫化物電池為20世紀80年代末，利用吸氫合金和釋放氫反應的電化學可逆性發(fā)明制成，是小型二次電池主導產品。燃料電池：指一種利用燃料（如氫氣或含氫燃料）和氧化劑（如純氧或空氣中的氧）直接連接發(fā)電的裝置。它具有效率高、電化學反應轉換效率可達40%以上，且無污染氣體排出的特點。燃料電池雖然是理想的清潔能源，但是目前它的價格太高，尚未達到理想壽命，加氫站建設、氫的運輸與貯存等制約了

5、燃料電池的應用。綠色環(huán)保電池：指近年來已投入使用和正在研制的一類高性能、無污染電池，包括目前已投入使用的鎳金屬氫化物蓄電池、鋰離子蓄電池，正在推廣使用的燃科電池、太陽能電池（光伏電池）等。電動汽車的儲能裝置和電驅動的結構形式1.儲能裝置的結構形式現(xiàn)在電動汽車所獨有的以蓄電池作動力源的一種結構，蓄電池可以布置在車的四周，也可以集中布置在車的尾部或底盤下面。所選用的蓄電池應該能提供足夠高的能量密度和功率密度，并且在車輛制動時能回收再生制動能量。同時具有高能量密度和高功率密度的蓄電池對電動汽車而言是最理想的動力能源，能量密度影響汽車的續(xù)駛里程，而功率密度影響汽車的加速性和爬坡能力。電動汽車需要高能量

6、密度的蓄電池，而混合動力車需高功率密度的蓄電池。除了蓄電池外，還可以用燃料電池作儲能裝置，它是一個小型的發(fā)電裝置。燃料電池能提供高的能量密度，但不能回收再生制動能量，因此最好與一種能提供高功率密度且能高效回收制動能量的蓄電池結合在一起使用。燃料電池所需的氫氣不僅可以以壓縮氫氣、液態(tài)氫或金屬氫化物的形式儲存，還可以由常溫的液態(tài)燃料如甲醇或汽油重整制氫隨車產生。當用蓄電池與超級電容器作混合動力時，所選的蓄電池必須能提供高能量密度，因為超級電容器本身比蓄電池具有更高的功率密度和更高效的回收制動能量能力。由于用在電動汽車上的超級電容器相對而言電壓較低，所以需要在蓄電池和超級電容器之間加一個功率轉換器。

7、與超級電容器類似，飛輪是另外一種新興的具有高功率密度和高效制動能量回收能力的儲能器。用于電動汽車的飛輪與傳統(tǒng)低速笨重的飛輪是不同的，這種飛輪質量輕，且在真空下高速運轉，超高速飛輪與具有一種工作模式（電機和發(fā)電機）的電機轉子相結合，能夠將電能和機械能進行雙向轉換。顯示了這種飛輪和蓄電池作混合動力的結構，所選用的蓄電池應能提供高能量密度。飛輪最好與無刷交流電機結合使用，因為這種電機的效率比直流電機高，因而應在蓄電池和飛輪之間加一個轉換器。2.電驅動的結構形式。采用不同的電力驅動系統(tǒng)可構成不同結構形式的電動汽車。由發(fā)動機前置前驅的燃油車發(fā)展而來，它由電機、離合器、變速器和差速器組成。離合器用來切斷或

8、接通電機到車輪之間傳遞動力的機械裝置，變速器是一套具有不同速比的齒輪機構，駕駛員可選擇不同的變速比，把力矩傳給車輪。如果用固定速比的減速器，去掉離合器，可減少機械傳動裝置的質量，縮小其體積。由電機、固定速比的減速器和差速器組成電力驅動系統(tǒng)。這種結構的電動汽車由于沒有離合器和可選的變速檔位，不能提供理想的扭矩和轉速特性。它把電機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅動車輪，這種結構在小型電動汽車上應用最普遍。3.電動汽車的基本結構電動汽車系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成，即電力驅動子系統(tǒng)，主能源管理子系統(tǒng)和整車控制子系統(tǒng)。其中，電力驅動子系統(tǒng)又由電控系統(tǒng)、電機、機械傳動系統(tǒng)和驅動車輪等部分組

9、成；主能源管理子系統(tǒng)由主電源和能量管理系統(tǒng)組成，能量管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源利用監(jiān)控、能量再生、協(xié)調控制等功能的關鍵部件；而整車控制子系統(tǒng)（整車控制器），它接受駕駛員的踏板信號和其它信號，然后作出相應的判斷，控制各個部件作出動作，驅動汽車正常行駛，并盡可能實現(xiàn)比較高的能量使用效率。電動汽車與傳統(tǒng)汽車相比結構簡單。傳統(tǒng)汽車的動力是通過剛性聯(lián)軸器和傳動軸傳遞的，而電動汽車的能量則基本上是通過柔性的電線傳輸?shù)?，并且其電機及傳動系可以有多種不同的選擇，因此電動汽車各個部件的選擇和布置有很大的靈活性。電力驅動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統(tǒng)由驅動電機、電源和電機

10、的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。電源為電動汽車的驅動電機提供電能，電機將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。驅動電機的作用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。原來電動汽車上廣泛采用直流串激電機，但直流電機由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護保養(yǎng)工作量大，隨著電機技術和電機控制技術的發(fā)展，勢必逐漸被直流無刷電機（BCDM）、開關磁阻電機（SRM）和交流異步電機所取代。電機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的，其作用是控制電機的電壓或電流，完成電機的驅動扭矩和旋轉方向的控制。早期的電動汽車上，

11、直流電機的調速采用串接電阻或改變電機磁場線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)。因其調速是有級的，且會產生附加的能量消耗或使用電機的結構復雜，現(xiàn)在已很少采用。目前電動汽車上應用較廣泛的是晶閘管斬波調速，通過均勻地改變電機的端電壓，控制電機的電流來實現(xiàn)電機的無級調速。在電子電力技術的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其他電力晶體管斬波調速裝置所取代。從技術的發(fā)展來看，伴隨著新型驅動電機的應用，電動汽車的調速控制轉變?yōu)橹绷髂孀兗夹g的應用，將成為必然的趨勢。在驅動電機的旋向變換控制中，直流電機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(xiàn)電機的旋向變換，這使得電路復雜、可靠性降低。當采用交流異步電機驅動時，電機轉向的改變只需變換磁場三相電

12、流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電機及其變頻調速控制技術，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。電動汽車傳動裝置的作用是將電機的驅動扭矩傳給汽車的驅動軸，當采用電力驅動時，傳動裝置的多數(shù)部件常常可以忽略，如無需傳統(tǒng)內燃機汽車的離合器，因為電機可以帶負載起動。電動汽車也無需內燃機汽車變速器中的倒檔。因為驅動電機的旋向可以通過電路控制實現(xiàn)變換。當采用電機無級調速控制時，電動汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電力驅動時，電動汽車也可以省略傳統(tǒng)內燃機汽車傳動系統(tǒng)的差速器。4.電動車輛的驅動電機作為電動汽車三大關鍵技術之一，電機驅動系統(tǒng)和電池一樣，對電動汽車的動力性能、

13、續(xù)駛里程也有著重大的影響。電機的高密度、小型輕量化和低成本對整車來講至關重要?？煽啃浴⒛途眯?、適應性是電動汽車對驅動電機系統(tǒng)的基本要求。由于車輛的振動及發(fā)動機艙的高溫環(huán)境，車用電機在振動大、沖擊大、灰塵多、溫濕度變化大的惡劣環(huán)境條件下運行，必須適應環(huán)境條件的要求，使電機可靠、穩(wěn)定、安全運行。此外，車用電機要具備低速高扭矩和高速恒功率的寬調速范圍在電機起動汽車和行駛中起動發(fā)動機要求高扭矩，高速運行時能夠進行恒功率輸出；電機的基速和最高轉速差別很大，存在很大的寬調速范圍。電動汽車驅動電機是所有電動汽車必不可少的關鍵部件。電動汽車驅動電機有高速有刷中置電機、高速有刷輪轂電機、低速有刷輪轂電機、低速無

14、刷輪轂電機、高速無刷輪轂電機等類型。目前使用較多的有永磁無刷同步、交流感應和開關磁阻等三種電機。在電子技術和電子元器件取得突破性進展之后，交流異步電機的調速問題得到解決，交流異步電機作為驅動元件的方案也被電動汽車采用。但是最有發(fā)展前途的還是無刷直流電機。因為它的起動力矩大、過載能力強、體積小、省電、高效率、長壽命、免維修、控制方便的特點正適合電動汽車的運行特性。影響無刷直流電機普遍應用的主要是這樣兩點：價格比較高和電路比較復雜。但是在電子技術迅速發(fā)展和電子元器件大幅度降價，專用集成電路被采用之后，電路相應簡化很多、價格也下降了很多。尤其是在需要控制的場合，價格已經完全可以和有刷直流電機相比。無

15、刷直流電機仍然處在不斷發(fā)展、改進的過程中。無刷直流電機是一種機電一體化產品，除了電機本體外，還必須帶有傳感器，以檢測定、轉子之間相對位置。而且，離開了驅動控制電路無刷直流電機不可能運行。電動汽車電機的三種主要形式有異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機。電動車直流電機用有、無永久磁鐵分類，有永磁電機和串激電機兩類。永磁電機的轉子或者定子有一個是永久磁鐵，另一個則是漆包線繞制的線包；串激電機的轉子和定子都是漆包線繞制的線包。同樣功率的電機，永磁電機比串激電機省電。無刷永磁電機是靠轉子磁場和定子磁場的同性相斥、異性相吸進行的。國外電動客車用電機驅動系統(tǒng)目前以異步電機為主；永磁同步電機則是未來的發(fā)展方

16、向。電動輪車用驅動電機以永磁同步電機為主。在控制方式上可實現(xiàn)數(shù)字化，在結構上可實現(xiàn)電機與齒輪箱的一體化。隨著混合動力汽車的發(fā)展，電機系統(tǒng)的水平也在不斷強化。豐田普銳斯的驅動電機功率現(xiàn)在已發(fā)展到2009年第三代的60kW。而另一款豐田混合動力車雷克薩斯的驅動電機功率，也從2005年時的123kW發(fā)展到2007年的165kW。與國外同類ISG電機相比，我國小批量裝車的ISG電機高效區(qū)明顯拓寬，效率80%的高效區(qū)占到了80%以上，超過了50%的預期指標。在車用驅動電機系統(tǒng)的系列化產品中，燃料電池汽車、純電動汽車驅動電機系統(tǒng)的功率范圍已經涵蓋30-180kW，不同混合度混合動力汽車用ISG電機的功率范

17、圍已涵蓋9-90kW。數(shù)字化是電機驅動技術發(fā)展的必然趨勢。永磁電機具有功率密度和扭矩密度高、效率高、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護的優(yōu)點，采用矢量控制的驅動控制系統(tǒng)，可使永磁電機具有寬廣的調速范圍；現(xiàn)發(fā)展到采用稀土永磁磁阻同步電機。而集成化則有兩個方面：一是電機與發(fā)動機總成、電機與變速器總成的集成，另一個則是電力驅動裝置中電力電子總成的集成，它包括開關器件、電路、控制、傳感器和電源等集成。5.電動汽車的工作原理電動汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉軸傳遞的，因此，電動汽車各部件的布置具有很大的靈活性；其次，電動汽車驅動系統(tǒng)的布置不同（如獨立的四輪驅動系統(tǒng)和輪轂電機驅動系統(tǒng)等

18、）會使系統(tǒng)結構區(qū)別很大，采用不同類型的電機（如直流電機和交流電機）會影響到電動汽車的質量、尺寸和形狀；不同類型的儲能裝置（如蓄電池和燃料電池）也會影響電動汽車的質量、尺寸及形狀。另外，不同的補充能源裝置具有不同的硬件和機構，例如蓄電池可通過感應式和接觸式的充電機充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電。根據(jù)制動踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應的控制指令來控制功率轉換器的功率裝置的通斷，功率轉換器的功能是調節(jié)電機和電源之間的功率流。當電動汽車制動時，再生制動的動能被電源吸收，此時功率流的方向要反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動及其能量的回收，能量管理

19、系統(tǒng)和充電系統(tǒng)一同控制充電并監(jiān)測電源的使用情況。輔助動力源供給電動汽車輔助系統(tǒng)不同等級電壓并提供必要的動力，它主要給動力轉向、空調、制動及其它輔助裝置提供動力。除了從制動踏板和加速踏板給電動汽車輸入信號外，轉向盤也是一個很重要的輸入信號，動力轉向系統(tǒng)根據(jù)轉向盤的角位置來決定汽車靈活地轉向。電動汽車行業(yè)的發(fā)展前景在經濟危機和過去兩年高油價的影響下，2010年底特律車展上，幾乎所有全球汽車巨頭們都展示了未來幾年將推出電動汽車。新能源汽車行業(yè)在中國崛起僅僅幾年時間，在這短短的幾年內，新能源汽車行業(yè)由無到有，由零星分布到大范圍普及，取得了飛速的發(fā)展和長足的進步。短時間內大量企業(yè)將目光鎖住新能源汽車這個新興行業(yè)。新能源汽車產業(yè)的發(fā)展具有較強的地域性，一方面表現(xiàn)在生產，一方面表現(xiàn)在消費領域，而且這也是一個漸進的過程。中國已經是電機的最大的制造商，很多零部件都是世界第一，世界鋰電池產量第二。世界電動汽車希望在中國，外國的汽車公司當然也是應該利用這樣一個新能源汽車發(fā)展的大趨勢。據(jù)了解，中國海洋石油總公司早前向天津力神電池投資50個億元，專門為電動車生產鋰電池；而上汽也在去年投資60億元用于制造新能源汽車