古 毅

（重慶五一高級技工學(xué)校，重慶 400042）

純電動汽車基本結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)分析

古 毅

（重慶五一高級技工學(xué)校，重慶 400042）

隨著汽車的普及，石油資源越發(fā)枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，全球性的溫室效應(yīng)凸顯。因此，如何減少化石燃料的消耗和環(huán)境的保護(hù)成為全球共同關(guān)注的話題，對于整個(gè)汽車行業(yè)而言，以新能源為特點(diǎn)的綠色化、低碳化的發(fā)展趨勢已經(jīng)迫在眉睫，因此研究電動汽車具有一定的工程意義。

純電動汽車；結(jié)構(gòu)

CLC NO.: U469.7 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)07-03-03

前言

電動汽車是依靠電力驅(qū)動行駛的車輛，與傳統(tǒng)燃油汽車的主要區(qū)別在于動力系統(tǒng)，其動力系統(tǒng)主要由蓄電池、電機(jī)、主減速器和驅(qū)動輪等組成。電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在動力傳遞方面有較大差別，動力輸出部件由電動機(jī)取代發(fā)動機(jī)，這需要高效可靠的電力驅(qū)動和能源管理系統(tǒng)來完成。

1、純電動汽車的主要結(jié)構(gòu)

純電動汽車的主要結(jié)構(gòu)由電力驅(qū)動控制系統(tǒng)、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。除電力驅(qū)動控制系統(tǒng)，其他部分的功能及結(jié)構(gòu)基本與傳統(tǒng)汽車相似，所以電力驅(qū)動控制系統(tǒng)決定了整個(gè)純電動汽車的結(jié)構(gòu)組成及性能特征，相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)與其他功能以機(jī)電一體化方式相結(jié)合，如圖1所示。

圖1 純電動汽車原理示意圖

電力驅(qū)動控制系統(tǒng)按工作原理劃分為：電力驅(qū)動模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分。電力驅(qū)動模塊主要由電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置等組成；車載電源模塊主要由蓄電池電源、能源管理系統(tǒng)和充電控制器三部分組成。輔助模塊包括低壓電源、轉(zhuǎn)向和各種輔助裝置等。

2、純電動汽車的評價(jià)指標(biāo)

電動車的性能指標(biāo)一般包括：驅(qū)動性能、駕駛性能、車載能源系統(tǒng)性能等三部分，其中驅(qū)動性能取決于電機(jī)功率因素，車載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量，駕駛性能指標(biāo)主要包括：最高車速性能、加速性能、最大爬坡性能、剎車性能及駕駛里程性能等駕駛模式，駕駛性能指標(biāo)的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù)。

（1）最高車速：即汽車行駛時(shí)所能達(dá)到的最高車速。

（2）加速性能：通常用汽車加速過程中的加速度、加速時(shí)間來評價(jià)。

（3）爬坡能力：在良好的路面上，以最大驅(qū)動力行駛所能爬行的最大坡度。

（4）能量利用效率：是指汽車以某一特定速度行駛一定距離所消耗的總能量。

（5）續(xù)行里程：續(xù)行里程表示電動汽車一次充滿電（或儲能）能夠行駛的最大里程數(shù)。

3、純電動汽車關(guān)鍵技術(shù)

（1）電池及能量管理系統(tǒng)

純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)工作完全依靠電池的能量，電池容量越大，電動汽車?yán)m(xù)駛里程越長，但電池的體積和質(zhì)量也越大，導(dǎo)致行駛時(shí)阻力增大。因此如何提高純電動汽車行駛時(shí)動力性和經(jīng)濟(jì)性很大程度上取決于電池的品質(zhì)。圖2所示為車載蓄電池。

圖2 電動汽車蓄電池

電動汽車電池關(guān)鍵技術(shù)在于提高電池的功率、比能量、比功率、能量密度、功率密度、循環(huán)次數(shù)等。

1）功率：功率是單位時(shí)間內(nèi)電池的輸出容量，它反映電池在短時(shí)間的放電性能，它決定了電動汽車的加速和爬坡性能。

2）比能量、比功率：比能量和比功率是電池能量、功率和質(zhì)量的比；反映單位電池質(zhì)量下的能量和功率情況。

3）能量密度、功率密度：能量密度和功率密度是電池能量，功率和體積的比，它反映單位電池體積下的能量和功率情況。能量密度和功率密度越大，電池體積越小。

4）循環(huán)次數(shù)：循環(huán)次數(shù)反映的是電池的使用壽命。循環(huán)次數(shù)越多壽命越長。

為了滿足電動汽車的整車性能要求，對蓄電池的選型要根據(jù)以下原則：

1）具有較高的比能量以滿足一次充電續(xù)駛單程的要求；

2）具有較高的比功率滿足動力性的要求；

3）具有較強(qiáng)的大電流充電接受能力滿足電動汽車快速充電的要求；

4）具有較長的大電流放電吋間滿足電動汽車大功率行駛的要求；

5）具有與車輛使用壽命相當(dāng)?shù)难h(huán)壽命、較高的性價(jià)比；

6）具有能在較寬的范圍溫度內(nèi)工作，不污染環(huán)境和使用安全等。

（2）電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)作為動力電池的重要的一部分，對于電池性能的發(fā)揮起著重要的作用，在動力電池工作的整個(gè)過程中，電池管理系統(tǒng)能起到管理和檢測的作用。如圖3所示。電池能量管理系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)采集、熱管理、剩余容量的估算、電氣控制、安全管理和數(shù)據(jù)通信。各部分的主要作用分別是：

1）利用各種傳感器對蓄電池的電流、電壓、溫度、充放電狀態(tài)及放電深度等參數(shù)進(jìn)行檢測；

2）通過實(shí)時(shí)采集電池測溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)控制電池溫度進(jìn)行，防止電池溫度過高；

3）利用傳感器獲得的數(shù)據(jù)估算電池的剩余能量，即荷電狀態(tài) SOC 值；

4）系統(tǒng)根據(jù)檢測的蓄電池參數(shù)自動控制充放電狀態(tài)，保證蓄電池穩(wěn)定工作；

5）根據(jù)采集的各種數(shù)據(jù)預(yù)測電池的各種性能，對可能出現(xiàn)的故障提前報(bào)警；

6）通過整車的通信協(xié)議共享信息，實(shí)時(shí)顯示電池的主要性能參數(shù)。

圖3 電池管理系統(tǒng)

（3）驅(qū)動電機(jī)及控制技術(shù)

電機(jī)作為電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件之一，它直接影響著車輛的各項(xiàng)性能指標(biāo)。電機(jī)作為車用電機(jī)首先能夠在振動大、沖擊大、灰塵多、溫濕度變化大的惡劣環(huán)境條件下可靠運(yùn)行；其次，車用電機(jī)要具備低速大轉(zhuǎn)矩和高速恒功率的較寬的調(diào)速能力。圖4為電動汽車驅(qū)動電機(jī)與驅(qū)動橋。因此為了滿足電動汽車行駛時(shí)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的要求，所選用的電動機(jī)工作時(shí)應(yīng)具有如下功能：

1）電機(jī)瞬時(shí)功率要高，具有起動轉(zhuǎn)矩大和短時(shí)過載能力的特點(diǎn)以滿足電汽車在起步、加速和上坡的需求。

2）電機(jī)具有較寬的的調(diào)速范圍。電機(jī)不僅在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域工作，以此滿足汽車加速和爬坡的動力需求，還要能在恒功率區(qū)域工作，使?jié)M足最高行駛車速的需求。

3）電機(jī)要求具有較高的比功率。增加電機(jī)效率，提高電動汽車經(jīng)濟(jì)性。

4）電動機(jī)制動和下坡時(shí)發(fā)電回饋。實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高續(xù)駛里程。

5）電動機(jī)在惡劣條件下可靠工作。

圖4 驅(qū)動電機(jī)與驅(qū)動橋

（4）車身及底盤輕量化技術(shù)

由于電動汽車攜帶蓄電池容量有限，在允許的范圍內(nèi)減少車體重量，進(jìn)而達(dá)到提升電動汽車?yán)m(xù)航能力的目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通過三種方法實(shí)現(xiàn)汽車輕量化：一是通過對車身、底盤優(yōu)化分析，降低鋼板厚度、減輕整車重量；二是通過整車結(jié)構(gòu)的小型化，達(dá)到車身、底盤輕量化，縮小骨架尺寸；三是通過改變驅(qū)動方式來達(dá)到目的。圖5為車身和底盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖。

圖5 車身及底盤有限元分析

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Pure electric vehicle basic structure and key technology analysis

Gu Yi
( May 1 senior vestibule school of chongqing, Chongqing 400042 )

With the popularity of cars, more oil resources drying up, the environmental pollution is increasingly serious, the global greenhouse effect. Therefore, how to reduce fossil fuel consumption and environmental protection has become a global topics of mutual interest for the car industry, new energy to the characteristics of the development trend of the green, low carbon is imminent, so the electric car has a certain engineering significance.

pure electric vehicles; structure

U469.7

：B

：：1671-7988 (2017)07-03-03

古毅，就職于重慶五一高級技工學(xué)校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.002