2.1 电动汽车的独特特点
与燃油汽车相比,电动汽车的结构特点是灵活,这种灵活性源于电动汽车具有以下几个独特的特点。
2.1.1 结构不同
纯电动汽车,其基本的结构主要由电力驱动系统、汽车底盘、汽车车身和其他电子、电气设备等组成,如图1-22所示。
图1-22 纯电动汽车的基本结构
纯电动汽车与传统内燃机汽车的主要区别在于其动力驱动系统(图1-23)。纯电动汽车的动力驱动系统是其核心,主要由电力驱动系统、电源管理系统和辅助系统构成,如图1-24所示。
图1-23 纯电动汽车底盘及动力驱动系统外观图
图1-24 纯电动汽车动力驱动系统的组成
纯电动汽车采用驱动电机代替了传统的燃油内燃发动机,车辆的驱动系统做了变更,动力驱动装置做了较大调整,动力源由燃油(汽油或柴油)改变为电能,动力传动系统也随之做相应的调整与改进。
除了电力驱动控制系统外,其他部分的功能及结构组成基本与传统内燃机汽车相同。具体的结构根据所选的驱动方式和布置形式不同,做相应的调整。
纯电动汽车的结构可分为3个子系统:电力驱动与传动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统,如图1-25所示。
图1-25 纯电动汽车的基本结构
具体表现如下。
①电力驱动与传动子系统由电控单元、功率转换器、电机、机械传动装置和车轮组成。
②主能源子系统由动力电池、能量管理系统和充电器组成。
③辅助控制子系统由动力转向系统、空调和辅助动力源组成。
图1-25中线上的箭头表示电功率和控制信号流动方向。
根据从制动踏板和加速踏板输入的信号,电子控制器发出相应的控制指令来控制功率转换器的功率装置的通断,而功率转换器的功能主要是调节电机和电源之间的功率流。如图1-26所示为通过加速踏板输入的信号。
图1-26 通过加速踏板输入的信号
电动汽车制动时,再生制动的动能被电源吸收,此时功率流的方向要反向,如图1-27所示。
图1-27 再生制动的动能被电源吸收
能量管理系统(图1-28)和电控系统一起控制再生制动及其能量的回收,能量管理系统和充电器一同控制充电并监测电源的使用情况。
辅助动力供给系统供给电动汽车辅助系统不同等级的电压并提供必要的动力,它主要给动力转向、空调、制动及其他辅助装置提供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动汽车输入信号外,方向盘输入也是一个很重要的输入信号。动力转向系统根据方向盘的角位置来决定汽车灵活地转向,如图1-29所示。
图1-28 能量管理系统
图1-29 动力转向系统
2.1.2 电动汽车驱动系统的布置不同
独立的四轮驱动系统和轮毂电机驱动系统等会使系统结构区别很大,采用不同类型的驱动电机也会影响电动汽车的重量、尺寸和形状。
传统内燃机汽车的能量传输是以燃油供给系统向发动机提供燃料,通过发动机→离合器→变速器→传动轴→减速器→半轴→车轮实现动力传输。整个动力传动系统以机械的刚性连接而成。
纯电动汽车则是由蓄电池等能源设备提供电能,通过动力电机实现电能向机械能的转换,从而通过部分传动机构实现动力的传输,其传动链随着纯电动汽车结构形式和安装布置有很大区别。基本的传动方式可以采用传统内燃机汽车的传动方式,用驱动电机替代发动机,构成驱动电机→离合器→变速器→传动轴→减速器→半轴→车轮的传动系统。纯电动汽车驱动系统示意图如图1-30所示。
图1-30 纯电动汽车驱动系统示意图
但随着驱动电机和电控技术的发展,纯电动汽车的驱动系统会更加简洁高效,结构形式也呈现出多样化。轮毂电机的驱动方式大大缩短了纯电动汽车的动力传动链,提高了传动效率。随着纯电动汽车使用性质和范围的不同,驱动系统的结构也有较大的差异。
2.1.3 储能装置不同
不同类型的储能装置也会对电动汽车的结构、重量、尺寸和形状产生影响。不同的补充能源装置需要不同的硬件和机构,例如动力电池可通过感应式和接触式的充电机充电,或者采用替换动力电池的方式,再对替换下来的动力电池进行集中充电。