電動(dòng)汽車的基本概述及重要組成

三、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)方式基本上可分為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)兩種。由電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器等構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于沒有離合器和變速器，因此可以減少機(jī)械傳動(dòng)裝置的體積和質(zhì)量。

另一種電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置形式，它與前輪驅(qū)動(dòng)、橫向前置發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油汽車的布置形式相似，將電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成一體，兩根半軸連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪，這種布置形式在小型電動(dòng)汽車上應(yīng)用最普遍。

電動(dòng)機(jī)和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面，沒有傳動(dòng)軸和差速器，從而簡化了傳動(dòng)系統(tǒng)。但是，電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式需要兩個(gè)或四個(gè)電動(dòng)機(jī)，其控制電路也比較復(fù)雜，這種驅(qū)動(dòng)方式在重型電動(dòng)汽車上有較廣泛的應(yīng)用。

電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在20世紀(jì)90年代以前主要采用直流電動(dòng)機(jī)。它具有起動(dòng)加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力大、調(diào)速控制簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但是直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流由電刷和換向器引入，換向時(shí)產(chǎn)生電火花，換向器容易燒蝕，電刷容易磨損，需經(jīng)常更換，維護(hù)工作量大。接觸部分存在摩擦損失，不僅使電機(jī)效率降低，還限制了電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。

目前，無換向器真流無刷電動(dòng)機(jī)已經(jīng)面世，它由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角傳感器和電子開關(guān)控制電路組成。其中電子開關(guān)控制電路起到了普通直流電動(dòng)機(jī)中換向器的作用。直流無刷電動(dòng)機(jī)既有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，又具備運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗、運(yùn)行成本低和調(diào)速性能好等特點(diǎn)。因此，它在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用與日俱增。例如，寶馬公司生產(chǎn)的BMW EI電動(dòng)汽車和東京電力公司開發(fā)的IZA電動(dòng)汽車，均采用永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)輪。

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車上廣為應(yīng)用，這是因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以取消機(jī)械變速器，實(shí)現(xiàn)無級變速，使傳動(dòng)效率大為提高。另外，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，再生制動(dòng)能量的回收也更加簡單。當(dāng)采用鼠籠型轉(zhuǎn)子時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、價(jià)格便宜、工作可靠、效率高和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

另一種用于電動(dòng)汽車上的交流電動(dòng)機(jī)是交流同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)以永磁材料替代同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組時(shí)，則這種永磁同步電動(dòng)機(jī)可以取消電刷和滑環(huán)，而且沒有勵(lì)磁繞組的銅損，它比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率還要高，體積還要小。

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)被公認(rèn)是一種極有發(fā)展前途的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。它的定子和轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無繞組，也無永磁體，只在定子上繞有集中繞組。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有普通直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、成本低，可在極高的轉(zhuǎn)速下工作，能適應(yīng)高溫和強(qiáng)振動(dòng)的工作環(huán)境；②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速性能好；③調(diào)速范圍廣，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性；④在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都有很高的效率。

電動(dòng)汽車用的功率轉(zhuǎn)換器用作不同頻率的DC-DC轉(zhuǎn)換和DC-AC轉(zhuǎn)換。DC-DC轉(zhuǎn)換器又稱直流斬波器，用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩象限直流斬波器能把蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為可變的直流電壓，并能將再生制動(dòng)能量進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換。DC-AC轉(zhuǎn)換器通常稱作逆變器，用于交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓均可調(diào)的交流電。電動(dòng)汽車一般只使用電壓輸入式逆變器，因其結(jié)構(gòu)簡單又能進(jìn)行雙向能量轉(zhuǎn)換。

四、電源系統(tǒng)

電源是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的因素。作為電動(dòng)汽車的電源應(yīng)該具有高比能和高比功率等性能，以滿足汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求。另外，還應(yīng)具有與汽車使用壽命相當(dāng)?shù)难h(huán)壽命、效率高、成本低和免維護(hù)等特點(diǎn)。

目前用于電動(dòng)汽車上的電源主要是蓄電池，其次是燃料電池。蓄電池是能量存儲(chǔ)裝置，通過外界充電實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能；燃料電池是能量生成裝置，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。蓄電池技術(shù)成熟，價(jià)格合理，而燃料電池則被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的電動(dòng)汽車動(dòng)力源。

蓄電池的主要性能指標(biāo)有：①比能量--單位電池質(zhì)量所能存儲(chǔ)的電量(W?h/kg)，是評價(jià)電動(dòng)汽車整車質(zhì)量和續(xù)駛里程的指標(biāo)；②能量密度--單位電池體積所存儲(chǔ)的電量(W?h/L)，它影響蓄電池的尺寸；③比功率--單位電池質(zhì)量所能輸出的功率(W/kg)，是評價(jià)電動(dòng)汽車加速性、爬坡能力及最高車速的指標(biāo)；④功率密度--單位電池體積所能輸出的功率(W/L)；⑤循環(huán)壽命--蓄電池充、放電一次稱為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)壽命表示更換電池前所能完成的循環(huán)數(shù)。循環(huán)壽命短，將增加電動(dòng)汽車的維護(hù)費(fèi)用。