第一節　純電動車的結構與工作原理

一、純電動車的特點

純電動車（Blade Electric Vehicles，又稱為Battery Electric Vehicle，BEV）即由電動機驅動的汽車，電動機的驅動電能來源于車載可充電蓄電池或其他能量儲存裝置。大部分車輛直接采用電動機驅動，有一部分車輛把電動機裝在發動機艙內，也有一部分直接以車輪作為四臺電動機的轉子，其難點在于電力儲存技術。

純電動車具有以下特點：

（1）優點

①對環境污染小。本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其他污染物也顯著減少。由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關技術。

②有效緩解石油短缺危機。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力、光、熱等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔心。

③提高發電設備經濟效益。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發電設備日夜都能充分利用，大大提高其經濟效益。

④節約能源，減少溫室氣體排放。有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量。

⑤技術相對簡單、成熟，只要有電力供應的地方都能夠充電。

正是這些優點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業的一個“熱點”。有專家認為，對于電動車而言，目前最大的障礙就是基礎設施建設以及價格影響了產業化的進程。與混合動力相比，電動車更需要基礎設施的配套，而這不是一家企業能解決的，需要各企業聯合起來與當地政府部門一起建設，才會有大規模推廣的機會。圖1-1為三菱公司的一款純電動車總體布置示意圖。

（2）缺點

①電池技術不夠成熟。目前蓄電池單位質量儲存的能量太少，致使純電動車續駛里程不足。

②整車價格高。電動車的電池較貴，又沒形成經濟規模，故購買價格較貴。

③目前的使用成本比普通汽車稍高。這主要取決于電池的壽命及當地的油、電價格，在某些地區的使用成本可能比普通汽車還低。

2012年5月11日，GB/T 28382—2012《純電動乘用車　技術條件》正式發布實施，該標準適用于使用動力蓄電池驅動、5座以下的純電動車，對車速、安全、質量分配、加速性能、爬坡性能、低溫性能、可靠性等方面的技術指標做了詳細的規定。

二、純電動車的結構與工作原理

純電動車相比燃油汽車而言，主要差別體現在四大部件上，即驅動電動機、調速控制器、動力蓄電池及車載充電動機。也就是說，純電動車的品質差異取決于這四大部件，其價值高低也取決于這四大部件的品質，純電動車的用途也與四大部件的選用配置直接相關。

1.純電動車的基本組成

純電動車由車載電源、電池組管理系統、電源輔助設施、電動機、控制器、底盤、車身等七部分組成，沿用傳統的汽車構造結構劃分方式，也可將純電動車分成電動機、底盤、車身和電氣四部分。圖1-2所示為典型的純電動車主要總成布置。

（1）電動機

電動機是電動車的動力裝置。它是根據電磁感應原理實現電能轉換的一種電磁裝置，在電路中用字母M表示。它的主要作用是產生旋轉運動，作為用電器或各種機械的動力源。

（2）發電機

發電機的主要作用是將機械能轉化為電能，它在電路中用字母G表示。

（3）冷卻系統

冷卻系統一般由散熱器、水泵、風扇、節溫器、冷卻液溫度表和放水開關等組成。電動車發動機采用兩種冷卻方式，即空氣冷卻和水冷卻，一般電動車發動機多采用水冷卻。

（4）傳動系統

圖1-3所示為典型的純電動車驅動橋，由于電動機具有良好的牽引特性，因此蓄電池汽車的傳動系統不需要離合器和變速器。車速控制由控制器通過調速系統改變電動機的轉速即可實現。

（5）行駛系統

行駛系統與燃料汽車類似，主要包括車架、車橋、車輪和懸架等。

電動車行駛系統的作用是接受電動機經傳動系統傳來的轉矩，并通過驅動輪與路面間的附著作用，產生路面對電動車的牽引力，以保證整車正常行駛。此外，它應盡可能緩和不平路面對車身造成的沖擊和振動，保證電動車正常行駛。

（6）轉向系統

電動車轉向系統的作用是保持或者改變電動車的行駛方向。包括轉向操縱機構、轉向器、轉向傳動機構等部件。

轉向系統由轉向盤、轉向器、轉向節、轉向節臂、橫拉桿、直拉桿等組成。電動車在轉向行駛時，要保證各轉向輪之間有協調的轉角關系。駕駛人通過操縱轉向系統，使電動車保持在直線或轉彎運動狀態，或者在上述兩種運動狀態間互相轉換；還要保證在行駛狀態下，轉向輪不會產生自振，轉向盤沒有擺動，轉向靈敏，最小轉彎直徑小，操縱輕便。

（7）制動系統

制動系統是電動車裝備的全部制動和減速系統的總稱，它的作用是使行駛中的電動車降低速度或停止行駛，或使已停駛的電動車保持不動。

制動系統包括制動器、制動傳動裝置?，F代電動車制動系統中還裝設了制動防抱死裝置。

與燃料汽車相似，純電動車的制動系統也由行車制動和駐車制動兩套裝置構成。

（8）電氣設備

電動車電氣設備主要由蓄電池、發電機、照明燈具、儀表、音響裝置、刮水器等組成。

①蓄電池。蓄電池的作用是供給電動機用電。為了滿足電動車對高電壓的需要，純電動車一般是以由多個12V或24V的電池串、并聯形成的動力電池組作為動力源，動力電池組的電壓為155～400V，用周期性的充電來補充電能。動力電池組是純電動車的關鍵裝備，它儲存的電能及其自身的質量和體積對純電動車的性能起決定性影響。

動力電池組在純電動車上占據很大一部分有效的裝載空間，在布置上有相當的難度，通常有集中式布置和分散式布置兩種形式。通用公司的EV-1采用了Delco電池組，采用集中式布置形式，動力電池組的支架為T形架（圖1-4）。T形架裝在車輛的地板下面和行李艙下面的車架上，動力電池組固定在T形架上，有很好的穩定性，它從車輛的尾部安裝。在T形架上裝有動力電池組的通風系統、電線保護套等，用自動和手動斷路器在車輛停車和車輛出現故障時切斷電源，保證高壓電路的安全。

日本豐田汽車公司的RAV4EV是將動力電池組用支架固定在純電動車的車架上，動力電池組由24節12V的鎳-氫電池組成，總電壓為288V。動力電池組分成若干個“小組”，呈分散式布置在車架上，然后串聯起來，這樣可以充分利用車輛底盤上的有效空間。典型的動力電池組的分散式布置形式如圖1-5所示。動力電池組布置在純電動車地板下面是最常見的布置方法，這樣方便安裝和拆卸。

②燈具、儀表。燈具、儀表是提供照明并顯示電動車狀態的部件組合。儀表一般提供蓄電池電壓顯示、整車速度顯示、行駛狀態顯示、燈具狀態顯示等，智能型儀表還能顯示整車各電氣部件的故障情況。

（9）能量回收系統

能量回收系統的作用是在電動車滑行時，能夠將滑行產生的動能轉換成機械能，并將其存儲在電容器或為動力蓄電池充電，在使用時可迅速將能量釋放。

（10）散熱系統

由于蓄電池在車輛運行的過程中會產生大量的熱量，因此，擁有一個良好的散熱系統，無論是對電動車的安全還是其蓄電池的壽命長短至關重要。

（11）車身

車身分為車頭和車廂兩個部分。

車頭是乘坐駕駛人的位置，一般可乘坐駕駛人和副駕駛人兩人。

車廂是根據客戶需求改裝而來，包括車廂配置、用料、空間設計等。

為了使乘客獲得最大的舒適感，電動車一般采用單人座并排的方式，至于座椅的數量則根據具體車型而有所不同。

（12）工業裝置

工業裝置是工業用純電動車上用來完成作業要求而專門設置的，如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機驅動的液壓系統完成。

2.純電動車的工作原理

純電動車是由蓄電池的能量使電動機驅動車輪前進，如圖1-6所示。能量流動路線為蓄電池→電流→電力調節器→電動機→動力傳動系統→驅動輪。其中，蓄電池提供電流，經過電力調節器后輸出到電動機，然后由電動機提供扭矩，經傳動裝置后驅動車輪實現車輛的行駛。

三、純電動車的類型

純電動車發展至今，種類較多，通常按照車輛驅動系統的組成、車載電源數目以及車輛的用途對純電動車進行分類。

1.按驅動系統組成和布置形式分類

按照電力驅動子系統的組成和布置形式不同，純電動車分為機械傳動型、無變速器型、無差速器型和電動輪型四種，圖1-7是各種形式驅動系統的示意圖。

（1）機械傳動型純電動車

機械傳動型純電動車的結構如圖1-7（a）所示，它是以燃油汽車發動機前置、后輪驅動的結構為基礎發展而來的，保留了內燃機汽車的傳動系統，不同之處是把內燃機換成了電動機。這種結構可以確保純電動車的啟動轉矩及低速時的后備功率，對驅動電動機要求低，因此，可選擇功率較小的電動機。

（2）無變速器型純電動車

無變速器型純電動車的一種結構如圖1-7（b）所示，該結構的最大特點是取消了離合器和變速器，采用固定速比減速器，通過控制電動機來實現變速功能。這種結構的優點是機械傳動裝置的質量輕、體積小，但對電動機的要求比較高，不僅要求具有較高的啟動轉矩，而且要求具有較大的后備功率，以保證純電動車的起步、爬坡、加速等動力性能。

無變速器型純電動車的另外一種結構如圖1-7（c）所示，這種結構與傳統燃油汽車的發動機橫向前置、前輪驅動的布置方式類似。它把電動機、固定速比減速器以及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十分普遍。

（3）無差速器型純電動車

無差速器型純電動車的結構如圖1-7（d）所示，這種結構采用了兩臺電動機，通過固定速比減速器來分別驅動兩個車輪，可以實現對每個電動機轉速的獨立調節。因此，當汽車轉向時，可以通過電動機的電子控制系統控制兩個車輪的差速，從而滿足轉向的要求。但是，這種結構的電動機控制系統相對來說比較復雜。

（4）電動輪型純電動車

電動輪型純電動車的一種結構如圖1-7（e）所示，這種結構是將電動機直接裝在驅動輪內（也稱輪轂電動機），可以進一步地縮短電動機到驅動車輪之間的動力傳遞路徑，減少能量在傳動路徑上的損失，但要實現純電動車的正常工作，還需要添加一個減速比較大的行星齒輪減速器，將電動機的轉速降低到理想的車輪轉速。

電動輪型純電動車的另一種結構如圖1-7（f）所示，這種結構將低速外轉子電動機的外轉子直接安裝在車輪的輪緣上，去掉了減速齒輪，因此電動機和車輛的驅動車輪之間沒有任何機械傳動裝置，沒有機械傳動損失，能量的傳遞效率高，空間的利用率最大。但是這種結構對電動機的性能要求較高，要求其具有很高的啟動轉矩和較大的后備功率，以確保車輛的可靠工作。

2.按車載電源數不同分類

按車載電源數不同，純電動車可以分為單電源純電動車和多電源純電動車兩種。

（1）單電源純電動車

在單電源純電動車上，其主要電源一般是蓄電池，如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池等。單電源純電動車的結構較為簡單，控制也比較簡單，其主要缺點是主電源的瞬時輸出功率容易受蓄電池性能的影響，車輛制動能量的回饋效率也會受制于蓄電池的最大可接受電流及蓄電池的荷電狀態。

（2）多電源純電動車

多電源純電動車一般由蓄電池加蓄能裝置構成。采用蓄電池加超級電容或蓄電池加飛輪電池的電源組合，可以降低對蓄電池的容量、比能量、比功率等的要求。當汽車起步、加速、爬坡時，輔助蓄能裝置（超級電容、飛輪電池）可短時間內輸出大功率，協助蓄電池供電，使電動汽車的動力性提高；當汽車制動時，則利用輔助蓄能裝置可接受大電流充電，提高制動能量回饋的效率。

3.按用途不同分類

按照用途不同，純電動車可以分為純電動轎車、純電動貨車和純電動客車三種。

（1）純電動轎車

純電動轎車是目前最常見的純電動車。除了一些概念車，純電動轎車已經有了小批量生產，并已經進入市場。

（2）純電動貨車

顧名思義，純電動貨車就是主要用來運送貨物的純電動車，用作公路運輸的純電動貨車目前還比較少見，而在礦山、工地及一些特殊場地，則早已出現了一些大噸位的純電動載貨汽車。

（3）純電動客車

純電動客車是一種以載客為目的的純電動車，目前，純電動小型客車也比較少見；純電動大客車多用作公共汽車。

除上述三種外，純電動車還有一種稱為純電動微型汽車。純電動微型汽車有載客式、載貨式及其他用途式，如圖1-8所示。這種純電動車的特點是體積小，時速低，一般最高車速在50～60km/h，行駛里程較短，成本低。

四、純電動車的驅動系統布置形式

純電動車的驅動系統由驅動電動機和驅動操縱系統共同組成，其結構形式不同，采用的驅動系統也不同。純電動車的驅動系統有集中驅動系統和輪轂驅動系統兩種。任何一種電動機都可以與不同的傳動系統組合成集中驅動系統或輪轂驅動系統，并組成不同形式的系列化的純電動車。

經過幾十年的發展，新開發和研制出來的純電動車的動力性能已經能夠與內燃機汽車相媲美。純電動車的驅動系統比內燃機汽車的驅動系統更加先進，結構更加緊湊?，F代純電動車大多數裝備了專用電動機，有利于實現機電一體化和自動控制。

1.集中式驅動方式

集中式驅動方式主要由電動機、變速器和差速器等組成。它采用單電動機驅動代替內燃機，而傳統內燃機汽車零部件及結構不改變，故設計制造成本低，但傳動效率低，一般用于小型電動車輛。按有無變速器它又可分為傳統型和電動機驅動橋型，而電動機驅動橋型又分為電動機驅動橋組合型和電動機驅動橋整體型兩種。

（1）傳統型

傳統型驅動系統主要由電動機、變速器、差速器、半軸組成。它用電動機替代發動機，但仍然采用內燃機汽車的傳動系統，包括離合器、變速器、傳動軸和驅動橋等總成，結構復雜，效率低，不能充分發揮電動機的性能。傳統驅動模式有電動機前置、驅動橋前置，電動機前置、驅動橋后置等多種形式，其結構如圖1-9所示。

（2）電動機驅動橋型

①電動機驅動橋組合型。電動機驅動橋組合型驅動方式也稱為“平行式電動機-傳動裝置組合式驅動系統”。它是在電動機的輸出端的外殼下部，裝置機械式傳動裝置的減速齒輪和差速器齒輪，動力經過左右兩個半軸來驅動車輪，其結構如圖1-10所示。這種電動機-傳動裝置組合式驅動系統結構緊湊，安裝、使用和維護都十分方便。它有電動機前置、驅動橋前置，電動機后置、驅動橋后置等驅動模式。

②電動機驅動橋整體型。電動機驅動橋整體型驅動系統又可分為同軸式驅動系統和雙聯式驅動系統。

a.同軸式驅動系統。同軸式驅動系統的電動機是一種特殊的空心軸的電動機，在電動機一端的外殼中安裝傳動裝置的減速齒輪和差速齒輪。差速器帶動左右兩個半軸，其中右半軸是通過電動機的空心軸與車輪相連，左半軸通過左端外殼與車輪相連接，如圖1-11所示。電動機與傳動裝置組合成一個整體驅動橋，形成“機電一體化”驅動橋的傳動系統，使純電動車的傳動系統更加緊湊，簧載質量大大地減輕，有利于提高車輛的平順性。

b.雙聯式驅動系統。雙聯式驅動系統，取消了齒輪傳動機構，完全實現了“機電一體化”傳動方式。它由左、右兩個永磁電動機直接通過半軸帶動車輪轉動。左、右兩個電動機由中央控制器的電控差速模塊控制，形成機電一體化的差速器，使驅動系統的結構簡化，質量明顯降低，它要比一般機械式差速器可靠和輕便。圖1-12所示為由兩個永磁電動機組成的雙電動機驅動系統的結構示意圖。雙電動機驅動橋傳動系統與相同功率的單電動機驅動橋傳動系統相比較，電動機的直徑要小得多，因此可以將雙聯式電動機驅動橋布置在純電動車的地板下面，這樣更加有利于車輛的整體布置。但雙聯式電動機的軸向長度要長一些。

2.輪轂驅動方式

電動輪驅動系統可以布置在純電動車的兩個前輪、兩個后輪或四個車輪的輪轂中，成為前輪驅動、后輪驅動或四輪驅動的純電動車。

輪轂電動機驅動方式有兩種結構：一種是內定子外轉子結構，其外轉子直接安裝在車輪的輪緣上，由于這種結構沒有機械減速機構提供減速，因此通常要求電動機為低速轉矩電動機；另一種就是一般的內轉子外定子結構，其轉子作為輸出軸與固定減速比的行星齒輪變速器的太陽輪相連，而車輪輪轂與其齒圈連接，這樣能提供較大的減速比，來放大其輸出轉矩。兩種結構的輪轂電動機的結構示意圖如圖1-13所示。

圖1-14為輪轂電動機的實物圖，當采用輪轂電動機驅動時，純電動車上驅動電動機輸出的扭矩傳遞到驅動車輪的傳遞路徑大大縮短，這樣可騰出足夠的空間，便于對總體布置的進一步優化，而且當采用內定子外轉子結構時，還能夠提高對車輪動態響應的控制性能。采用輪轂電動機時，由于可以對每臺電動機的轉速進行單獨調節控制，因此可以實現電子差速，這樣即可省去機械差速器，還有利于提高汽車在轉彎時的操縱性。按照純電動車上輪轂電動機的布置形式，純電動車可以分為雙前輪驅動、雙后輪驅動和前后四輪驅動。

五、增程式純電動車

增程式電動汽車是一種配有外充電和車載供電功能的純電動車（也有將其歸類于混合動力車）。裝載的電池滿足日常行車的動力需要，當超出了電池電力供應能力范圍時，由其他動力源為電池組充電繼續驅動車輪行駛。電池組可由地面充電樁充電或由車載發動機充電。整車運行模式可根據需要工作于純電動模式和增程模式。

增程式電動汽車的工作模式與插電式混合動力汽車非常類似，兩者都可以工作在純電動模式下，電池組都具有外接充電方式和發動機充電方式。增程式電動汽車和插電式混合動力汽車的主要區別：混合動力汽車基本以內燃機為動力源行駛，電力只是補充，無法依靠純電行駛太遠；而增程式電動汽車，動力來源都是電力，發動機只是用作續行為電池充電。

增程式電動汽車的典型代表是雪佛蘭Volt（圖1-15），此外，吉利、長城、廣汽、寶馬、奇瑞等品牌汽車公司也相繼推出增程式電動汽車。雖然Volt搭載了一款小型發動機，但其設計理念是以純電動為主。在電池電量充足的情況下，驅動車輛的能量全部由電池提供，只有在電池電量不足的時候，會啟動發動機給電池充電。

1.Volt動力系統布置

如圖1-16所示，Volt采用前置前驅方式，充電接口位于車輛側前方，T形鋰電池布置在中部。動力系統由兩臺電動機和一個內燃機組成，通過三組離合器和一個行星輪連接，實現不同的工作模式，以適應行駛工況的需求。

2.Volt工作模式

Volt驅動系統采用同軸連接方式，電動機、行星齒輪、發動機呈直線排列，如圖1-17所示。功率較大的主驅動電動機MG1與太陽輪機械連接，輸出軸與行星齒輪架機械連接，齒圈的連接則因為三個離合器的不同結合狀態形成不同的工作模式：低速純電動模式、低速增程模式、高速純電動模式和高速增程模式等。

（1）模式1（低速純電動）

如圖1-18所示，在該模式下，齒圈被離合器C1鎖止，而離合器C2與離合器C3均處于分離狀態。發電機和發動機與動力總成分開，都不工作。主驅動電動機通過行星齒輪減速后將動力傳遞給輸出軸驅動車輪。該模式下，車輛僅由主驅動電動機驅動，最高速度65km/h。

（2）模式1（制動能量回饋）

如圖1-19所示，在模式1狀態下，踩下制動踏板，車輛進入制動能量回饋狀態，該模式下主電動機作為發電機，由車輪能量帶動電動機發電，將車輛的動能轉換為電能儲存回電池中。

（3）模式2（低速增程）

如圖1-20所示，在車速為40～80km/h，電池電量在35％以下時，發動機啟動，進入低速增程模式。該模式下，離合器C1和離合器C3結合，發動機帶動發電機MG2進行發電。主驅動電動機從電池及發電機產生的電能驅動車輛。

（4）模式3（高速純電動）

如圖1-21所示，該模式下，離合器C1分離，離合器C2結合。電動機MG2與輪系內齒圈連接，電動機MG2和主驅動電動機MG1通過行星輪系同時驅動車輛行駛。電動機MG2加入降低了主驅動電動機MG1轉速需求。

（5）模式3（制動能量回饋）

如圖1-22所示，與模式1（制動能力回饋）狀態相似，將車輛的動能轉換為電能儲存回電池中。

（6）模式4（高速增程）

如圖1-23所示，在電池電量過低，高速行駛車況下，高速增程模式啟動。該模式下，離合器C2、C3結合，C1分離。發動機與主驅動電動機MG1共同驅動車輛行駛，同時發動機帶動發電機MG2給電池充電。

汽車長時間處于高速行駛的工況下，僅僅用電池作為能量源輸出，汽車性能無法滿足車輛動力性能需求，所以，行星齒輪動力耦合器將發動機與電動機兩者動力耦合并輸出動力。因此，對于第四種模式，更確切說法應該是屬于混合動力模式，這在Volt的設計定位之初也頗具爭議。

（7）模式5（停車發電）

如圖1-24所示，在停車狀態下，電池電量不足時，停車發電模式啟動。離合器C3結合，主電動機關閉，發動機帶動發電機MG2給電池充電，以補充電池電量。