1.1　電動汽車組成及分類

1.1.1　電動汽車主要結構組成

電動汽車的組成包括電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心，也是區別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機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。

（1）電源　為電動汽車的驅動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉化為機械能。應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術的發展，鉛酸蓄電池由于能量低、充電速度慢、壽命短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等，這些新型電源的應用，為電動汽車的發展開辟了廣闊的前景。

（2）驅動電動機　驅動電動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。但直流電動機由于存在換向火花、功率小、效率低、維護保養工作量大等問題，隨著電機控制技術的發展，勢必逐漸被直流無刷電動機（BLDCM）、開關磁阻電動機（SRM）和交流異步電動機所取代，如無外殼盤式軸向磁場直流串勵電動機。

（3）調速控制裝置　電動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，其作用是控制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。

早期的電動汽車上，直流電動機的調速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數來實現。因其調速是有級的，且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構復雜，現已很少采用。應用較廣泛的是晶閘管斬波調速，通過均勻地改變電動機的端電壓，控制電動機的電流，來實現電動機的無級調速。在電子電力技術的不斷發展中，它也逐漸被其他電力晶體管（如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斬波調速裝置所取代。從技術的發展來看，伴隨著新型驅動電機的應用，電動汽車的調速控制轉變為直流逆變技術的應用，將成為必然的趨勢。

在驅動電動機的旋向變換控制中，直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現電動機的旋向變換，這使得電路復雜、可靠性降低。當采用交流異步電動機驅動時，電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電動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。

（4）傳動裝置　電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳給汽車的驅動軸，當采用電動輪驅動時，傳動裝置的多數部件常常可以忽略。因為電動機可以帶負載啟動，所以電動汽車上無需傳統內燃機汽車的離合器。因為驅動電機的旋向可以通過電路控制實現變換，所以電動汽車無需內燃機汽車變速器中的倒擋。當采用電動機無級調速控制時，電動汽車可以忽略傳統汽車的變速器。當采用電動輪驅動時，電動汽車也可以省略傳統內燃機汽車傳動系統的差速器。

（5）行駛裝置　行駛裝置的作用是將電動機的驅動力矩通過車輪變成對地面的作用力，驅動汽車行走。它同其他汽車的構成是相同的，由車輪、輪胎和懸架等組成。

（6）轉向裝置　轉向裝置是為實現汽車的轉彎而設置的，由轉向機、方向盤、轉向機構和轉向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過轉向機和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度，實現汽車的轉向。多數電動汽車為前輪轉向，工業中用的電動叉車常常采用后輪轉向。電動汽車的轉向裝置有機械轉向、液壓轉向和液壓助力轉向等類型。

（7）制動裝置　電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設置的，通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車滑片式空氣壓縮機電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行，使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。目前國內大功率載客汽車主要采用壓縮空氣制動，耐力滑片式空氣壓縮機常用于給電動汽車提供制動空氣。

（8）工作裝置　工作裝置是工業用電動汽車為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。

1.1.2　電動汽車分類

1.1.2.1　純電動汽車

純電動汽車采用單一蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電機提供電能，驅動電動機運轉，從而推動汽車前進。其最大優勢在于無污染、噪聲小，對環境保護十分有益。另外，純電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉、傳動部件少，維修保養工作量小，同時可回收制動、下坡時的能量，提高能量的利用效率。

在我國，首款面向個人銷售的純電動汽車是被命名為E6先行者的比亞迪純電動汽車，該車是自主研發的，以具有安全性高、儲電多、功率大等特點的鐵電池作為動力，一次充電最大續駛里程達到300km，列世界第一。而且，比亞迪還和南方電網合作，為每位購車者配備充電柜，只要車主有自己的固定車位，南方電網將上門為車主安裝，車主自己可在家中完成充電。而這不失為純電動汽車推廣的一條可行路徑。雖然純電動汽車的優勢明顯，但目前的普及程度仍遠不及內燃機汽車。其需要解決的問題如下。

①降低電動車價格　目前電動車整車價格昂貴的主要原因一方面是蓄電池的價格昂貴；另一方面是電動汽車量產小，配件未形成規模化生產。

②提高一次充電后的續駛里程　目前蓄電池單位重量存儲的能量太少，使得電動汽車的續駛里程過短，在一定程度上也制約了電動車的普及。

③延長蓄電池的使用壽命　目前一個新的蓄電池在使用1～2年后，其充滿電所能儲存的能量明顯下降，基本上3年就要報廢。

④發展包括充電設施在內的基礎設施　除工作單位、家庭等夜間充電設施外，還必須建立行車途中充電所必需的充電網絡。電動汽車要想普及，基礎充電設施的規模化、網絡化是一個不能回避的問題。

⑤建立一個電動汽車發展的相關行業標準　相關行業標準的缺失，容易導致各電動汽車制造企業各自為政，生產的電動汽車的充電插口以及相關零部件無法通用，限制了電動汽車的推廣普及。

1.1.2.2　混合動力電動汽車

混合動力電動汽車又稱復合動力汽車，它將先進的燃油發動機、電機、能量儲存裝置（如蓄電池等）結合起來。

（1）混合動力電動汽車的主要特點　與常規動力相比，混合動力電動汽車具有以下特點。

①使用經濟性和動力性大幅度改善。通過優化選擇確定原動機機型（通常選用汽油或柴油機），在較大負荷范圍內具有良好的運行性能。

②避免或減少了發動機目前瞬態變工況下的不良運行。

③利用電機回收汽車制動能量，回收率不低于70%。

④采用高效的能量存儲裝置（飛輪、電池或超級電容儲能器），向車輛提供瞬時能量，盡可能縮小發動機尺寸，提高效率，降低排放。

⑤車上容易布置，節省空間。

（2）混合動力電動汽車的關鍵技術

①電池技術　混合動力電動汽車電池在工作中處于非周期的充、放電循環狀態，因此，動力蓄電池處于頻繁的工作狀態，不僅需要高能量密度，而且還需要高功率密度，提高電池的使用壽命。所以提高電池的性能，提高電池的質量，是混合動力汽車發展需要解決的問題，是關鍵技術的第一步。電池技術，是驅動系統的關鍵。目前廣泛應用的混合動力電動汽車的動力驅動系統方案：蓄電池儲存電量，控制器控制蓄電池的工作狀況，電動機工作，以上三個過程的實現依靠電能；變速過程和驅動過程，上述兩個過程的實現依靠機械原理，也是混合動力電動汽車命名的科學依據。

②電池管理系統　混合動力電動汽車所用的動力電池的壽命、充放電效率、內阻等要受到電池放電速度、充放電電流大小以及具體的汽車行駛工況等諸多因素的影響。目前，混合動力電動汽車的技術還局限于電池恒流放電特性，或是只單一考慮了放電過程的變流放電特性研究，還存在巨大的技術空間有待開發，如不能模擬混合動力電動汽車電池實際使用狀況的模型。

③改進專用發動機　混合動力系統中，由于發動機的工況可以控制在一定范圍內，因而可通過特定范圍的工況設計，提高發動機的性能。發動機是能量轉換的第一步，能量轉換過程：發動機產生動力帶動發電機，發電機帶動電動機驅動系統，電動機驅動系統中產生的熱能轉化為電能，最終轉化為機械能，能量處于上述的轉換過程中。

④優化控制策略　混合動力系統的整車控制策略主要解決兩個核心問題：a.混合動力系統工作模式的變換，即如何根據工況，實現不同的工作狀態，實現合理行駛；b.在工作狀態下，動力的合理分配，即發動機功率的分配，實現理想的工作狀態。隨著對混合動力系統控制策略研究的深入，需要充分利用當今前沿的控制理論和方法（如模糊控制、神經網絡控制、自適應控制等），控制方法與汽車的性能有機的結合，最終改善汽車的性能，提高對各種工況的適應性，還可使混合動力電動汽車的操作更加智能和趨于完善。上述內容是混合動力汽車研究的核心問題。

⑤回收制動能量　混合動力電動汽車在制動過程中，部分動力可以被儲存，動能可以被再次利用，提高能源的利用率。充分回收制動能量，可以提高電動汽車能源的利用率。制動能力會受到車速、電機功率、電池狀態等的影響。制動是汽車行駛過程中，駕駛員的常用操作狀態，制動效果的好壞，直接影響汽車行駛的安全性，無論在何種工況下，都應首先滿足駕駛員的制動要求。如何在滿足車輛制動性能要求的前提下，提高電動汽車制動能量回收利用率，制定一套切實可行的實施方案，是當前電動汽車技術發展的一個全新課題。

（3）混合動力電動汽車的發展現狀　混合動力電動汽車的發展起步于20世紀90年代初，源于美國、日本以及歐洲等許多汽車技術水平比較發達的國家，考慮到充分利用能源，開始著手于電動汽車的理論研究，隨后進行試驗研究和試驗開發，已經取得了許多重大的研究成果。

①國內發展現狀　我國對混合動力電動汽車的研究，起步相對較晚，技術比較滯后，經過幾年的時間，才有一定程度的發展，尤其是在動力電池方面，目前已達國際領先水平，成為電動汽車電池全球最重要的供應商。隨著我國在電動汽車技術研究上的不斷進步，目前，我國已經可以獨立開發驅動電動機及其控制系統，處于行業領先水平。成果總結如下：a.開發出轎車用凈輸出30kW的燃料電池發動機；b.開發出60kW和100kW功率等級的客車用驅動電動機；c.開發出大功率氫-空氣燃料電池組。

目前，我國大多數的汽車企業（如比亞迪汽車、一汽、上海大眾、東風汽車、長安汽車、奇瑞汽車、吉利汽車等）都在進行混合動力電動汽車的研發工作，并取得一定的成果。一汽公司從2005年12月開始生產混合動力電動公共汽車，自主創新，研發核心技術，其設計的電動公共汽車采用雙軸并聯式的驅動方式。東風汽車公司自主開發的混合動力電動公共汽車“EQ6110H電動汽車”，已大量投產并使用，消費者反饋信息良好，對其使用性能比較滿意。

②國外發展現狀　日本豐田和本田、英國FRZAER-NASH公司、美國藍鳥客車公司的電動客車和轎車已經上市，美國是世界上應用電動汽車最為廣泛的國家，電動汽車的普及率比較高。此外，美國政府能源部與汽車制造商進行合作，強強聯合，從國家的角度出發，合作開發燃料電池電動汽車。

法國政府制定了各種優惠政策，以實際行動支持使用電動汽車，宣傳的力度較大，鼓勵國民購買電動汽車，并給予一定的經濟補貼。近些年來，歐洲很多比較著名的汽車生產廠商，相繼推出了混合動力電動汽車，使用的技術也日趨成熟。

日本豐田公司開發的Prius混合動力系統已經批量上市；本田公司開發的Insight電動汽車已經批量上市，目前在日本國內乃至全球的銷量都很好。代表汽車零部件最高技術水平的德國“博世公司”積極開發混合動力電動汽車技術，為電動汽車生產企業提供質量最為可靠的零部件。

1.1.2.3　燃料電池汽車

電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，直接變成電能獲得的。這種化學反應過程不會產生有害產物。燃料電池汽車與純電動汽車最大的區別在于兩個電池的概念不一樣，純電動汽車用的是蓄電池，把電儲存在電池里。燃料電池并不是蓄電池，而是一個發電裝置，能源儲存在氫里面，使氫氣和氧氣產生化學反應而發電。氫燃料電池車與純電動汽車相比，在使用過程中具有優勢，純電動汽車完全充電至少需要7～8h，氫燃料電池車的加氫時間僅為3～5min，而且氫燃料電池車一次加滿氫后的續駛里程遠高于純電動汽車。例如奔馳B級氫燃料電池汽車在儲氫罐充滿燃料的情況下，續航里程可達400km。燃料效率高，大約是汽油車的3倍。排放極低，當采用氫燃料時其排放量為零，是真正的無污染清潔汽車，車輛噪聲也很低。

在我國，燃料電池汽車是“十五”期間全國12個重大研究專項之一。2012年3月“兩會”期間，科技部電動汽車重大項目管理辦公室副主任甄子健認為，燃料電池汽車在5～10年后，將可以像近2年的電動汽車一樣，通過示范運行進入商業化銷售階段。但是就目前來說燃料電池汽車仍存在以下技術難題。

①氫氣的來源、儲存以及將燃料（石油、天然氣、煤、甲醇及其他非石油基燃料）轉為氫氣的重整器問題尚未解決，這也導致了氫燃料電池汽車的運營成本偏高。從目前各大汽車公司推出的制造成本上百萬美元的燃料電池概念車來看，如果不能大幅度地降低其成本的話，燃料電池汽車的推廣普及仍是可望而不可即的。

②配套設施極度不完善。加氫站等基礎設施幾乎為零，目前全球的加氫站不到100家，而且還處于實驗性階段，這嚴重影響了氫燃料電池汽車的普及。

③燃料電池汽車整車及關鍵零部件技術標準嚴重缺乏，使得燃料電池的產業化受到了嚴重的制約。

有專家分析，要解決上述問題，樂觀估計需10～20年。不過，一旦上述問題得到有效解決，必將大大加速燃料電池汽車的產業化進程。

目前，國家對于研發電動汽車和燃料電池汽車的相關企業增加了扶持的力度，加大了相關配套基礎設施的建設，同時也出臺了一些優惠措施鼓勵企業和個人購買新能源汽車。