1. 純電動汽車的基本結構和原理

            2018-12-29 09:43:36 廣州旺眾教育科技有限公司

            首先,純電動汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯軸器和轉動軸傳遞的,因此,純電動汽車各部件的布置具有很大的靈活性。

            另外,不同的能源補充裝置具有不同的硬件和機構,例如,蓄電池可通過感應式和接觸式的充電機充電,或者采用更換蓄電池的方式,將替換下來的蓄電池再進行集中充電。

            1、電力驅動控制系統

            1)車載電源模塊

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            蓄電池是純電動汽車的唯一能源,它除了供給汽車驅動行駛所需的電能外,也是供應汽車上各種輔助裝置的工作電源。蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯的方式組合成所要求的電壓一般為12V或24V的低壓電源,而電動機驅動一般要求為高壓電源,并且所采用的電動機類型不同,其要求的電壓等級也不同。為滿足該要求,可以用多個12V或24V的蓄電池串聯成96~384V高壓直流電池組,再通過DC/DC轉換器供給所需的不同電壓。也可按所需要求的電壓等級,直接由蓄電池組合成不同電壓等級的電池組,不過這樣會給充電和能源管理帶來相應的麻煩。另外,由于制造工藝等因素,即使同一批量的蓄電池其電解液濃度和性能也會有所差異,所以在安裝電池組之前,要求對各個蓄電池進行認真的檢測并記錄,盡可能把性能接近的蓄電池組合成同一組,這樣有利于動力電池組性能的穩定和延長使用壽命。

            能源管理系統的主要功能是在汽車行駛中進行能源分配,協調各功能部分工作的能量管理,使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系統與電力驅動主模塊的中央控制單元配合在一起控制發電回饋,使在純電動汽車降速制動和下坡滑行時進行能量回收,從而有效地利用能源,提高純電動汽車的續程能力。能源管理系統還需與充電控制器一同控制充電。為提高蓄電池性能的穩定性和延長使用壽命,需要實時監控電源的使用情況,對蓄電池的溫度、電解液濃度、蓄電池內阻、電池端電壓、當前電池剩余電量、放電時間、放電電流或放電深度等蓄電池狀態參數進行檢測,并按蓄電池對環境溫度的要求進行調溫控制,通過限流控制避免蓄電池過充、放電,對有關參數進行顯示和報警,其信號流向輔助模塊的駕駛室顯示操縱臺,以便駕駛員隨時掌握并配合其操作,按需要及時對蓄電池充電并進行維護保養。

            充電控制器是把電網供電制式轉換為對蓄電池充電要求的制式,即把交流電轉換為相應電壓的直流電,并按要求控制其充電電流。充電器開始時為恒流充電階段。當電池電壓上升到一定值時,充電器進入恒壓充電階段,輸出電壓維持在相應值,充電器進入恒壓充電階段后,電流逐漸減小。當充電電流減小到一定值時,充電器進如涓流充電階段。還有的采用脈沖式電流進行快速充電。

            電力驅動主模塊主要由中央控制單元、驅動控制器、電動機、機械傳動裝置組成。為適應駕駛員的傳統操縱習慣,純電動汽車仍保留了加速踏板、制動踏板及有關操縱手柄或按鈕等。不過在純電動汽車上是將加速踏板、制動踏板的機械位移量轉換為相應的電信號,輸入到中央控制單元來對汽車的行駛實行控制。對于離合器,除了傳統的驅動模式采用外其他的驅動結構就都省去了。而對于擋位變速桿,為遵循駕駛員的傳統習慣,一般仍需保留,有前進、空擋、倒退三個擋位,并且以開關信號傳輸到中央控制單元來對汽車進行前進、停車、倒車控制。

            中央控制單元不僅是電力驅動主模塊的控制中心,也要對整輛純電動汽車的控制起到協調作用。它根據加速踏板與制動踏板的輸入信號,向驅動控制器發出相應的控制指令,對電動機進行起動、加速、降速、制動控制。在純電動汽車降速和下坡滑行時,中央控制器配合車載電源模塊的能源管理系統進行發電回饋,使蓄電池反向充電。對于與汽車行駛狀況有關的速度、功率、電壓、電流及有關故障診斷等信息還需傳輸到輔助模塊的駕駛室顯示操縱臺進行相應的數字或模擬顯示,也可采用液晶屏幕顯示來提高其信息量。

            (2)驅動控制器。

            (3)電動機。

            電動機與驅動控制器所組成的驅動系統是純電動汽車中最為關鍵的部件,純電動汽車的運行性能主要取決于驅動系統的類型和性能,它直接影響著車輛的各項性能指標,如車輛在各工況下的行駛速度、加速與爬坡性能以及能源轉換效率。

            純電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳輸給汽車的驅動軸,從而帶動汽車車輪行駛。由于電動機本身就具有較好的調速特性,其變速機 構可被大大簡化,較多的是為放大電動機的輸出轉矩僅采用一種固定的減速裝置。又因為電動機可帶負載直接起動,即省去了傳統內燃機汽車的離合器。由于電動機可以容易地實現正反向旋轉,所以也就無需通過變速器中的倒擋齒輪組來實現倒車。

            3)輔助模塊

            (1)輔助動力源。

            (2)動力轉向單元。

            電子控制動力轉向系主要有電控液力轉向系和電控電動轉向系兩類,對于純電動汽車較適于選用電控電動轉向系。多數汽車為前輪轉向,而工業用電動叉車常采用后輪轉向,為提高汽車轉向時的操縱穩定性和機動性,較理想的是采用四輪轉向系統,而對于采用輪轂式電動機分散驅動的純電動汽車,由于電動機控制響應速的提高,可更容易地實現四輪電子差速轉向控制。另外,為配合轉彎時左右兩側車輪有相應的差速要求,還需同時控制電子差速器協調工作。

            它類同于傳統汽車駕駛室的儀表盤,不過其功能根據純電動汽車驅動的控制特點有所增減,其信息指示更多地選用數字或液晶屏幕顯示。它與前述毛力驅動主模塊中的中央控制單元結合,用計算機進行控制。萬向電動汽車有限公司已為此研發了純電動汽車專用的數字化電控系統,它是以CAN總線、嵌入式技術為核心的數字化整車電控系統,GPS/GPRS集成到車載信息系統,提升純電動汽車檔次,符合環保時尚消費理念。

            純電動汽車的輔助裝置主要有照明、各種聲光信號裝置、車載音響設備、空調、刮水器、風窗除霜清洗器、電動門窗、電控玻璃升降器、電控后視鏡調節器、電動座椅調節器、車身安全防護裝置控制器等。它們主要是為提高汽車的操控性、舒適性、安全性而設置的,有些是必要的,有些是可選用的。與傳統汽車一樣,大都有成熟的專用配件供應。不過選用時應考慮到純電動汽車能源不富裕的特點,特別是空調所消耗的能量比較大,應盡可能從節能方面考慮。另外,對于有些裝置可用液壓或電動兩種方式來控制的,一般選用電動控制的較為方便。

            汽車底盤是整個汽車的基體,不僅起著支承蓄電池、電動機、驅動控制器、汽車車身、空調及各種輔助裝置的作用,同時也將電動機的動力進行傳遞和分配,并按駕駛員的意圖(加速、減速、轉向、制動等)行駛。

            對于純電動汽車其傳動系根據所選驅動方式(圖5.2)不同,不少被簡化或干脆省掉。

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            行駛系包括車橋、車架、懸架、車輪與輪胎,其中車橋如采用輪轂電動機驅動也就省去了;車架是整個汽車的裝配基體,其作用主要是支承連接汽車的各零部件,承受來自車內和車外的各種載荷;懸架是車架(或車身)與車輪(或車橋)之間的一切傳力連接裝置的總稱,它主要由彈性元件、減振器和導向機構等組成。它與充氣輪胎一起緩和不平路面對車輛的沖擊振動;車輪主要由輪輞、輪輻等組成,其內部還需安裝制動器,并還可能需要安裝輪轂電動機,所以結構會很緊湊;為減小純電動汽車行駛時的滾動阻力,輪胎采用子午線輪胎為好。

            制動系由供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器四個基本部分組成,按其功用不同被分為行車制動系、駐車制動系、應急制動系和輔助制動系等,對于純電動汽車由于可利用電動機實現再生制動進行能量回收,并且還可利用電磁吸力實現電磁制動,因此隨著技術的發展其制動系也將會有較大的變化。


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