第二章電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)與工作原理

第二章電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)第一節(jié)純電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)組成電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng)組成

｛1｝

電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：〔1〕電控單元〔2〕功率轉(zhuǎn)換器

〔3〕電動(dòng)機(jī)〔4〕

機(jī)械傳動(dòng)安裝〔5〕

驅(qū)動(dòng)車(chē)輪

｛2｝

主能源系統(tǒng)：〔1〕主電源

〔2〕能源管理系統(tǒng)〔3〕

充電系統(tǒng)

｛3｝

輔助控制系統(tǒng)：〔1〕動(dòng)力轉(zhuǎn)向〔2〕溫度控制〔3〕輔助動(dòng)力供應(yīng)

圖2-6直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的根本構(gòu)造表示圖第一節(jié)純電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)組成圖2-7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)任務(wù)原理表示圖第一節(jié)純電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)組成圖2-8交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根本構(gòu)造表示圖第一節(jié)純電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)組成圖2-9交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)任務(wù)原理表示圖第一節(jié)純電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)組成第二節(jié)電動(dòng)汽車(chē)的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：是能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與車(chē)輪之間的紐帶，其作用是將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的能量(化學(xué)能、電能)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，推進(jìn)車(chē)輛抑制各種滾動(dòng)阻力、空氣阻力、加速阻力和爬坡阻力，制動(dòng)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋給能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)。現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)不同，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以省去復(fù)雜笨重的機(jī)械齒輪變速機(jī)構(gòu)就能提供滿足車(chē)輛行駛速度范圍和負(fù)載變化大的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。高效率、高性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)展的關(guān)鍵技術(shù)之一?？偟膩?lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)對(duì)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求如下:(1)本錢(qián)。要求電動(dòng)汽車(chē)整個(gè)系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)具有同樣的價(jià)錢(qián)程度。(2)性能。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，恒功率范圍寬、瞬時(shí)功率大，過(guò)載才干強(qiáng)，加速性能好。(3)調(diào)速范圍廣大。包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。(4)最優(yōu)的能量利用率。在最輕分量條件下，具有電氣和機(jī)械效率的最優(yōu)，此外還要充分利用再生制動(dòng)的能量。(5)平安、可靠性高，滿足車(chē)輛的各種工況(如高低溫壞天氣和猛烈振動(dòng)等)。(6)分量輕、尺寸小，便于安裝于各種不同的車(chē)輛上。第二節(jié)電動(dòng)汽車(chē)的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成從功能的角度看，電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可分為電氣和機(jī)械兩大系統(tǒng)。

電氣系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器等三個(gè)子系統(tǒng)組成。機(jī)械系統(tǒng)主要包括機(jī)械傳動(dòng)安裝(可選)和車(chē)輪。第二節(jié)電動(dòng)汽車(chē)的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成圖2電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)控制器交流電機(jī)控制器控制電路主電路控制器中的CPU主控制板采用不同的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方式總體上可分為兩種：集中驅(qū)動(dòng)和車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。集中驅(qū)動(dòng)利用一個(gè)動(dòng)力源經(jīng)過(guò)變速器和減速器〔或只經(jīng)過(guò)減速器〕降速增扭，最后經(jīng)差速器將驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大致平均地分配給左右驅(qū)動(dòng)半軸，可以采用前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)的方式[3]，其構(gòu)造如圖3所示。第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)是只利用多個(gè)動(dòng)力源分別驅(qū)動(dòng)單個(gè)車(chē)輪，可以分為兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，其構(gòu)造如圖4所示。第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

集中驅(qū)動(dòng)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)成本較低較高體積笨重分散重量集中分散效率較低較高差速方式機(jī)械式電子式表1集中驅(qū)動(dòng)和車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)優(yōu)缺陷的比較圖2-10純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)

布置的常規(guī)方式總體可構(gòu)成不以下6種方式上三圖為集中驅(qū)動(dòng)方式，下三圖為車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式。第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

圖2-11常規(guī)純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)安裝構(gòu)造圖

1—電機(jī)2—螺栓3—套筒4—飛輪殼5—飛輪6—軸承7—壓盤(pán)

8—離合器殼9—螺栓10—軸承11—輸入軸12—分別叉13—分別套筒

14—離合器蓋15—分別杠桿16—從動(dòng)盤(pán)圖2-12固定速比減速器

傳動(dòng)系統(tǒng)(無(wú)離合器)第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

圖2-13固定速比減速器傳動(dòng)系統(tǒng)

(無(wú)離合器)運(yùn)用實(shí)例第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

圖2-14第三種傳動(dòng)方式第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

圖2-15第三種傳動(dòng)方式運(yùn)用實(shí)例第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式圖2-16雙電機(jī)-固定速比變速器

一體化傳動(dòng)系統(tǒng)圖2-17雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式下的底盤(pán)構(gòu)造第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式

第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式圖2-18雙電機(jī)-固定速比變速器

一體化輪邊驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖2-22兩種輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式內(nèi)部表示圖

a)內(nèi)轉(zhuǎn)子型b)外轉(zhuǎn)子型第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式圖2-20輪轂電機(jī)實(shí)物圖第三節(jié)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造方式圖2-19雙輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖2-21輪轂電機(jī)構(gòu)造圖輪轂電機(jī)的大型化較難，但是總功率依托四臺(tái)電機(jī)分擔(dān)，可使每臺(tái)電機(jī)的容量變得小一些。圖2-23四輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1)車(chē)輪可以實(shí)現(xiàn)±180°的旋轉(zhuǎn)、橫向行駛、恣意旋轉(zhuǎn)行駛。2)由于可以進(jìn)展各車(chē)輪恣意轉(zhuǎn)矩控制，所以使得防滑控制、制動(dòng)控制等多種性能得以發(fā)揚(yáng)圖2-24橫向行駛和旋轉(zhuǎn)行駛表示圖(YONDENPIVOT車(chē)型)圖2-25低車(chē)地板軸

a)傳統(tǒng)有差速器的構(gòu)造b)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)常用的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有四種：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用有刷直流電機(jī)，電機(jī)控制器普通采用斬波器控制方式。它具有本錢(qián)低、易于平滑調(diào)速、控制器簡(jiǎn)單、控制相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但由于需求電刷和換向器，構(gòu)造復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有火花和機(jī)械磨損，所以電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不宜太高。是對(duì)無(wú)線電信號(hào)的干擾，這對(duì)高度智能化的未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)是致命的弱點(diǎn)。鑒于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器部分優(yōu)勢(shì)突出，使得直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在當(dāng)前燃料電池電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域仍占有一席之地。A、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

這種電機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造容易，效率比直流電機(jī)高。與永磁無(wú)刷電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相比，本錢(qián)最為低廉，但控制較為復(fù)雜。總的說(shuō)來(lái)，異步電機(jī)系統(tǒng)的綜合性價(jià)比具有一定的優(yōu)勢(shì)，尤其是異步電機(jī)的高可靠性、免維護(hù)、本錢(qián)低廉的優(yōu)點(diǎn)，使其成為電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選方案。B、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

永磁無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比之下，效率高是其最大特點(diǎn)，質(zhì)量輕，體積小，也無(wú)需維護(hù)。與異步電動(dòng)機(jī)相比，永磁無(wú)刷電機(jī)本錢(qián)較高，可靠性和運(yùn)用壽命也較差，同時(shí)永磁體還存在失磁的能夠。另外，制造工藝也比異步電機(jī)復(fù)雜。在控制上，由于永磁體的存在，弱磁控制有一定的難度。因此限制了這種電機(jī)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)的大量運(yùn)用。C、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)該電機(jī)轉(zhuǎn)子沒(méi)有繞組做成凸極，構(gòu)造簡(jiǎn)單，可靠性高，快速呼應(yīng)好，效率與異步電機(jī)相當(dāng)。由于轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，該電機(jī)系統(tǒng)特別適宜頻繁的正反轉(zhuǎn)及沖擊負(fù)載等工況。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路采用的功率開(kāi)關(guān)元件較少，電路簡(jiǎn)單，能較方便地實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速和制動(dòng)能量的反響。因此，這種系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)中亦有一定的運(yùn)用。其缺陷主要在于其構(gòu)造帶來(lái)的噪音和振動(dòng)較大。D、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)開(kāi)展方向可以歸納如下:(1)由有刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)向無(wú)刷化、交流化方向開(kāi)展，如開(kāi)發(fā)并運(yùn)用了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。(2)朝電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、控制器集成的機(jī)電一體化方向開(kāi)展，構(gòu)成智能化的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。(3)由單個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)向兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，后輪驅(qū)動(dòng)向前輪驅(qū)動(dòng)開(kāi)展，進(jìn)而以四個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)四輪的方向開(kāi)展。(4)由帶齒輪減速器驅(qū)動(dòng)向直接驅(qū)動(dòng)方向開(kāi)展，將外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)與車(chē)輪一體化設(shè)計(jì)