古 毅

（重庆五一高级技工学校，重庆 400042）

纯电动汽车基本结构及关键技术分析

古 毅

（重庆五一高级技工学校，重庆 400042）

随着汽车的普及，石油资源越发枯竭，环境污染日益严重，全球性的温室效应凸显。因此，如何减少化石燃料的消耗和环境的保护成为全球共同关注的话题，对于整个汽车行业而言，以新能源为特点的绿色化、低碳化的发展趋势已经迫在眉睫，因此研究电动汽车具有一定的工程意义。

纯电动汽车；结构

CLC NO.: U469.7 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)07-03-03

前言

电动汽车是依靠电力驱动行驶的车辆，与传统燃油汽车的主要区别在于动力系统，其动力系统主要由蓄电池、电机、主减速器和驱动轮等组成。电动汽车与传统内燃机汽车在动力传递方面有较大差别，动力输出部件由电动机取代发动机，这需要高效可靠的电力驱动和能源管理系统来完成。

1、纯电动汽车的主要结构

纯电动汽车的主要结构由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除电力驱动控制系统，其他部分的功能及结构基本与传统汽车相似，所以电力驱动控制系统决定了整个纯电动汽车的结构组成及性能特征，相当于传统汽车的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，如图1所示。

图1 纯电动汽车原理示意图

电力驱动控制系统按工作原理划分为：电力驱动模块、车载电源模块和辅助模块三大部分。电力驱动模块主要由电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置等组成；车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。辅助模块包括低压电源、转向和各种辅助装置等。

2、纯电动汽车的评价指标

电动车的性能指标一般包括：驱动性能、驾驶性能、车载能源系统性能等三部分，其中驱动性能取决于电机功率因素，车载能源系统性能取决于电池的容量，驾驶性能指标主要包括：最高车速性能、加速性能、最大爬坡性能、刹车性能及驾驶里程性能等驾驶模式，驾驶性能指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术。

（1）最高车速：即汽车行驶时所能达到的最高车速。

（2）加速性能：通常用汽车加速过程中的加速度、加速时间来评价。

（3）爬坡能力：在良好的路面上，以最大驱动力行驶所能爬行的最大坡度。

（4）能量利用效率：是指汽车以某一特定速度行驶一定距离所消耗的总能量。

（5）续行里程：续行里程表示电动汽车一次充满电（或储能）能够行驶的最大里程数。

3、纯电动汽车关键技术

（1）电池及能量管理系统

纯电动汽车驱动系统工作完全依靠电池的能量，电池容量越大，电动汽车续驶里程越长，但电池的体积和质量也越大，导致行驶时阻力增大。因此如何提高纯电动汽车行驶时动力性和经济性很大程度上取决于电池的品质。图2所示为车载蓄电池。

图2 电动汽车蓄电池

电动汽车电池关键技术在于提高电池的功率、比能量、比功率、能量密度、功率密度、循环次数等。

1）功率：功率是单位时间内电池的输出容量，它反映电池在短时间的放电性能，它决定了电动汽车的加速和爬坡性能。

2）比能量、比功率：比能量和比功率是电池能量、功率和质量的比；反映单位电池质量下的能量和功率情况。

3）能量密度、功率密度：能量密度和功率密度是电池能量，功率和体积的比，它反映单位电池体积下的能量和功率情况。能量密度和功率密度越大，电池体积越小。

4）循环次数：循环次数反映的是电池的使用寿命。循环次数越多寿命越长。

为了满足电动汽车的整车性能要求，对蓄电池的选型要根据以下原则：

1）具有较高的比能量以满足一次充电续驶单程的要求；

2）具有较高的比功率满足动力性的要求；

3）具有较强的大电流充电接受能力满足电动汽车快速充电的要求；

4）具有较长的大电流放电吋间满足电动汽车大功率行驶的要求；

5）具有与车辆使用寿命相当的循环寿命、较高的性价比；

6）具有能在较宽的范围温度内工作，不污染环境和使用安全等。

（2）电池管理系统

电池管理系统作为动力电池的重要的一部分，对于电池性能的发挥起着重要的作用，在动力电池工作的整个过程中，电池管理系统能起到管理和检测的作用。如图3所示。电池能量管理系统主要包括：数据采集、热管理、剩余容量的估算、电气控制、安全管理和数据通信。各部分的主要作用分别是：

1）利用各种传感器对蓄电池的电流、电压、温度、充放电状态及放电深度等参数进行检测；

2）通过实时采集电池测温点的数据控制电池温度进行，防止电池温度过高；

3）利用传感器获得的数据估算电池的剩余能量，即荷电状态 SOC 值；

4）系统根据检测的蓄电池参数自动控制充放电状态，保证蓄电池稳定工作；

5）根据采集的各种数据预测电池的各种性能，对可能出现的故障提前报警；

6）通过整车的通信协议共享信息，实时显示电池的主要性能参数。

图3 电池管理系统

（3）驱动电机及控制技术

电机作为电动汽车驱动系统最为关键的部件之一，它直接影响着车辆的各项性能指标。电机作为车用电机首先能够在振动大、冲击大、灰尘多、温湿度变化大的恶劣环境条件下可靠运行；其次，车用电机要具备低速大转矩和高速恒功率的较宽的调速能力。图4为电动汽车驱动电机与驱动桥。因此为了满足电动汽车行驶时的动力性、经济性和可靠性的要求，所选用的电动机工作时应具有如下功能：

1）电机瞬时功率要高，具有起动转矩大和短时过载能力的特点以满足电汽车在起步、加速和上坡的需求。

2）电机具有较宽的的调速范围。电机不仅在恒转矩区域工作，以此满足汽车加速和爬坡的动力需求，还要能在恒功率区域工作，使满足最高行驶车速的需求。

3）电机要求具有较高的比功率。增加电机效率，提高电动汽车经济性。

4）电动机制动和下坡时发电回馈。实现节能和提高续驶里程。

5）电动机在恶劣条件下可靠工作。

图4 驱动电机与驱动桥

（4）车身及底盘轻量化技术

由于电动汽车携带蓄电池容量有限，在允许的范围内减少车体重量，进而达到提升电动汽车续航能力的目的。结构优化设计通过三种方法实现汽车轻量化：一是通过对车身、底盘优化分析，降低钢板厚度、减轻整车重量；二是通过整车结构的小型化，达到车身、底盘轻量化，缩小骨架尺寸；三是通过改变驱动方式来达到目的。图5为车身和底盘结构优化图。

图5 车身及底盘有限元分析

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Pure electric vehicle basic structure and key technology analysis

Gu Yi
( May 1 senior vestibule school of chongqing, Chongqing 400042 )

With the popularity of cars, more oil resources drying up, the environmental pollution is increasingly serious, the global greenhouse effect. Therefore, how to reduce fossil fuel consumption and environmental protection has become a global topics of mutual interest for the car industry, new energy to the characteristics of the development trend of the green, low carbon is imminent, so the electric car has a certain engineering significance.

pure electric vehicles; structure

U469.7

：B

：：1671-7988 (2017)07-03-03

古毅，就职于重庆五一高级技工学校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.002