電動(dòng)汽車系統(tǒng)構(gòu)成及原理

辛慧娟

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

1 電動(dòng)汽車的系統(tǒng)構(gòu)成

隨著高性能永磁材料的問世以及電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，新型電機(jī)——永磁無刷直流電機(jī)產(chǎn)生了，它為電動(dòng)汽車的發(fā)展提供了條件。電動(dòng)汽車系統(tǒng)如圖1所示，主要包括主能源子系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。主能源子系統(tǒng)由充電系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和主電源構(gòu)成；電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、機(jī)械傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)車輪和電子控制器；輔助控制子系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力的供給控制、汽車的溫度控制和動(dòng)力轉(zhuǎn)向等。電動(dòng)汽車蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能靠的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)行。

圖1 電動(dòng)汽車基本構(gòu)成

系統(tǒng)輸入信號(hào)是由加速踏板與制動(dòng)踏板來提供，電子控制器控制著功率轉(zhuǎn)換器裝置的導(dǎo)通與斷開，電源與電動(dòng)機(jī)之間的功率流主要靠功率轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)。當(dāng)汽車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電源所吸收再生制動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能，功率流隨即變向。電控系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)共同對(duì)能量的回收和再生制動(dòng)進(jìn)行控制，充電系統(tǒng)結(jié)合能量管理系統(tǒng)對(duì)電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)和充電。輔助系統(tǒng)所需必要的動(dòng)力輔助和不同等級(jí)電壓均由動(dòng)力源來提供。此外，通過轉(zhuǎn)向盤的角位置檢測(cè)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為汽車提供靈活的轉(zhuǎn)向，這也是電動(dòng)汽車輸入信號(hào)的另外一個(gè)重要來源。

2 電動(dòng)汽車的電源

電動(dòng)汽車可分為純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等。電源是純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)所需電能的提供者。電動(dòng)機(jī)把電源的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。現(xiàn)在，鉛酸蓄電池是電動(dòng)汽車上應(yīng)用最為廣泛的電源，但其充電速度較慢、使用壽命較短、節(jié)能環(huán)保差。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，其他蓄電池漸漸地取代著鉛酸蓄電池。目前發(fā)展的新電源有鈉硫電池、鋰電池、鎳鎘電池、飛輪電池、燃料電池等，正是這些新電源的投入應(yīng)用，為電動(dòng)汽車的快速發(fā)展開辟了廣闊前景。

3 驅(qū)動(dòng)與調(diào)速裝置功能

（1）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪與工作裝置，實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車的心臟，電動(dòng)汽車的最大行駛里程由其能量轉(zhuǎn)化效率決定，也決定了電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)性能。目前在電動(dòng)汽車上廣泛使用的是一種機(jī)械特性“軟”而又與汽車行駛特性相符的直流串激電動(dòng)機(jī)。伴隨著電機(jī)技術(shù)與電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)由于比功率較低、有換向火花、維護(hù)保養(yǎng)麻煩、效率較小等缺點(diǎn)，必將逐漸被交流異步電動(dòng)機(jī)、BCDM和SRM所取代。

（2）傳動(dòng)裝置。把電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩送給汽車的驅(qū)動(dòng)軸的裝置是電動(dòng)汽車傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置在采用電動(dòng)輪作驅(qū)動(dòng)時(shí)，大多數(shù)部件常可省略。電動(dòng)汽車不需要傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上的離合器，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)可攜帶負(fù)載啟動(dòng)。電動(dòng)汽車之所以也不需要普通內(nèi)燃機(jī)汽車的倒檔，是因其變向靠電路控制實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)在作無級(jí)調(diào)速時(shí)，變速器亦可省掉。差速器在電動(dòng)汽車中也可被忽略。

（3）電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制裝置。為了給電動(dòng)汽車提供變向和變速，電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制裝置就對(duì)電動(dòng)機(jī)的電流與電壓實(shí)施控制，從而控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)線圈的匝數(shù)亦或串接電阻來工作的。不論哪種類型，高效率、寬調(diào)速的控制系統(tǒng)是每一種電動(dòng)汽車都不可或缺的重要組成部分。

4 操作及工作裝置結(jié)構(gòu)與作用

（1）轉(zhuǎn)向裝置。轉(zhuǎn)向裝置是由轉(zhuǎn)向機(jī)、方向盤、轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，主要用來控制汽車的轉(zhuǎn)彎。汽車通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向機(jī)從方向盤上獲取作用力而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。應(yīng)用在工業(yè)中的電動(dòng)叉車多為后輪轉(zhuǎn)向，這一點(diǎn)有別于大多數(shù)電動(dòng)汽車。能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向裝置有：液壓轉(zhuǎn)向、機(jī)械轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向等。

（2）制動(dòng)裝置。與普通內(nèi)燃機(jī)汽車一樣，電動(dòng)汽車的制動(dòng)裝置一般由制動(dòng)器以及其操縱裝置構(gòu)成，是用來控制汽車停車和減速的重要器件。在電動(dòng)汽車上，常常還有利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路為電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行的電磁制動(dòng)裝置，它是使減速制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，使得能量得到再生利用。

（3）行駛裝置。同其他汽車是一樣的，電動(dòng)汽車的行駛裝置是由輪胎、懸架與車輪等構(gòu)成。它就是通過車輪把電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩轉(zhuǎn)換為對(duì)地面的作用力，從而驅(qū)動(dòng)車輪行走。

（4）工作裝置。在工業(yè)用電動(dòng)汽車中，工作裝置是為完成作業(yè)要求而專門設(shè)置的，比如電動(dòng)叉車的貨叉、門架、起升裝置等。門架的傾斜與貨叉的起升一般由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)完成。