純電動汽車的結構原理與應用探討

陳建良

（山西華陽集團新能股份有限公司運輸部，山西陽泉 045000）

汽車已經成為經濟活動的主要載體，為社會的發展和人們的生活提供了極大的便利。但隨著汽車行業的進一步發展，石油危機、環境污染等問題越發嚴重。據統計，我國42%的大氣污染由交通運輸導致，其中汽車尾氣排放量在空氣污染中占據65%。石油是汽車的主要動力能源，也是造成大氣污染的主要原因。21世紀，隨著人類對環境和能源的重視，為了減少汽車油耗和有害氣體排放，工程技術人員開始加大力度改進傳統內燃汽車，提出各種新的技術，能夠降低能源消耗和尾氣排放。但傳統內燃機本身具有固定燃燒和排放特性，無法從根本上解決油耗、排放問題。隨著技術的不斷發展，傳統汽車造價增加，利潤降低，影響了汽車行業的發展有必要開發電動汽車。

1 純電動汽車的結構原理

電動汽車分為純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車。其中，純電動汽車是以動力電池為動力，通過反應使電池化學能轉化成電能，通過電動機、控制器將電能轉換成驅動輪動能。

純電動汽車動力結構如圖1所示。

圖1 純電動汽車動力結構

純電動汽車在傳統內燃機汽車基礎上進行改變，取消了部分部件，增加了電源系統與驅動電機等機構。純電動汽車新能源部件包括大三電（電機、電池、電控）和小三件（DC/DC變換器、車載充電機、高壓配電盒）。

電動汽車基本結構包括主能源子系統、電力驅動子系統、輔助控制子系統。

主能源子系統包括電源和能量管理兩部分，能源管理具有能源利用監控、能量再生以及協調控制等能力[1]。純電動汽車電池為鋰電池，電池管理系統能夠對電池使用情況進行實時監控，檢測動力電池端電壓、電阻、放電時間和深度等參數。根據動力電池調控溫度，利用限流方式避免動力蓄電池出現過充現象，顯示相關參數，使信號流至輔助系統，在儀表上將相關信息顯示出來，駕駛員可以隨時掌握車輛信息。車載充電機能夠將電網供電制式轉變成動力電池要求制式，根據要求控制充電電流。

電力驅動子系統包括電控系統、電機、機械傳動系統以及驅動電輪等。電力驅動子系統是汽車核心部位，可以將電池中存儲的電能轉化成車輪動能，在汽車減速制動或下坡時達到再生制動目的。當前采用的驅動電機主要為直流無刷電動機、交流異步電動機等[2]。

輔助控制子系統主要用于輔助電源、控制動力轉向以及電池充電等。輔助控制子系統可以為汽車中的空調、照明、刮水器等輔助設備提供操作幫助。

2 純電動汽車的應用和發展

目前，純電動汽車技術發展較為成熟，但是受制于電池材料，其在加速、爬坡、一次性充電后續里程行駛等方面存在問題，需要進一步改進。純電動汽車能夠實現零排放、低能耗、低噪聲，與節能環保要求相符，在低速、短距離運輸情況下可以使用純電動汽車。

2.1 應用

自卸車的重卡能耗十分高，污染十分嚴重，需要加大力度開發純電動重卡。純電動自卸車整車布置與內燃機車不同，需要進行重新改造設計[3]。

受續航和充電的限制，當前國內市場的純電力重卡主要集中在場地用車和固定線路運行這兩個領域，如港口、倉庫、機場、牽引車、專用車等。我國重卡年產量逐漸增加，電動重卡會逐漸取代傳統重卡占據更大的份額。純電力重卡的實際推廣存在難度，其難點主要集中在場內外建樁、擴容改造等方面。部分整車企業將純電動重卡的推廣應用集中在短距離運輸、環衛等領域中。為了促使純電動重卡實現商業化，業內對物流共享、班車模式進行探究，試圖在城際間建立多個貨運點，形成具體的貨運路線，為物流運輸等提供動力[4]。固定路線可以避免續航問題，節省資源和效率。

本公司新采購的純電動自卸車主要用于物流運輸，車輛的驅動電機是永磁同步水冷驅動電機，額定功率為210 kW，峰值功率為250 kW，最高轉速為2 600 r/min，峰值扭矩為3 800 N·m，防護等級IP67。

（1）整車控制系統具有過流過壓、絕緣保護等功能，防護級別可以達到IP67，其控制器具備高低壓上下電管理、故障診斷處理、實時上報、控動能量回收等功能，制動方式為前后鼓式制動。

（2）行車制動采用雙回路壓縮空氣制動，駐車制動采用彈簧儲能斷氣制動，輔助制動采用電機制動。車輛卸載方式為前舉升后卸載，舉升裝置設置語音報警功能。

（3）車廂在舉升調整和檢修作業時，具備防止車廂自降的安全裝置；車廂底部與底盤車架之間安裝水平限位裝置，能夠避免車輛在啟動、緊急制動或轉彎時出現水平滑現象。貨箱材質采用瑞典hardox進口耐磨鋼板；貨廂外形平順，無加強筋外露，車廂外側不易積土掛泥。

（4）純電動自卸車采用柔性電線連接，配置2個直流快充充電口，擁有雙槍最大400 A充電能力，分布在駕駛室與貨箱中間及整車中部兩側，動力電池系統自帶遠程監控，電池包IP防護等級達到IP67，電池能量密度為141.5 Wh/kg。SOC過低時，儀表會發生警報，對整車輸出功率進行限制，車輛運營時，若SOC低于20%，應立即充電，正常運行時每3日至少進行一次自動滿充電工作。電池系統整體管理較為均衡，需要每3個月進行一次電池保養，避免出現電池損傷現象。在冬季，電池箱具有電加熱功能，氣溫過低時可以啟動電加熱系統對電池進行加熱，一定溫度后起步運行或進行充電。

（5）為了保證安全，卸車部分設置防護裝置，側面采用防護欄進行防護，由間距100 mm的三根橫桿構成平行于橫桿的組合防護裝置，整個防護裝置外表光滑，前后連續，位于車輛左右最外側部位，裝置下部距離地面低于550 mm，前面位于最靠近其輪胎周向鉛垂切面后300 mm處，后部位于最接近其輪胎周向鉛錘切面前300 mm處。車輛苫蓋采用自動折疊式篷布貨箱苫蓋，裝置電機規格DC24V，0.8 kW，具有遙控、有前后限位和故障保護功能，軌道選擇輕軌，傳動方式為鏈條和鋼絲繩，兩邊同步運作，篷布具有耐酸防腐蝕性能。輪胎采用全鋼子午線輪胎（礦山花紋）。行駛記錄儀采用北斗/GPS雙模車載定位系統，能夠提供電子身份證、車輛運行數據、異常報警、實時跟蹤、鎖定以及遠程車輛診斷等方面的服務。

2.2 發展

近年來，我國純電動汽車領域發展迅速，數量逐漸增多。但與燃油車相比，純電動汽車應用領域有限，主要在特定區域和特定領域上，性能需要進一步優化。純電動自卸車在未來的發展、研究和應用中需要注意以下幾點：

（1）制定行業激勵政策。

純電動重卡具有明顯的社會和經濟效益，但是由于技術限制，基礎薄弱，并未形成一定規模，初期效益不明顯，需要由政府支持為該行業發展提供稅收、財政等優惠政策[5]。同時，為行業企業發展提供合理的投資融資渠道，并制定相關法規，為行業發展提供保障。

（2）加大力度研究技術。

純電動汽車由電能驅動，能源廣泛、能耗低、無尾氣排放，屬于綠色交通工具。但純電動汽車在發展中也存在一些技術問題，如動力電池的質量、體積、能量等問題導致車輛續航能力和動力不足，充電時間長但運行效率低，電機轉速和扭矩問題導致車輛耐久性低，關鍵元件和材料依賴進口導致成本等問題需要進一步解決[6]。電動重卡補貼較少，必須依靠技術實現發展。在電池方面，電動重卡可以選擇氫燃料電池，與鋰電池相比，其續航能力、充電能力、重量和性能更具優勢[7]。

（3）加大力度建設基礎設施。

為了便于電動重卡的應用，需要建立相應的輸電網站、快充機、停車場以及專業維修站。但是，這些方面的設施并不完善，對純電動汽車的發展產生了制約[8]。政府與企業需加大投入與服務力度，為電動車的使用和普及創造良好的環境。同時，加大輿論引導，加強電動汽車的使用宣傳教育，提高人們的認識度，為電動汽車的發展提供支撐。

3 結語

隨著經濟的發展，機動車數量不斷增加。在汽車行業，為了實行國家節能環保政策，降低汽車污染排放量，我國已經將新能源汽車作為一項重點戰略發展。純電動汽車的產生、發展和應用為實現該戰略具有重要意義，純電動自卸車主要通過利用電動新能源來實現節能環保目的，可以降低能耗，改善生態環境。