电动汽车的基本概述及重要组成
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一、概述
本节所讲述的电动汽车是指以蓄电池或燃料电池为动力、在市区街道或城间公路上行驶的用电动机驱动的汽车，不包括无轨电车及在车站、码头或厂区内使用的电动叉车和普通的电瓶车。
世界上第一辆电动汽车，是1873年由英国人R·戴彼特逊用手工制作的。此后，电动汽车发展很快，自19世纪末到20世纪初，电动汽车几乎成为汽车的主流。以美国为例，在此期间的汽车保有量中，蒸汽机汽车占40％，电动汽车占38％，内燃机汽车只占22％。1915年，美国电动汽车的年产量达5000辆。但是，随着汽油机汽车的发展及普及，电动汽车便逐渐衰落了。其原因是电动汽车充电时间长，续驶里程短，这就限制了它的应用。然而，在环境污染日趋严重和石油资源面临危机的20世纪末，世界各国又兴起了研究、开发和使用电动汽车的热潮。很多国家为了鼓励生产和使用电动汽车，实行多项优惠政策：或拨出巨款对生产电动汽车的厂家和购买电动汽车的客户给予资助或补贴；或免收电动汽车用户的牌照税、养路费以及夜间充电只收一半的电费等。1990年，美国加里福尼亚州议会通过一项强制推广电动汽车的法规。这项法规要求：在1998年的汽车总销售量中，必须有2％的零排放污染汽车；到2000年，零排放污染汽车应占汽车总销售量的3％；2001年达5％；而2003年增至10％。目前，只有电动汽车能做到零排放污染。
近年来，电动汽车有了较大的发展。随着科学技术，尤其是高新技术的发展，电动汽车技术也有了长足的进步。
电动汽车的优点是：
1)在行驶中无废气排出，不污染环境，所以电动汽车可称为"零排放污染汽车"。
2)能源有效利用率高。按10种行驶方式对电动汽车与汽油机汽车能源利用总效率的比较。
3)振动及噪声小，车厢内外十分安静。
4)结构简单，维修使用方便。
电动汽车目前尚存在下列缺点：
1)一次充电所能行驶的里程短。装载与汽油质量相同的铅酸蓄电池的电动汽车，其续驶里程仅为汽油机汽车的1/70。
2)成本高。蓄电池及电机控制器价格昂贵是电动汽车成本高的主要原因。另外，蓄电池寿命短，折旧费高。
3)充电时间长，一般需要6～10h。
二、电动汽车的组成
电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。
电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。后一种功能称作再生制动。
电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。
辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。
典型的电动汽车组成。图中双线表示机械连接，粗线表示电气连接，细线表示控制信号连接，线上的箭头表示电功率或控制信号的传输方向。
各个系统在电动汽车上的布置各式各样，这是因为在电动汽车上能量是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传输的，因此，电动汽车各个系统或各个部件的布置有很大的灵活性。例如一辆电动机前置，前轮驱动的电动汽车。充电机经汽车前端的充电接口向置于汽车尾部的蓄电池充电。在汽车行驶时，蓄电池经控制器向电动机供电。来自加速踏板的信号输入控制器并通过控制器调节电动机输出的转矩或转速。电动机输出的转矩经汽车传动系统驱动车轮。
三、电力驱动系统
电动汽车的电力驱动方式基本上可分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种。由电动机、固定速比减速器和差速器等构成的电动机中央驱动系统。在这种驱动系统中，由于没有离合器和变速器，因此可以减少机械传动装置的体积和质量。
另一种电动机中央驱动系统的布置形式，它与前轮驱动、横向前置发动机的燃油汽车的布置形式相似，将电动机、固定速比减速器和差速器集成一体，两根半轴连接两个驱动车轮，这种布置形式在小型电动汽车上应用最普遍。
电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，没有传动轴和差速器，从而简化了传动系统。但是，电动轮驱动方式需要两个或四个电动机，其控制电路也比较复杂，这种驱动方式在重型电动汽车上有较广泛的应用。
电动汽车的驱动电动机在20世纪90年代以前主要采用直流电动机。它具有起动加速时驱动力大、调速控制简单、技术成熟等优点。但是直流电动机的电枢电流由电刷和换向器引入，换向时产生电火花，换向器容易烧蚀，电刷容易磨损，需经常更换，维护工作量大。接触部分存在摩擦损失，不仅使电机效率降低，还限制了电动机的工作转速。
目前，无换向器真流无刷电动机已经面世，它由电动机本体、转子转角传感器和电子开关控制电路组成。其中电子开关控制电路起到了普通直流电动机中换向器的作用。直流无刷电动机既有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等诸多优点，又具备运行效率高、无励磁损耗、运行成本低和调速性能好等特点。因此，它在电动汽车上的应用与日俱增。例如，宝马公司生产的BMWEI电动汽车和东京电力公司开发的IZA电动汽车，均采用永磁直流无刷电动机作为电动轮。
交流感应电动机在电动汽车上广为应用，这是因为感应电动机采用变频调速时，可以取消机械变速器，实现无级变速，使传动效率大为提高。另外，感应电动机很容易实现正反转，再生制动能量的回收也更加简单。当采用鼠笼型转子时，感应电动机还具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、工作可靠、效率高和免维护等优点。
另一种用于电动汽车上的交流电动机是交流同步电动机。当以永磁材料替代同步电动机的励磁绕组时，则这种永磁同步电动机可以取消电刷和滑环，而且没有励磁绕组的铜损，它比感应电动机的效率还要高，体积还要小。
开关磁阻电动机被公认是一种极有发展前途的电动汽车驱动电动机。它的定子和转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组，也无永磁体，只在定子上绕有集中绕组。开关磁阻电动机具有普通直流电动机和交流电动机所不能比拟的优点：①结构简单、坚固耐用、成本低，可在极高的转速下工作，能适应高温和强振动的工作环境；②起动转矩大，低速性能好；③调速范围广，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-转速特性；④在宽广的转速和功率范围内都有很高的效率。
电动汽车用的功率转换器用作不同频率的DC-DC转换和DC-AC转换。DC-DC转换器又称直流斩波器，用于直流电动机驱动系统。两象限直流斩波器能把蓄电池的直流电压转换为可变的直流电压，并能将再生制动能量进行反向转换。DC-AC转换器通常称作逆变器，用于交流电动机驱动系统，它将蓄电池的直流电转换为频率和电压均可调的交流电。电动汽车一般只使用电压输入式逆变器，因其结构简单又能进行双向能量转换。
本节所讲述的电动汽车是指以蓄电池或燃料电池为动力、在市区街道或城间公路上行驶的用电动机驱动的汽车，不包括无轨电车及在车站、码头或厂区内使用的电动叉车和普通的电瓶车。
世界上第一辆电动汽车，是1873年由英国人R·戴彼特逊用手工制作的。此后，电动汽车发展很快，自19世纪末到20世纪初，电动汽车几乎成为汽车的主流。以美国为例，在此期间的汽车保有量中，蒸汽机汽车占40％，电动汽车占38％，内燃机汽车只占22％。1915年，美国电动汽车的年产量达5000辆。但是，随着汽油机汽车的发展及普及，电动汽车便逐渐衰落了。其原因是电动汽车充电时间长，续驶里程短，这就限制了它的应用。然而，在环境污染日趋严重和石油资源面临危机的20世纪末，世界各国又兴起了研究、开发和使用电动汽车的热潮。很多国家为了鼓励生产和使用电动汽车，实行多项优惠政策：或拨出巨款对生产电动汽车的厂家和购买电动汽车的客户给予资助或补贴；或免收电动汽车用户的牌照税、养路费以及夜间充电只收一半的电费等。1990年，美国加里福尼亚州议会通过一项强制推广电动汽车的法规。这项法规要求：在1998年的汽车总销售量中，必须有2％的零排放污染汽车；到2000年，零排放污染汽车应占汽车总销售量的3％；2001年达5％；而2003年增至10％。目前，只有电动汽车能做到零排放污染。
近年来，电动汽车有了较大的发展。随着科学技术，尤其是高新技术的发展，电动汽车技术也有了长足的进步。
电动汽车的优点是：
1)在行驶中无废气排出，不污染环境，所以电动汽车可称为"零排放污染汽车"。
2)能源有效利用率高。按10种行驶方式对电动汽车与汽油机汽车能源利用总效率的比较。
3)振动及噪声小，车厢内外十分安静。
4)结构简单，维修使用方便。
电动汽车目前尚存在下列缺点：
1)一次充电所能行驶的里程短。装载与汽油质量相同的铅酸蓄电池的电动汽车，其续驶里程仅为汽油机汽车的1/70。
2)成本高。蓄电池及电机控制器价格昂贵是电动汽车成本高的主要原因。另外，蓄电池寿命短，折旧费高。
3)充电时间长，一般需要6～10h。
二、电动汽车的组成
电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。
电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。后一种功能称作再生制动。
电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。
辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。
典型的电动汽车组成。图中双线表示机械连接，粗线表示电气连接，细线表示控制信号连接，线上的箭头表示电功率或控制信号的传输方向。
各个系统在电动汽车上的布置各式各样，这是因为在电动汽车上能量是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传输的，因此，电动汽车各个系统或各个部件的布置有很大的灵活性。例如一辆电动机前置，前轮驱动的电动汽车。充电机经汽车前端的充电接口向置于汽车尾部的蓄电池充电。在汽车行驶时，蓄电池经控制器向电动机供电。来自加速踏板的信号输入控制器并通过控制器调节电动机输出的转矩或转速。电动机输出的转矩经汽车传动系统驱动车轮。
三、电力驱动系统
电动汽车的电力驱动方式基本上可分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种。由电动机、固定速比减速器和差速器等构成的电动机中央驱动系统。在这种驱动系统中，由于没有离合器和变速器，因此可以减少机械传动装置的体积和质量。
另一种电动机中央驱动系统的布置形式，它与前轮驱动、横向前置发动机的燃油汽车的布置形式相似，将电动机、固定速比减速器和差速器集成一体，两根半轴连接两个驱动车轮，这种布置形式在小型电动汽车上应用最普遍。
电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，没有传动轴和差速器，从而简化了传动系统。但是，电动轮驱动方式需要两个或四个电动机，其控制电路也比较复杂，这种驱动方式在重型电动汽车上有较广泛的应用。
电动汽车的驱动电动机在20世纪90年代以前主要采用直流电动机。它具有起动加速时驱动力大、调速控制简单、技术成熟等优点。但是直流电动机的电枢电流由电刷和换向器引入，换向时产生电火花，换向器容易烧蚀，电刷容易磨损，需经常更换，维护工作量大。接触部分存在摩擦损失，不仅使电机效率降低，还限制了电动机的工作转速。
目前，无换向器真流无刷电动机已经面世，它由电动机本体、转子转角传感器和电子开关控制电路组成。其中电子开关控制电路起到了普通直流电动机中换向器的作用。直流无刷电动机既有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等诸多优点，又具备运行效率高、无励磁损耗、运行成本低和调速性能好等特点。因此，它在电动汽车上的应用与日俱增。例如，宝马公司生产的BMWEI电动汽车和东京电力公司开发的IZA电动汽车，均采用永磁直流无刷电动机作为电动轮。
交流感应电动机在电动汽车上广为应用，这是因为感应电动机采用变频调速时，可以取消机械变速器，实现无级变速，使传动效率大为提高。另外，感应电动机很容易实现正反转，再生制动能量的回收也更加简单。当采用鼠笼型转子时，感应电动机还具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、工作可靠、效率高和免维护等优点。
另一种用于电动汽车上的交流电动机是交流同步电动机。当以永磁材料替代同步电动机的励磁绕组时，则这种永磁同步电动机可以取消电刷和滑环，而且没有励磁绕组的铜损，它比感应电动机的效率还要高，体积还要小。
开关磁阻电动机被公认是一种极有发展前途的电动汽车驱动电动机。它的定子和转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组，也无永磁体，只在定子上绕有集中绕组。开关磁阻电动机具有普通直流电动机和交流电动机所不能比拟的优点：①结构简单、坚固耐用、成本低，可在极高的转速下工作，能适应高温和强振动的工作环境；②起动转矩大，低速性能好；③调速范围广，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩-转速特性；④在宽广的转速和功率范围内都有很高的效率。
电动汽车用的功率转换器用作不同频率的DC-DC转换和DC-AC转换。DC-DC转换器又称直流斩波器，用于直流电动机驱动系统。两象限直流斩波器能把蓄电池的直流电压转换为可变的直流电压，并能将再生制动能量进行反向转换。DC-AC转换器通常称作逆变器，用于交流电动机驱动系统，它将蓄电池的直流电转换为频率和电压均可调的交流电。电动汽车一般只使用电压输入式逆变器，因其结构简单又能进行双向能量转换。
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