纯电动汽车的类型、结构及维护操作常识(一)

2019-06-19北京王新旗

汽车维修与保养 2019年3期

◆文/北京王新旗

王新旗(本刊编委会委员)从事于汽车后市场维修、服务、技术支持及培训、培训管理等工作20余年。曾就职于上海雷神咨询有限公司、大陆汽车俱乐部、TTi(北京)咨询有限公司、采埃孚销售服务(中国)有限公司、北京汇智慧众汽车技术研究院，历任培训师、项目经理、培训经理、培训运营总监等职。近两年亲身组织，参与四届新能源汽车维修行业技能大赛的裁判培训及执裁。目前任北京天元陆兵汽车科技有限公司陆兵学院执行院长。

一、纯电动汽车的类型

纯电动汽车发展至今，种类较多，通常按车辆用途、车载电源数目以及驱动系统的组成进行分类。按照用途不同，纯电动汽车可分为电动轿车、电动货车和电动客车三大类。按布置结构，大部分纯电动汽车采用电动机直接驱动，即把电动机装在“发动机”舱内，另外是纯电动汽车采用“分布式驱动”，即以驱动电动机分别安装在四个车轮上的形式进行驱动。

二、纯电动汽车的结构原理

纯电动汽车的结构组成包括：电力驱动及控制系统、动力电池、整车控制及其相关驱动力等传动机械系统及汽车附件(图1)。电力驱动及控制系统是纯电动汽车的主要组成部分，也是纯电动汽车的核心(图2)，正是由于纯电动汽车有了这个核心系统，才区别于内燃机汽车。电力驱动及控制系统由驱动电机及控制器、动力电池及管理系统和整车控制(简称电控)组成，纯电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车类似。

较新的纯电动汽车动力舱布置如图3所示，厂家将部分的分离总成进行优化集成，主要由两部分组成：左侧为电机控制器，右侧为PDU总成。纯电动汽车的结构基本类似，下面将以目前新能源制造厂家的主流车型为例具体说明纯电动车的具体结构及工作原理。

1.动力电池

(1)动力电池的主要功用

动力电池(图4)的主要功用有：①提供动力；②电量计算；③温度、电压、湿度检测；④漏电检测、异常情况报警；⑤充放电控制、预充电控制；⑥电池一致性检测；⑦系统自检等。

图1 纯电动汽车的基本结构

图2 纯电动车动力舱

图3 北汽EV160电机舱结构

图4 动力电池

(2)对动力电池的要求

新能源汽车对动力电池的要求主要有以下几点。

①比能量高：为了提高新能源汽车的续驶里程，要求新能源汽车上的动力电池尽可能储存多的能量，但又不能太重，安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。

②比功率大：为了使新能源汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有大的比功率。

③充放电效率高：电池中能量的循环必须经过“充电—放电—充电”的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。

④相对稳定性好：电池应当在快速充放电和普通充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其动力系统能在使用条件下达到足够的充放电循环次数。

⑤使用成本低：除了降低电池的初始购买成本外，还需要提高电池的使用寿命，以延长其更换周期。

⑥安全性好：电池应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时不会对乘员造成伤害。

在新能源汽车和混合动力汽车商业化发展的今天，动力电池被用来作为电能的来源，随之而来的技术问题主要包括单体电池和电池组电热特性的一致性设计方法、电池荷电状态的准确估计技术以及电池废旧部件的回收设施等，然而最为重要的是一定要确保新能源汽车和混合动力汽车所使用的动力电池成本合理、具备生存力、便于商业化。

(3)动力电池的分类

新能源汽车用动力电池主要有蓄电池、燃料电池、超级电容、飞轮电池等。蓄电池也称为二次电池，是可通过充电反复使用的化学电池。由于应用于新能源汽车的动力电池有很多种，这里通过不同的分类方法对动力电池进行简要分类。

①按动力电池电解质分类：分为酸性电池、碱性电池、中性电池和有机电解液电池四类。

②按动力电池所用正、负极材料不同分类：分为锌系电池、镍系电池、铅系电池、锂系电池及金属空气(氧气)系列电池等。

(4)动力电池的性能指标

①电压：动力电池的电压(端电压)是指其正极与负极之间的电位差，单位为V(伏特)，是表示动力电池性能与状态的重要参数之一。

开路电压：动力电池未向外电路输出电流时的端电压，蓄电池在充足电状态下的开路电压最高，随着蓄电池放电程度的增加，蓄电池的开路电压会相应降低。

放电电压：蓄电池向外输出电流时的端电压，放电电压也称为工作电压，蓄电池在放电时的放电电流越大，放电电压就越低，在同样的放电电流下，随着蓄电池放电程度的增加，其放电电压也会相应降低。

②内阻：动力电池的内阻主要与极板的材质、结构及装配工艺有关，不同的电解质呈现的电阻值不同，因此不同类型的动力电池其内阻是不同的，对某种类型的动力电池来说，随着放电程度的增加其内阻会相应增大，动力电池内阻的单位为Ω(欧姆)。

③容量：动力电池的容量是指在允许放电范围内所能输出的电量，单位为A·h(安时)，容量用来表示动力电池的放电能力，在不同条件下，动力电池所能输出的电量(容量)是不同的。

④能量：动力电池的能量是指在一定的放电条件下，动力电池所输出的电能，单位为W﹒h(瓦时)或kW﹒h(千瓦时)。动力电池的能量表示其供电能力，是反映动力电池综合性能的重要参数。

⑤功率：动力电池的功率是指在规定的放电条件下动力电池单位时间所能输出的电能，单位为W或kW，动力电池的功率大小会影响新能源汽车的加速度和最高车速。

⑥寿命：动力电池的寿命通常用使用时间或循环寿命来表示，动力电池经历一次充电和放电过程称为一个循环或一个周期，在一定的放电条件下，当动力电池的容量下降到某规定的限值时，动力电池所能承受的充放电循环次数称为动力电池的循环寿命。不同类型的动力电池，其循环寿命有所不同，对于某种类型的动力电池，其循环寿命与充电和放电电流的大小、动力电池的温度、放电的深度等均有关系。

2.驱动电机

驱动电机控制器(图5、图6)将动力电池提供的直流电转化为交流电，然后输出给电机。通过电机的正转来实现整车加速、减速，通过电机的反转来实现倒车。通过有效的控制策略控制动力总成以最佳方式协调工作。

图5 驱动电机总成

图6 电机控制器总成

电机系统的控制中心对整车控制器发出的信息、电机内部转角和温度传感器等输入信号进行处理，按照预定策略做出对驱动电机U、V、W三个定子线圈通电顺序和脉宽的控制，达到控制电机的正反转和转矩的要求，并将电机控制系统运行状态的信息发送给整车控制器。电机控制器内含功能诊断电路，当诊断出异常时它将会激活一个错误代码发送给整车控制器，电机控制系统使用了如下传感器来提供电机的工作信息：

电流传感器：检测电机工作的实际电流(包括母线电流、三相交流电流)；

电压传感器：检测供给电机控制器工作的实际电压(包括高压电池电压、蓄电池电压)；

温度传感器：检测电机控制系统的工作温度(包括模块温度、电机控制器温度)。