純電動汽車

       純電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，即便當(dāng)前技術(shù)尚未完全成熟。

概述

       純電動汽車(Battery Electric Vehicle ,簡稱BEV)，它是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力源的汽車。雖然它已有186年的悠久歷史，但一直僅限于某些特定范圍內(nèi)應(yīng)用，市場較小。主要原因是由于各種類別的蓄電池，普遍存在價格高、壽命短、外形尺寸和重量大、充電時間長等。

主要結(jié)構(gòu)

組成

       電動汽車的組成包括：電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機(jī)、電源和電動機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。

電源

       為電動汽車的驅(qū)動電動機(jī)提供電能，電動機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于能量低，充電速度慢，壽命短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。

驅(qū)動電動機(jī)

       驅(qū)動電動機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪的工作裝置。但直流電動機(jī)由于存在換向火花，功率小、效率低，維護(hù)保養(yǎng)工作量大；隨著電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，勢必逐漸被直流無刷電動機(jī)（BLDCM）、開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM）和交流異步電動機(jī)所取代，如無外殼盤式軸向磁場直流串勵電動機(jī)。

調(diào)速控制裝置

       電動機(jī)調(diào)速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設(shè)置的，其作用是控制電動機(jī)的電壓或電流，完成電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。

       早期的電動汽車上，直流電動機(jī)的調(diào)速采用串接電阻或改變電動機(jī)磁場線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)。因其調(diào)速是有級的，且會產(chǎn)生附加的能量消耗或使用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)已很少采用。應(yīng)用較廣泛的是晶閘管斬波調(diào)速，通過均勻地改變電動機(jī)的端電壓，控制電動機(jī)的電流，來實現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速。在電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其他電力晶體管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斬波調(diào)速裝置所取代。從技術(shù)的發(fā)展來看，伴隨著新型驅(qū)動電機(jī)的應(yīng)用，電動汽車的調(diào)速控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀兗夹g(shù)的應(yīng)用，將成為必然的趨勢。

       在驅(qū)動電動機(jī)的旋向變換控制中，直流電動機(jī)依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(xiàn)電動機(jī)的旋向變換，這使得電路復(fù)雜、可靠性降低。當(dāng)采用交流異步電動機(jī)驅(qū)動時，電動機(jī)轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。此外，采用交流電動機(jī)及其變頻調(diào)速控制技術(shù)，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。

傳動裝置

       電動汽車傳動裝置的作用是將電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳給汽車的驅(qū)動軸，當(dāng)采用電動輪驅(qū)動時，傳動裝置的多數(shù)部件常?？梢院雎?。因為電動機(jī)可以帶負(fù)載啟動，所以電動汽車上無需傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的離合器。因為驅(qū)動電機(jī)的旋向可以通過電路控制實現(xiàn)變換，所以電動汽車無需內(nèi)燃機(jī)汽車變速器中的倒檔。當(dāng)采用電動機(jī)無級調(diào)速控制時，電動汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電動輪驅(qū)動時，電動汽車也可以省略傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車傳動系統(tǒng)的差速器。

行駛裝置

       行駛裝置的作用是將電動機(jī)的驅(qū)動力矩通過車輪變成對地面的作用力，驅(qū)動車輪行走。它同其他汽車的構(gòu)成是相同的，由車輪、輪胎和懸架等組成。

轉(zhuǎn)向裝置

       轉(zhuǎn)向裝置是為實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設(shè)置的，由轉(zhuǎn)向機(jī)、方向盤、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過轉(zhuǎn)向機(jī)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。多數(shù)電動汽車為前輪轉(zhuǎn)向，工業(yè)中用的電動叉車常常采用后輪轉(zhuǎn)向。電動汽車的轉(zhuǎn)向裝置有機(jī)械轉(zhuǎn)向、液壓轉(zhuǎn)向和液壓助力轉(zhuǎn)向等類型。

制動裝置

       電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設(shè)置的，通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅(qū)動電動機(jī)的控制電路實現(xiàn)電動機(jī)的發(fā)電運行，使減速制動時的能量轉(zhuǎn)換成對蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。國內(nèi)電動汽車在大功率載客汽車，給提供空氣制動設(shè)備有耐力NAILI滑片式空氣壓縮機(jī)，主要是壓縮空氣的制動方式。

工作裝置

       工作裝置是工業(yè)用電動汽車為完成作業(yè)要求而專門設(shè)置的，如電動叉車的起升裝置、門架、貨叉等。貨叉的起升和門架的傾斜通常由電動機(jī)驅(qū)動的液壓系統(tǒng)完成。

分類

       純電動汽車種類較多，通常按車輛用途、車載電源數(shù)目以及驅(qū)動系統(tǒng)的組成進(jìn)行分類。按照用途不同分類，純電動汽車可分為電動轎車、電動貨車和電動客車三種。

       （1）電動轎車是最常見的純電動汽車。除了一些概念車，純電動轎車已經(jīng)有了小批量生產(chǎn)，并已進(jìn)入汽車市場。

       （2）電動貨車用作功率運輸?shù)碾妱迂涇嚤容^少，而在礦山、工地及一些特殊場地，則早已出現(xiàn)了一些大噸位的純電動載貨汽車。

       （3）電動客車，純電動小客車也較少見；純電動大客車用作公共汽車，在一些城市的公交線路以及世博會、世界性的運動會上，已經(jīng)有了良好的表現(xiàn)。

發(fā)展歷史

       早在19世紀(jì)后半葉的1873年，英國人羅伯特·戴維森（Robert Davidson）制作了世界上最初的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒（Gottlieb Daimler）和本茨（Karl Benz）發(fā)明汽油發(fā)動機(jī)汽車早了10年以上。

       戴維森發(fā)明的電動汽車是一輛載貨車，長4800mm，寬1800mm，使用鐵、鋅、汞合金與硫酸進(jìn)行反應(yīng)的一次電池。其后，從1880年開始，應(yīng)用了可以充放電的二次電池。從一次電池發(fā)展到二次電池，這對于當(dāng)時電動汽車來講是一次重大的技術(shù)變革，由此電動汽車需求量有了很大提高。在19世紀(jì)下半葉成為交通運輸?shù)闹匾a(chǎn)品，寫下了電動汽車在人類交通史上的輝煌一頁。1890年法國和英倫敦的街道上行駛著電動大客車，當(dāng)時的車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)還相當(dāng)落后，行駛里程短，故障多，維修困難，而電動汽車卻維修方便。

       在歐美，電動汽車最盛期是在19世紀(jì)末。1899年法國人考門·吉納駕駛一輛44kW雙電動機(jī)為動力的后輪驅(qū)動電動汽車，創(chuàng)造了時速106km的記錄。

       1900年美國制造的汽車中，電動汽車為15755輛，蒸汽機(jī)汽車1684輛，而汽油機(jī)汽車只有936輛。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，1908年美國福特汽車公司T型車問世，以流水線生產(chǎn)方式大規(guī)模批量制造汽車使汽油機(jī)汽車開始普及，致使在市場競爭中蒸汽機(jī)汽車與電動汽車由于存在著技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能上的不足，使前者被無情的歲月淘汰，后者則呈萎縮狀態(tài)。

電池管理

       純電動汽車電池管理系統(tǒng)作為電池系統(tǒng)的重要組成部分，具有實時監(jiān)控電池狀態(tài)、優(yōu)化使用電池能量、延長電池壽命和保證電池的使用安全等重要作用。電池管理系統(tǒng)對整車的安全運行、整車控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運營成本都有很大影響。電池管理系統(tǒng)無論在車輛運行過程中還是在充電過程中都要可靠地完成電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和故障診斷，并通過總線的方式告知車輛集成控制器或充電機(jī)，以便采用更加合理的控制策略，達(dá)到有效且高效使用電池的目的。

       電池管理系統(tǒng)采用集散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每套電池管理系統(tǒng)由1臺中央控制模塊（或稱主機(jī)）和10個電池測控模塊（或稱從機(jī)）組成。電池管理系統(tǒng)檢測模塊安裝在電池箱前面板內(nèi)；電池管理系統(tǒng)主控模塊安裝在車輛尾部高壓設(shè)備倉內(nèi)，

       電池管理系統(tǒng)的功能如下：

       1.電體電池電壓的檢測

       2.電池溫度的檢測

       3.電池組工作電流的檢測

       4.絕緣電阻檢測

       5.冷卻風(fēng)機(jī)控制

       6.充放電次數(shù)記錄

       7.電池組SoC的估測

       8.電池故障分析與在線報警

       9. 各箱電池充放電次數(shù)記錄

       10.各箱電池離散性評價

       11.與車載設(shè)備 通信 ，為整車控制提供必要的電池數(shù)據(jù)CAN1

       12.與車載監(jiān)控設(shè)備通信，將電池信息送面板顯示CAN2

       13.與充電機(jī)通信，安全實現(xiàn)電池的充電RS—485

       14.有簡易的設(shè)備實現(xiàn)純電動汽車電池管理系統(tǒng)的初始化功能，能滿足電池快速更換以及電池箱重新編組的需要。

       在純電動汽車的發(fā)展過程中，充電問題一直都是消費者的一個“后顧之憂”。對于居住于城市之中的電動汽車消費者而言，建立一個私有的充電樁并非易事。首先，停車難早已成為城市發(fā)展中的一大難題，2014年，北京市機(jī)動車保有量超過500萬輛，但只有不到50%的汽車有固定停車位，停車尚且困難，建立私人充電樁更是奢侈。其次，充電樁在全功率使用時功耗十分驚人，大多數(shù)小區(qū)電網(wǎng)很難承受大量電動汽車同時充電，這也是很多小區(qū)拒絕私人安裝充電樁的主要理由。

       所以，在私人充電樁的全面普及還存在難度的時候，電動汽車的普及必須依仗建立大量公共充電樁，公共充電樁的普及程度將直接影響著消費者購買純電動車的熱情。

       然而，在純電動汽車市場的普及推廣還存在不少困難的時候，充電服務(wù)企業(yè)在投入充電樁建設(shè)時也有所顧忌。數(shù)據(jù)顯示，北京市共有充電站225座，合計充電樁1700多個，其中，70%是由政府連同國家電網(wǎng)先行投入建設(shè)。但這些已建成的充電站普遍存在盈利難的問題。記者了解到，國家電網(wǎng)已建成的400余座充電站幾乎全線虧損，缺乏盈利機(jī)制是最重要原因。

       有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，充電服務(wù)收費政策能夠在一定程度上吸引社會資本進(jìn)入充電服務(wù)市場，從長遠(yuǎn)看，服務(wù)供給的增加也將有利于充電服務(wù)市場的均衡，從而推動新能源汽車的普及推廣。

       充電站之憂，既有消費者對充電不便的擔(dān)心，也有充電服務(wù)企業(yè)對生存盈利的顧慮。在純電動汽車發(fā)展的過程中，這樣的“憂”不可避免。推行收取充電服務(wù)費并非壞事，有了透明的充電服務(wù)費價格，消費者可以對電動車的使用成本有一個基本的心理預(yù)期，從而作出消費決定；對于充電服務(wù)企業(yè)，則可以刺激其投入充電站建設(shè)。只是希望在收取充電服務(wù)費后，充電站能真正將充電服務(wù)提升上去，讓電動汽車的消費者不再有后顧之憂。

優(yōu)點

無污染、噪聲小

       電動汽車無內(nèi)燃機(jī)汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護(hù)和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。眾所周知，內(nèi)燃機(jī)汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學(xué)煙霧。電動汽車無內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動機(jī)的噪聲也較內(nèi)燃機(jī)小。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。

單一的電能源

       相對于混合動力汽車和燃料電池汽車，純電動汽車以電動機(jī)代替燃油機(jī)，噪音低、無污染，電動機(jī)、油料及傳動系統(tǒng)少占的空間和重量可用以補(bǔ)償電池的需求；且因使用單一的電能源，電控系統(tǒng)相比混合電動車大為簡化，降低了成本，也可補(bǔ)償電池的部分價格。

結(jié)構(gòu)簡單及維修方便

       電動汽車較內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)、傳動部件少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機(jī)時，電機(jī)無需保養(yǎng)維護(hù)，更重要的是電動汽車易操縱

能量轉(zhuǎn)換效率高

       同時可回收制動、下坡時的能量，提高能量的利用效率；

       電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機(jī)汽車。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機(jī)可自動轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，實現(xiàn)制動減速時能量的再利用。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。

平抑電網(wǎng)的峰谷差

       可在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷電”進(jìn)行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。

       電動汽車的應(yīng)用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)力、潮汐等能源轉(zhuǎn)化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負(fù)荷，減少費用。