电动汽车动力系统安全性设计与工程应用
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1.1.2 电动汽车的分类

电动汽车分类已经有规可循,国内外都发布了有关的标准,例如GB/T 19596《电动汽车术语》、ISO/TR 8713《电动道路车辆词汇》、SAE J1715《混合动力车辆和电动车辆术语》、DIN EN 13447《电动道路车辆术语》等,这些标准都是将电动汽车分为:纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三大类。

1. 纯电动汽车

纯电动汽车的工作原理是由车载可充电储能系统或其他能量储存装置(通常是车载动力蓄电池系统)提供电能,驱动电机系统将电能转化成机械能,从而驱动整车运行。如图1-2所示,纯电动汽车的基本组成可分为三部分,即主能源子系统、电力驱动子系统和辅助控制子系统。其中,主能源子系统由主电源(锂离子动力蓄电池组)和能量管理系统(动力蓄电池管理系统)构成,能量管理系统是实现能源利用、主电源监控、协调充电放电控制等功能的关键部件。电力驱动子系统由电子控制器、功率变换器、电机、减速器、差速器及车轮等部分组成。辅助控制子系统利用电动汽车主电源提供辅助电动动力来源(如依靠辅助电源实现动力转向、空气调节等功能),其主要由电压变换器(如DC/AC变换器)、辅助电源(如辅助蓄电池)等组成。图1-3为比亚迪某纯电动汽车结构示意图,主要包括前驱动总成、后驱动总成及动力蓄电池包三部分。

图1-2 纯电动汽车基本结构

图1-3 比亚迪某纯电动汽车结构示意图

2. 混合动力电动汽车

混合动力电动汽车能够至少从可消耗的燃料、可再充电能/能量储存装置两类车载储存的能量中获得动力。两套储能装置,按照不同组合和分类方式有多种构型。按照动力系统的结构形式分类,可分为串联式、并联式和混联式三种混合动力电动汽车;按照外接充电能力分类,可分为可外接充电(含插电式混合动力电动汽车、增程式混合动力电动汽车)、不可外接充电两种混合动力电动汽车;按照行驶模式的选择方式分类,可分为有手动选择功能、无手动选择功能两种混合动力电动汽车;按照电机与发动机的功率比例分类,可分为微混、轻混、中混和重混四种混合动力电动汽车。

串联式混合动力系统主要由发动机、发电机、驱动电机组成,其典型构型如图1-4所示,发动机与驱动电机无机械连接,也不直接参与驱动车辆,仅在动力蓄电池的荷电状态达到一定条件时启动并带动发电机为驱动电机提供电能或给电池补充电能。并联式混合动力系统由发动机、驱动电机、动力蓄电池和动力耦合机构组成,车辆可以使用发动机或驱动电机作为单独的动力源,也可以同时使用二者一起驱动车辆。其中,发动机和驱动电机同时与动力耦合机构以机械形式直接相连,动力蓄电池仅与驱动电机以电气形式相连。并联式混合动力系统构型如图1-5所示。混联式混合动力系统是当前阶段最流行的一种架构类型,该系统是通过动力耦合机构,将发动机、发电机和驱动电机相互关联,利用更复杂的控制策略,集合串联式混合动力系统与并联式混合动力系统的优点,实现更多种工作模式的切换,使车辆在各种复杂工况下始终使用最优的动力传递路线和最高效的工作模式,从而进一步提升整车动力性与燃油经济性。典型的混联式混合动力系统构型如图1-6所示。在国内,主流车企均选择了深度自研混联式动力系统。其中有两种结构最受市场关注,其一是以丰田THS(Toyota Hybrid System)为代表的功率分流结构,其二则是以比亚迪DM-i和本田i-MMD(intelligent Multi-Model Drive)为代表的标准串并联结构。图1-7为比亚迪某混合动力电动汽车结构示意图,主要是由发动机、电混系统(Electric Hybrid System,EHS)、动力蓄电池包、燃油箱及后驱动总成组合而成,其中,EHS电混系统由双电机、双电控、单档减速器、直驱离合器构成。

图1-4 串联式混合动力电动汽车动力系统构型

图1-5 并联式混合动力电动汽车动力系统构型

图1-6 混联式混合动力电动汽车动力系统构型

3. 燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车可以燃料电池系统作为单一动力源,也可以燃料电池系统与可充电储能系统作为混合动力源。按照燃料来源,可分为以直接使用氢气的燃料电池电动汽车和以使用重整醇类和烃类以产生氢气的燃料电池电动汽车;按照储能装置的配置分为纯燃料电池(Fuel Cell,FC)的燃料电池电动汽车、燃料电池与动力电池相混合(Fuel Cell+Battery,FC+B)的燃料电池电动汽车、燃料电池与超级电容器相混合(Fuel Cell+Capaci-tance,FC+C)的燃料电池电动汽车、燃料电池与动力蓄电池和超级电容器相混合(Fuel Cell+Battery+Capacitance,FC+B+C)的燃料电池电动汽车。图1-8~图1-10是上述三种比较典型的燃料电池电动汽车的动力系统结构示意图。

图1-7 比亚迪某混合动力电动汽车结构示意图

图1-8 FC+B燃料电池电动汽车动力系统结构

图1-9 FC+C燃料电池电动汽车动力系统结构

图1-10 FC+B+C燃料电池电动汽车动力系统结构