四、纯电动汽车的基本组成与工作原理

1. 纯电动汽车的基本组成

纯电动汽车由动力系统（包括动力电池及蓄电池组管理系统、驱动电机及其控制系统、冷却系统等）、底盘（包括传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统等）、车身和电气设备4部分组成。图1-10所示为典型纯电动汽车的主要总成布置。

（1）动力系统

① 动力电池。动力电池的作用是供给辅助电池及驱动电机用电。为了满足纯电动汽车对高电压的需要，纯电动汽车大多数是以由多个单体电池串、并联形成的动力电池组作为动力源。单体电池也称为电池单元，是构成动力电池的最小单元，一般由正极、负极、电解质及外壳等构成，即常说的一节电池。几个单体电池并联在一起构成一个电池单元组，其电压与单体电池相同，但容量为并联单体电池数的和。单体电池串联或单体电池与电池单元组串联以及电池单元组串联则构成相对独立的电池模块（也称电池包），模块的大小及电压（包括容量）取决于串联的单体电池和电池单元组的数量，所以同一台纯电动汽车的各电池模块尺寸会有不同的规格。几个电池模块串联构成一个动力电池组，图1-11所示的动力电池组即由8个电池模块组成，其总电压为各电池模块的电压之和，用周期性的充电来补充电能。动力电池组是纯电动汽车的关键装备，它储存的电能及其自身的质量和体积对纯电动汽车的性能有决定性影响。

1～8—电池模块；9—电子控制单元（ECU）

动力电池组在纯电动汽车上占据很大一部分有效的装载空间，在布置上有相当的难度，通常有集中式布置和分散式布置两种形式。典型的动力电池组集中式布置形式如图1-12所示，动力电池组的支架为T形架，T形架装在车辆的地板下面和行李舱下面的车架上，动力电池组固定在T形架上，有很好的稳定性。在T形架上装有动力电池组的通风系统、电线保护套等，通过自动断路器和手动断路器在车辆停车和车辆出现故障时切断电源，保证高压电路的安全。

典型的动力电池组的分散式布置形式如图1-13所示。动力电池组布置在纯电动汽车地板下面是最常见的布置方法，这样方便安装和拆卸。

② 驱动电机。驱动电机是纯电动汽车的动力装置。它是根据电磁感应原理实现电能转换的一种电磁装置，在电路中用字母M表示。它的主要作用是产生旋转运动，作为用电设备或各种机械的动力源。

③ 冷却系统。纯电动汽车的动力电池、驱动电机及其控制器工作时要产生大量的热量，需要进行强制冷却。动力电池的冷却通常采用风冷，其主要装置为鼓风机。驱动电机多采用水冷却，主要装置为水泵和散热器。驱动电机也有采用风冷的。

在研究分析纯电动汽车结构时，有时将纯电动汽车动力系统分为3个子系统，即电力驱动子系统、能源子系统和辅助子系统，如图1-14所示。

电力驱动子系统的功能是通过控制器电路与制动踏板和加速踏板相连，将制动踏板和加速踏板信号输入到电子控制器，以获得驾驶人的驾驶意图；通过控制驱动电机驱动车辆并且进行制动能量回收。

能源子系统的功能是对电力驱动子系统及辅助子系统供能，保证汽车上各元件有稳定的能量来源；能源子系统能够实时监测动力电池剩余电量，当动力电池能量不足时，能够提示对动力电池进行充电，以及时补充车辆的能量。

同燃油发动机汽车一样，纯电动汽车也配备有助力转向、空调、音响等系统，不同的是这些系统完全利用存储在动力电池中的电能，辅助子系统的作用就是完成助力转向、车内空调温度调节及夜间照明等功能。

（2）底盘

① 传动系统。纯电动汽车有多种传动系统布置形式，典型的纯电动汽车传动系统如图1-15所示。由于电机具有良好的牵引特性，因此纯电动汽车的传动系统可不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电机的转速即可实现。

② 行驶系统。行驶系统与燃油发动机汽车相似，主要包括车架、车桥、车轮和悬架等。

③ 转向系统。纯电动汽车的转向系统主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构等组成，具体包括转向盘、转向器、转向节、转向节臂、横拉杆、直拉杆等。纯电动汽车的转向系统多采用电动助力转向装置。

④ 制动系统。纯电动汽车制动系统包括制动器、制动传动装置。现代纯电动汽车制动系统中，制动防抱死装置（ABS）已经成为标配。与燃油发动机汽车相似，纯电动汽车的制动系统也由行车制动和驻车制动两套装置构成。纯电动汽车多采用电动真空助力。

（3）车身

早期的纯电动汽车车身分为车头和车厢两个部分。车头是乘坐驾驶人的位置，一般可乘坐驾驶人和副驾驶人两人；车厢是根据客户需求改装而来的，包括车厢配置、用料、空间设计等。

随着纯电动汽车的发展，现在多数纯电动汽车是以某种燃料车型改型而成的，所以其车身结构基本与燃油发动机汽车相同。为了使乘客获得最大的舒适感，纯电动汽车一般采用单人座并排的方式，至于座椅的数量则根据具体车型而有所不同。随着纯电动汽车向B级车和SUV方向发展，乘客室空间尺寸有增大的趋势，座位数也在增多。

（4）电气设备

纯电动汽车电气设备主要包括发电机、充电系统、辅助电源（车载12V电源）、灯具、仪表、音响装置、刮水器等。

① 发电机。发电机的主要作用是将机械能转换为电能，它在电路中用字母G表示。纯电动汽车的发电功能基本上都是由电机来完成的，即驱动电机为电动/发电机，可实现驱动和发电两种功能。

② 充电系统。充电系统主要包括充电接口和车载充电器，如图1-16所示。充电系统通常利用外接220V交流电源，通过充电接口进入车载充电器，车载充电器再通过交直流转换，使得220V交流电转变成动力电池组充电的直流电压提供给动力电池。纯电动汽车也有利用380V交流电源充电的，这种充电方式需要配备地面充电桩，将380V交流电转换为直流电后给车辆充电。

③ 辅助电源。所谓辅助电源，指车载12V蓄电池，其主要功能是为纯电动汽车的一些用电设备供电。

④ 灯具、仪表。灯具、仪表是提供照明并显示纯电动汽车状态的部件组合。仪表一般能够显示动力电池电压、整车速度、行驶状态、灯具状态等，智能型仪表还能显示整车各电气部件的故障情况。

在工业用纯电动汽车上，除上述组成外，还需配备工业装置。工业装置是用来完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。

2. 纯电动汽车的驱动原理

纯电动汽车由电力驱动系统替代了燃油发动机汽车的发动机和变速器，依靠动力电池、逆变器和驱动电机变速单元实现车辆的驱动。

图1-17所示为纯电动汽车的基本驱动系统结构示意图，基本驱动原理为：当驾驶人踩下加速踏板时，车辆控制模块将控制动力电池输出电能，然后通过控制逆变器驱动电机运转，驱动电机输出的转矩经齿轮机构传递给车轮，从而带动车轮转动，实现车辆的前进或后退。

典型纯电动汽车工作原理如图1-18所示。当电源接通使汽车行驶时，主控ECU接收挡位控制器、加速踏板角度传感器等各方面信息，判断、计算后发出指令传递给电机控制器，以控制流向前驱动电机的电流。此时，动力电池电流通过应急开关、配电箱/继电器之后，一路经过电机控制器向前驱动电机供给需要的电流，另一路经过DC/DC（直流/直流）转换器，将高压直流电（如330V）转换为低压电（如42V），提供给EPS（电动助力转向系统）使用。同时，动力电池接受电池管理系统管理，将动力电池的瞬时电压、电流、温度、剩余电量等信息传递给电池管理系统，以防止动力电池过放电或温度过高而损坏。如果发生漏电情况，漏电保护器起作用。一旦发生短路等紧急情况，保护装置（熔丝）即可熔断。