第二節 純電動汽車和燃料電池電動汽車的結構原理

一、純電動汽車和燃料電池電動汽車的基本結構與傳統內燃機汽車的區別

純電動汽車和燃料電池電動汽車的基本結構與傳統內燃機汽車的區別如圖1-1所示。

二、純電動汽車電力驅動系統的結構類型

純電動汽車電力驅動系統結構可分為以下六種基本類型，如圖1-2所示。

圖1-2a所示為用驅動電機M取代內燃機類型，對于高檔電動汽車一般采用自動變速器。本類型主要優點是可以避免因電機轉矩不足而影響汽車加速性能的問題。

圖1-2b所示類型在圖1-2a基礎上采用固定傳動比減速器，并去掉離合器。其優點是通過控制電機的轉速來控制車速，可省去離合器。缺點是為提高爬坡能力而選擇大傳動比減速器，故車輛高速行駛性能較差。

圖1-2c所示為將電機、減速器和差速器集成為一個整體類型，其優點是結構緊湊、質量小，有利于降低成本，適用于大批量生產的小型車。

圖1-2d所示為電子差速模式類型，即采用兩個電機分別與兩個相同固定傳動比的減速器連成一個整體，然后用半軸和直接連接的方式分別驅動兩個車輪。由于每個電機均可獨立控制調節，從而省略了差速器。電子差速器的體積和質量更小，可以實現更精確的轉彎控制，提高電動汽車性能。此外，其整車布置簡單，且易于實現驅動防滑、制動力分配、防側滑等多種功能，適用于中型或大型客車。

圖1-2e所示為輪轂電機類型，其減速器采用固定大傳動比行星齒輪減速器，空間緊湊，質量較小。

圖1-2f所示為低速外轉子電機類型，其電機的外轉子直接與車輪的輪轂設計為一體，故完全省去了機械減速器。其主要優點是車輛的布置不受限制，并可以方便地實現四輪驅動。唯一缺點是車輛的驅動力完全取決于電機轉矩的大小，故目前僅適用于自重較輕的小型電動汽車。

雙電機驅動橋如圖1-3所示，電機置于兩側，分別控制驅動兩側車輪。其主要優點是：由于在驅動橋中間省去了一個巨大的差速器橋包，故有利于降低汽車重心和重量，特別適合于大型電動公交車采用。

三、純電動汽車和燃料電池電動汽車儲能裝置的結構類型

純電動汽車和燃料電池電動汽車儲能裝置共有九種基本結構類型，如圖1-4所示。

（1）單一蓄電池供電型 單一蓄電池供電型如圖1-4a所示。動力蓄電池（俗稱動力電池）種類繁多，有鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池、硅電池、鋅空氣電池等。電動汽車要求采用較高比能量和比功率電池，以分別滿足續駛里程和加速性能的需要。

（2）兩種蓄電池混合供電型 兩種蓄電池混合供電型如圖1-4b所示，其中，一種蓄電池提供高比能量，另一種蓄電池提供高比功率。故這種結構不僅解決了比能量和比功率的矛盾，而且比功率電池還可為制動能量回收起到顯著的作用。

（3）燃料電池供電型 燃料電池供電型如圖1-4c所示。氫燃料電池是最常見的燃料電池，其原理是在特定的介質和工況下，氫與氧結合產生水與電能。由于氫氣很難液化，目前一般是以氣態儲存在高壓車載氣罐中；氧氣可直接從空氣中獲得。燃料電池相當于一個小型發電機，可提供非常高的比能量，但卻無法回收制動的再生能量。

（4）燃料電池與蓄電池混合供電型 燃料電池與蓄電池混合供電型如圖1-4d所示，為解決燃料電池無法回收制動的再生能量的問題，將其與蓄電池一同使用。

（5）燃料電池帶重整器與蓄電池混合供電型 燃料電池帶重整器與蓄電池混合供電型如圖1-4e所示。燃料電池所需氫氣還可由常溫的液態燃料（如甲醇、乙醇或汽油）隨車產生。重整器是一種可隨時分解液態燃料而產生氫氣的小型裝置。

（6）超級電容供電型 超級電容供電型如圖1-4f所示。超級電容是以物理方式儲存電能的裝置。其優點是可以不受溫度影響而大倍率地充分放電、維護簡單、使用壽命長，且對制動再生能量的回收非常好。最大缺點則是比能量低、續駛里程短、占用空間大，故多用于公交車。

（7）超級電容與蓄電池組合供電型 超級電容與蓄電池組合供電型如圖1-4g所示，為解決超級電容比能量低的問題，增加一個能夠提供高比能量的蓄電池；同時還需要在二者之間采用一個DC/DC功率變換器，以解決超級電容使用電壓比較低的問題。

（8）超級電容與燃料電池組合供電型 超級電容與燃料電池組合供電型如圖1-4h所示，此種方案可取二者之長，既取燃料電池的高比能量與高比功率之長，又取超級電容優良的制動再生能量回收性能之長。

（9）高速飛輪與蓄電池組合供電型 高速飛輪與蓄電池組合供電型如圖1-4i所示。高速飛輪也是一種高比功率和高制動能量回收性能的物理儲能器。它一般是在一個高真空的密閉容器內高速旋轉，既是一個發電機，又是一個電動機，可以實現電能與機械能的雙向轉換。此外，還需要在二者之間增加一個AC/DC變換器。

四、電動汽車的驅動系統布置形式

電動汽車的驅動系統布置形式可分為集中驅動系統與輪轂分散驅動系統兩大類。

1．集中驅動系統

集中驅動系統包括傳統驅動模式與電機驅動橋組合模式。

（1）傳統驅動模式 傳統驅動模式詳見圖1-5及其注解。

（2）電機驅動橋組合模式 電機驅動橋組合式驅動模式如圖1-5b和圖1-5c所示，它包括以下三種結構類型。

1）平行式電機驅動橋組合式，詳見圖1-6及其注解。

2）同軸式電機驅動橋組合式，詳見圖1-7及其注解。

3）雙聯式電機驅動橋組合式，詳見圖1-5c與圖1-8及其注解。

2．輪轂驅動系統

輪轂驅動系統詳見圖1-5d、圖1-9與圖1-10及其注解。

五、純電動汽車的工作原理

純電動汽車工作原理詳見圖1-11及其注解。