电动汽车原理分析.doc

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1、摘 要 在石油资源面临枯竭，环境保护态势日趋严峻的紧迫需求下，电动汽车的发展业已成为全球的共识，从而成为当前相关领域的研究热点。纯电动汽车应用技术作为当今汽车行业高新技术发展的必然趋势，它涉及车辆工程、电机驱动技术、控制技术、电池技术等领域的核心技术。本文以电动汽车为研究对象，对其电动汽车的结构和动力系统的原理进行了深入分析。首先，在查阅了大量有关纯电动汽车技术资料的基础上，总结了目前国内外纯电动汽车技术的发展现状与发展水平。其次，结合有关书籍和相关电动汽车论文来分析和了解电动汽车的结构和原理，其中对蓄电池电动汽车结构进行了分析和了解，其中包括（蓄电池电动汽车的结构特点，电池的主要性能指标，等

2、）。最后，在分析了目前电动汽车常用驱动电机各自的特点的基础上，本文主要从直流电动机，三相异步感应电动机来系统地从理论上对电动汽车的动力系统进行了分析，包括电动汽车驱动系统的组成、电动汽车驱动系统的种类、直流电动机的工作原理和基本构造、励磁方式、电动汽车辅助系统。关键词 ：电动汽车，蓄电池，电动机驱动系统，励磁方式AbstractDepletion of oil resources in the face, Environmental protection is becoming more severe situation of urgent needs，The development ofel

3、ectric vehicleshas become aglobal consensus，Thus become the research focus in the field of related. Pure electric vehicle application technology as the auto industry the inevitable trend of the development of new and high technology, It involves vehicle engineering, Motor drive technology, Control t

4、echnology, Battery technology and so on the core technology.In this paper, the electric car for research object. For electric vehicle structure and the principle of the power system In-depth analysis.First, In access to a large number of pure electric vehicle technology on the basis of information,

5、The article summarized the pure electric vehicle technology development present situation and the development level.Second, With the related books and relevant electric vehicle to analyze and understand papers of the structure and principle of the electric car, the battery electric vehicle structure

6、 has been analyzed and to understand, including(the battery electric vehicle Structure characteristics, The main performance indexes of the battery, etc)Finally, In the analysis of the current electric drive motor vehicles used on the basis of their characteristics, This article mainly from the dc m

7、otor, Three-phase asynchronous induction motor From theory to system of electric vehicle dynamic system is analyzed. includingThe electric car drive system composition, The electric car drive system species, Dc motor of working principle and basic structure, Excitation way ,The characteristics of th

8、e three-phase asynchronous induction motor, structure, Principle and properties.Keywords:electric vehicles,batteries,motordrivesystem,excitationmode目 录第一章 电动汽车的历史、现状及特点11.1电动汽车的定义及种类11.2电动汽车的历史与现状41.3电动汽车的优势51.3.1良好的环境保护效果61.3.2噪声低61.3.3可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题71.4电动汽车的主要不足71.4.1续驶里程短，载质量小71.4.2制造成本高81.

9、4.3必须重新建设基础设施和解决氢的来源问题8第二章电动汽车的构造原理82.1电动汽车的结构特点82.2蓄电池电动汽车的分类92.3电动汽车用蓄电池的主要性能指标112.4直流电动机驱动系统构造122.5交流电动机驱动系统构造13第三章电动汽车动力蓄电池及储能装置163.1 电池的分类及有关术语163.2化学电池的组成173.3 电池的工作原理183.4 电池的主要性能指标203.4.1开路电压203.4.2电池的内阻203.4.3电池的工作电压、终止电压和放电曲线213.4.4 电池容量213.4.5 能量223.4.6 功率223.4.7 寿命23第四章 电动汽车的电动机及驱动系统234.

10、1电动汽车驱动系统的组成、种类及特点234.1.1电动汽车驱动系统的组成234.1.2电动汽车驱动系统的种类244.1.3电动汽车驱动系统的特点264.2电动汽车对驱动电动机性能的基本要求274.3直流电动机284.3.1直流电动机的工作原理和基本构造284.3.2励磁方式304.3.3直流电动机的特点及性能参数31第五章 电动汽车辅助系统335.1电动汽车能源管理系统的功用335.2电动汽车能源管理系统365.2.1电动汽车能源管理系统组成365.2.2电池充电状态指示器365.2.3电池管理系统36结束语40参考文献41谢 辞40第一章 电动汽车的历史、现状及特点1.1电动汽车的定义及种类

11、 电动汽车指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。驱动电动汽车的电力常见的有各种蓄电池（又称二次电池），燃料电池、太阳能电池等。最常见的分类方法是把电动汽车分为蓄电池电动汽车、燃料电池汽车和混台动力电动汽车三类。其中，蓄电池电动汽车亦称二次电池电动汽车、纯电动汽车等，电动汽车还常以使用的电池名称命名，如氢燃料电池汽车、蓄电池汽车、太阳能电动汽车、铅蓄电池汽车等。1.2电动汽车的历史与现状 1885年，世界上第一辆汽油机汽车由德国人本茨研制成功，并于1886年回月26日获得专利，后人为了纪念本茨对汽车发展所作的贡献，将1886年1月26日定为世界L第一辆汽车诞生日。电动汽车的历史同样可以

12、追溯到19世纪，并且早于内燃机汽车的发明时间，最早开发电动车辆的人为法国和英国人，1881年法国工程师古斯塔夫一特鲁夫发明了第一辆电动汽车铅酸蓄电池动力三轮车，并于1881年8月到11月间在巴黎举办的国际电器展览会上展出，遗憾的是这辆电动汽车的照片没有留下来。现在留有照片的最早的电动汽车是英国人阿顿和培里于1882年发明的三轮电动汽车。应该说明的是，若把一次电池电动汽车作为电动汽车的诞生日的话，则第一辆电动汽车的诞生时间是1873年，由英国人罗伯特一戴维森发明。戴维森制作的世界一最初可供实用的电动汽车是一辆载货车，长4800mm，宽 1800mm，使用铁、锌、汞台金与硫酸进行反应的一次电池。

13、电动汽车在欧洲发明之后，很快传到了美国，并在美国得到了快速发展。1890年美国第一辆蓄电池汽车在美国衣阿华州诞生，时速达到23 km/h。在此之后的十多年里，电动汽车在美国飞速发展，到 1900年保有量已达到 33384辆。到 1900年为止，美国的电动汽车相对来说比内燃机车还要多占一些优势。其原因是在美国辽阔的乡村，当时坚硬道路稀少，而城市内大多都是坚硬的道路，市区面积狭小，因此，续驶里程为30英里并不被认为是一个严重的缺陷。英法两国的情况就大不一样，由干欧洲历史悠久，文化古老，在主要城市之间当时已有公路相连，无论什么天气，车辆都能行驶。因此，在英国和法国，汽油动力车就成为主要对象。连接主要

14、城市的公路系统推动了旅游业的发展，而旅游业则要求车辆具有相当长的续驶里程。尤其是法国，当时汽车工业比较成熟，在1905年之前，机动车辆出口量居世界首位。但在1905年之后，由于美国各家汽车公司零部件的互换性提高，而且产品价格低廉，所以在此后的几十年里美国一直是汽车出口量最大的国家。直到20世纪初，美国以蓄电池为动力的电动汽车占汽车保有量的38%，其比例仅次于占汽车保有量40%的蒸汽机汽车。到了1915年，美国电动汽车的年产量达5000辆。后来由于起动机的发明促进了汽油机汽车的发展和美国州际公路的发展，使电动汽车不能适应长距离行驶的缺点更为突出，因而电动汽车开始走向衰落，在1935年到1960年

15、的25年里，电动汽车几乎处于停产状态，并逐步退出使用。 20世纪60年代，随着汽车保有量的增加，汽车的排气污染使美国等发达国家相继出现光化学烟雾等空与污染事故，使人们的健康与生命安全受到了严重威胁。因而，首先在受到汽车污染威胁的汽车工业发达国家又重新开始电动汽车的开发。如日本在1976年就成立了电动汽车协会，并开展了电动汽车的研究与开发工作。但是，由于电动汽车技术一直没有重大突破，到20世纪80年代电动汽车的研究、开发和应用仍然处于停滞不前的状态。1900年9月美国加州政府通过的法规规定了“零排放车辆”ZEV的销售比例，随后其他各州仿效立法，这些措施推动了美国及世界范围内电动汽车的迅速发展。1

16、991年美国三大汽车公司签订协议，合作研究电动汽车用先进电池，成立美国先进电池联台体USABC;同年 7月美国电力研究院 EPRI参加了美国先进电池联台体，10月布什总统批准了226亿美元拨款资助此项研究。通用汽车公司于1990年在洛杉矶展出“冲击”牌电动轿车，该车采用铅酸电池与高新技术。从此掀起了一个以高新技术为基础、得到各国政府大力支持的、世界性的电动汽车研发热潮。1.3电动汽车的优势电动汽车包括蓄电池车、燃料电池车和混合动力电动汽车三类。由传统的汽车动力（如内燃机等）和电力组成的混合动力电动汽车由于装备了内燃机等传统的汽车动力，因此，此类混合动力车仅在以电力运行时具备蓄电池汽车和燃料电池

17、汽车的一些优势。故在以下论述一些优势中，对混合动力电动汽车仅指以电力运行时而言。1.3.1良好的环境保护效果燃料电池电动汽车通常以富氢气体为燃料，而富氢气体的主要来源是通过矿物燃料取。在富氢气体的制取过程中，其CO2的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。由于燃料电池的燃料在反应前必须脱除硫及其化合物，而且燃料电池是按电化学原理发电，不经过热机的燃烧过程，所以它几乎不排放氮、硫氧化物，减轻了对大气的污染。当燃料电池以纯氢为燃料时，它的化学反应产物仅为水，从根本上消除了NOX、SOX及CO2等的排放。故以纯氢为燃料的燃料电池电动汽车在行驶中不排放任何有害气体（包括C

18、O2）。蓄电池车以电力为动力，混合动力电动车在城市运行时也可以仅使用储存的电力。因此可以说，电动汽车是零排放汽车。电动汽车可广泛应用于城市公交、公共场所以及对排放控制有特殊要求的地方。但是如果算总账，并不能说电动汽车是零排放汽车，因为电动汽车使用的电能或燃料电池车使用的燃料，在其生产过程中已产生了NOX和CO2等污染物。表1-5为燃料制造过程中NOX的排放值，图1-5为单位里程的NOX排放量随汽车种类的变化，其中FCEV的燃料氢和甲醇假定由天然气制造（图中小线段为误差范围）2。 表1-5 NOx排放量比较燃料种类汽 油柴 油电 力甲 醇氢NOx排放量/（GMJ-1）0.1130.0560.04

19、70.019-0.0220.022-0.0421.3.2噪声低燃料电池按电化学原理工作，运动部件很少，无内燃机的燃烧噪声和进气门、排气门、活塞与曲轴等运动部件的机械噪声。燃料电池系统中最大的噪声源是空气压缩机（仅采用压力供气的燃料电池）。在没有采取隔声措施的燃料电池概念车中，空气压缩机在汽车运行中产生的噪声也相当大。总的来看，燃料电池车的噪声明显低于内燃机汽车。实验表明，4.5MW和11MW的大功率磷酸燃料电池电站的噪声水平已经达到不高于55dB的水平。蓄电池汽车和混合动力电动汽车仅使用储存的电力在城市运行时也具备类似特点。因此可以说，电动汽车工作时产生的噪声低，较传统汽车安静。汽车加速和等速

20、运行时的噪声构成情况。可见在加速时发动机及其排气系统的噪声占有很大比例，等速行驶时轮胎的噪声大。在汽车加速时，对于电动汽车而言，没有与发动机相关的如排气系统等的噪声；对混合动力车而言，发动机仍然稳定运转，与发动机的噪声大约为汽油机和柴油机的一半；燃料电池车加速时动力系统的噪声主要来自进气系统和冷却风扇等。如果以柴油车和汽油车加速时噪声作为1，则燃料电池车FCEV、蓄电池车及混合动力车加速时的噪声。可见电动汽车加速时的噪声明显低于普通汽车。1.3.3可以改善能源结构、解决汽车的替代能源问题装备蓄电池的电动汽车所消耗的电能可以由普通电网得到，故所有获取电能的方法都可以用作电动汽车的能源获取途径，如

21、水力发电、核能发电、潮汐发电、燃煤发电、风能发电、地热发电及太阳能发电等。燃料电池可以以氢、甲醇等非化石燃料为能源，因此电动汽车改变了传统汽车单纯依赖石油燃料的不足，既可改变能源结构、弥补化石燃料的不足，又可以作为石油枯竭后的交通工具，因此可以说开发电动汽车具有重要的能源战略意义。1.4电动汽车的主要不足1.4.1续驶里程短，载质量小能量密度（指单位体积的动力电池组所能输出的能量）低是除内燃机混合动力车外的电动汽车存在的最大的问题。目前实际使用的电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等，常见的蓄电池比能量（指单位质量的动力电池组所能输出的能量）的范围为35110Wh/kg，而汽油的低热

22、值为44MJ/kg（即为1.2104Wh/kg），可见汽油的能量密度约为蓄电池的110340倍，即使把电动机的工作效率高于发动机这一因素考虑在内，两者之差也相当悬殊。镍氢电池、锂离子电池等电动汽车的一次充电行驶里程目前虽然已超过200km，最高车速已超过130km/h，但这仍然难以和内燃机汽车相比。燃料电池车由于采取了35MPa的高压储存技术等各种措施，其续驶里程已超过300km，但仍然无法与燃油汽车相比。内燃机混合动力汽车虽然没有续驶里程短的问题，但由于其结构复杂，在载重量上仍然难以与传统内燃机汽车相比，加之其在制造成本和可靠性等方面的不足，目前仍然难以与传统内燃机汽车相媲美。1.4.2制造

23、成本高目前纯电动汽车的价格一般为同级燃油汽车的25倍。当然生产规模扩大后，会有一定幅度的降低，但仍然难以达到内燃机汽车的水平。内燃机混合动力汽车价格明显高于同级别的燃油汽车。燃料电池汽车的价格非常昂贵，达到同级别的燃油汽车的数十倍，甚至上百倍，还处于消费者无法接受的地步。1.4.3必须重新建设基础设施和解决氢的来源问题除内燃机混合动力车外的电动汽车存在重新建设基础设施的问题。为了克服蓄电池充电时间长（48h）的问题，需要在停车场或车库建设类似燃油汽车加油站的快速充电站。氢燃料电池汽车则需要解决氢的来源问题和建设加氢站等设施。第二章电动汽车的构造原理2.1电动汽车的结构特点电动汽车的基本结构系统

24、可分为3 个子系统：即主能源子系统，电力驱动子系统和辅助控制子系统，如图2-1 所示1，其中，主能源子系统，由电源和能量管理系统构成，能量管理系统能实现能源利用监控、能量再生、协调控制等作用；电力驱动子系统由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成；而辅助控制子系统，主要为电动汽车提供辅助电源，控制动力转向、电池充电等作用。 图2-1 电动汽车的结构 图2-2 电动汽车电路1-主电源到电动机的电路；2-由主电源DC/DC转换器到附件电路;3-回收电路燃料可以是柴油、汽油、液化石油气、天然气和醇类等，用完之后可通过加油站补充。蓄电池电动汽车的最大特点是装备有蓄电池（二次电池）、电动机、电

25、动机控制装置和能源管理系统等，能量的补充方式为充电，可在充电站或停车场进行，充电站使用的充电器多为快速充电器。由于电动机被拖动时，即可发电，因此蓄电池电动汽车一般都带有可回收减速和下坡时能量回收（再生）系统。蓄电池电动汽车的电路可以分为图2-2所示的三部分2。第一部分为由生电源到电动机的电路；第二部分为生电源DC/DC转换器汽车电器设备用电源电器设备（如前灯、后灯、雨刮器等）；第三部分为制动能量回收发电机到生电源部分的电路。2.2蓄电池电动汽车的分类由于蓄电池电动汽车行驶的动力源仅有来自电池的电力，因此蓄电池电动汽车常被称为纯电动汽车PEV，蓄电池电动汽车有各种不同的分类方法，常见的有四种第一

26、种分类方法是根据动力系统组件的多少和布置形式3把电动汽车分为四类。第一类可称为常规（传统）型电动汽车，其动力传递路线参见图2-3(a)，这类电动汽车是最早的PEV型式，可直接由燃油汽车改装得到，其特点是仅用电动机和蓄电池系统取代传统的内燃机和燃油系统，由于保留了传统内燃机汽车的变速器、主减速器和差速器等，因此对电动机的要求低，并可选择较小的电动机。第二类可为无变速器型电动汽车，其动力传递路线参见图2-3(b)，这类电动汽车的特点是用电动机和蓄电池系统取代传统的内燃机和燃油系统，并去掉了传统的内燃机汽车的变速器，电动机直接连接到传动轴，通过电动机的控制实现变速功能，虽然减少了车的质量和传动损失，

27、但电动机的尺寸大；第三类为无差速器型电动汽车，其动力传递路线参见图2-3(c)，这类电动汽车的特点是用电动机直接连接到左右两个驱动半轴上，结构简单，减少整车质量和传动损失，通过电动机的控制实现左右轮的差速和驱动力的分配；第四类为电动轮型电动汽车，这类电动汽车的特点是无动力传递装置，把驱动电动机直接连接到驱动轮上，是结构最简单的电动汽车，空间利用率最大，无传动损失，但对驱动电动机的控制精度等要求高，并要求左右轮的转速之差满足汽车行驶特别是转弯时的要求。电动轮的结构示意图如图2-3(d)所示，主要由定子、永久磁铁、编码器、电动机线圈、轴承、行星齿轮和制动毂组成，其特点是在设计时，把驱动轮与驱动电动

28、机设计为一体。第二种分类方法是根据电动汽车与普通燃油汽车在动力驱动控制系统上存在差别的特点，按动力驱动控制系统的结构型式对电动汽车分类。通常把蓄电池电动汽车分为直流电动机驱动的电动汽车、交流电动机驱动的电动汽车、双电动机驱动的电动汽车及电动轮电动汽车等。第三种分类方法是按照蓄电池的种类分类，可把电动汽车分为铅酸蓄电池电动汽车、镍氢电池电动汽车、锂离子电池电动汽车等。第四种分类方法是根据电动汽车的发展历程和主要技术指标等分类，可把蓄电池电动汽车分为第一代和第二代两类。 图2-3不同类型电动汽车的动力路线 （）常规型电动汽车的动力传递路线；（）无变速器型电动汽车的动力传递路线；（）无差速器型（驱动

29、轮独立电动机驱动型）电动汽车的动力传递路线；（）电动轮型电动汽车动力传递路线及电动轮结构2.3电动汽车用蓄电池的主要性能指标对蓄电池电动汽车的未来起决定作用是蓄电池的性能。蓄电池的主要性能指标有能量密度、比能量、功率密度、比功率、可靠性、寿命和价格等。能量密度指单位体积的动力电池组所能输出的能量（wh/L或kwh/L），有时也称为比能量或体积比能量；比能量（wh/kg）指电池单位质量中所能输出的能量，有时也称为重量比能量（汽油的比能量约为1.2104wh/kg）；功率密度指单位体积的动力电池组所能输出的功率（W/L或KW/L），有时也称为比功率或体积比功率；比功率是指单位质量电池所具有电能的功

30、率，单位为W/kg，有时也称为重量比功率；电池的寿命通常用使用的循环数表示，在一定的放电制度下，电池容量下降到某一规定值之前，电池所能耐受的循环次数，称之为充电电池的循环寿命。目前电动汽车蓄电池可能的主要性能参数、特点及需要解决的问题。2.4直流电动机驱动系统构造20世纪90年代以前的电动汽车几乎全是直流电动机驱动的。当汽车行驶时，蓄电池电流通过控制器输入电动机，电动机输出的转矩经离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器、半轴驱动车轮前进或后退。后来，由于可控硅、大功率IGBT管和计算机的应用，使得直流电动机调速易于控制。所以，在装备直流电动机驱动系统的电动汽车上，离合器、变速器都不再

31、使用，代替变速器的是一固定速比的减速器，而离合器的功能则由调速控制器来实现。电动轿车由于整车尺寸及空间的限制，大都采用前轮驱动的型式，将中间和后部的空间留给电池。目前，电动汽车主要在市区和城市近郊使用，它所遇到的工况多种多样，它的最低稳定行驶车速为36km/h，最高车速可达100km/h，甚至更高，并且在行驶过程中所遇到的阻力变化很大。电动汽车在行驶过程中阻力变化的最大值为最小值的6倍以上，因而电动机的转矩变化范围不能满足电动汽车行驶性能的要求。故在电动机和驱动轮之间需要安装一个机械减速器或变速器，以保证电动机经常保持高效率工作，减轻电动机和动力电池组的负荷。一般采用结构较为简单的两挡变速器即

32、可满足电动汽车行驶阻力变化范围的要求。图2-4所示为前轮驱动电动轿车的两挡变速器示意图3。电动机通过两挡自动变速器和主减速器和差速器驱动前轮。行星齿轮变速器、主减速器和差速器连为一体，使之结构紧凑，所占空间减小，便于整体吊装。整个动力传动系统工作原理如下：当汽车起步加速时，电动机带动变速器输入轴齿圈转动，此时由于车速很低，制动器将太阳轮抱死，行星轮与齿圈啮合转动，带动与行星架相连的齿轮转动，通过中间齿轮，差速器驱动车轮；当车速逐渐提高到某一定值时，制动器自动松开，二挡离合器接合，行星架与太阳轮连为一体，根据行星轮变速器原理，齿圈与行星轮和太阳轮之间没有相对转动，连为一体，行星架齿轮与电动机转速

33、同步，通过中间齿轮直接驱动车轮。 图2-4 前轮驱动的电动轿车结构布置图2.5交流电动机驱动系统构造与交流电动机系统相比，直流电动机具有起步加速牵引力大，控制系统较简单等优点，因此以前几乎所有的车辆牵引电动机均为直流电动机。但是，随着技术的进步，直流电动机的优势已逐渐丧失。目前，交流驱动系统的批量生产价格已与直流系统大体相当，交流电动机的可靠性约为直流电动机的6倍，整个交流驱动系统的可靠性约为直流驱动系统的2倍，直流斩波调速系统的维护保养费用约为交流系统2.5倍，交流驱动系统与直流斩波调速驱动系统相比，可节约5%7%的电能，而与直流电阻调压调速系统相比将节约25%30%的电能。交流电动机和直流

34、电动机的特点如表2-5所示。随着交流电动机驱动系统关键技术的不断突破，使交流电动机的体积小、重量轻（其比重量约为0.51kg/kw）、效率高、基本免维护、调速范围宽等优势得到体现，因此近年公布的电动汽车的电动机几乎全为交流电动机。表2-6为丰田、本田和日产公司近年公布的称之为第二代电动汽车的主要性能参数4。 表2-5 直流电动机和交流电动机的特点比较 表2-6 第2代EV的主要性能参数交流电动机车载充电器280V电池组控制器加速踏板制动踏板BC/ACAC/DC逆变器变换器空调系统真空制动泵12V 电器12V电源 图2-7 电动汽车交流电动机驱动系统 图2-7为电动汽车交流电动机驱动控制系统的一

35、例4。它生要由驱动系统、冷却系统、车身控制系统、能量管理系统四个子系统构成。驱动系统中，动力电池的电流经动力分配单元送入系统控制器，系统控制器将直流电逆变成交流电驱动交流电动机，电动机输出的转矩经定速比减速器后，通过万向传动轴、生减速器、差速器和半轴驱动车轮，使汽车前进或倒退。当汽车制动减速时，车轮带动电动机转动，通过矢量控制使感应电动机成为交流发电机产生电能，经系统控制器逆变变换后给电池组充电，这一过程称为制动能量回收，具有制动能量回收的电动汽车使一次充电后的续驶里程增加 10%15%。对于交流驱动系统，电池组电压一般为 300400比较台适。由于交流感应电动机体积小，重量轻，而动力电源逆变

36、器使用绝缘栅双极型晶体管IGBT，所以动力驱动控制系统应有专门的冷却装置。系统控制器除了有主逆变器驱动牵引电动机外，还有几个小功率DC/AC逆变器（功用为将直流电变换为交流电）。逆变器产生的交流电用来驱动空调压缩泵电动机、动力转向泵电动机、制动液压泵电动机和冷却水（油）泵电动机。冷却油泵将牵引电动机中的热油泵入散热器，散热后的冷却油再流入系统控制器以冷却IGBT大功率模块，然后，再送入电动机和减速器冷却系统。车身控制系统主要由加速踏板、制动踏板、仪表显示器和安全保护装置构成。加速踏板一般都带有一个位置传感器（电位计或差动变压器），将加速踏板的位置变换成电信号送入系统控制器，控制车的加速和行驶，

37、并通过仪表显示汽车运行的各种状态。当汽车减速或制动时，制动踏板位置传感器将给主控制器送去信号，主控制器识别信号和汽车行驶状态后，根据具体情况发出减速滑行、减速制动能量回收、再生和机械联合制动、机械制动等不同的指令。在保证安全的前提下，最大限度地回收或充分利用惯性能。由于IGBT变频调速技术和液冷交流感应电动机的应用使电动机调速范围变得非常宽（可达015000r/min)，而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转。这一转矩转速特性非常接近汽车实际行驶所需的转矩转速特性曲线，因此无需多挡变速，只需要一个固定速比的减速器即可，通过控制技术来实现离合器的功能。因此，交流驱动系统中的传动部分比较简单，没有离

38、合器和变速器，而且固定速比的减速器和电动机可作为一体，使系统更紧凑，运行更可靠。第三章电动汽车动力蓄电池及储能装置3.1 电池的分类及有关术语常见的电池可区分为大约4000种，较详细地划分的话也可区分为约38种。但若按电池的原理区分的话仅可分为物理电池、生物电池和化学电池三大类。生物电池有利用酶、微生物或叶绿素分别做成的酶电池、微生物电池和生物太阳电池等，其工作的物理基础是生物表现出来的带电现象。生物电池能在常温、常压等温条件下进行能量转换，它们体积小、功率大、效率高（如以酶催化的生物电池的效率可达60%70%）、无污染。物理电池指利用物理原理制成的电池，其特点是能在一定条件下实现能量的直接转

39、换。常见的物理电池有太阳能电池、核能电池和温差电池。太阳能电池有利用大面积的半导体P-N结把光能直接转换为电能的硅太阳能电池和化合物（砷化镓、磷化铟等）太阳能电池两类。温差电池是一种直接将热能转换为电能的电池。核能电池依靠核子发生裂变或者聚变工作。化学电池是一种直接把化学能转变为电能的装置，其学名为化学电源。通常所说的电池即指的是这类电池，故在以下若无特殊说明时，提到“电池”一词时均指化学电池。化学电池常见的分类方法有三种：第一种是按电解液种类分类，可把常见的电池分为碱性电池、酸性电池、中性电池及有机电解液电池四类。碱性电池，其电解质主要以氢氧化钾水溶液为主的电池，如碱性锌锰电池（俗称碱锰电池

40、或碱性电池）、镉镍电池及氢镍电池等；酸性电池，主要以硫酸水溶液为介质,如铅酸蓄电池；中性电池，以盐溶液为介质，如锌锰干电池（有的消费者也称之为酸性电池、海水电池等）；有机电解液电池，主要以有机溶液为介质的电池，如锂电池、锂离子电池等。第二种是根据电池所用正、负极材料的不同，可把常见的电池分为锌系列电池、镍系列电池、铅系列电池、锂系列电池、二氧化锰系列电池及空气（氧气）系列电池等。锌系列电池，如锌锰电池、锌银电池等；镍系列电池，如镍镉电池、镍氢电池等；铅系列电池，如铅酸电池等；锂系列电池，如锂离子电池、锂锰电池；二氧化锰系列电池，如锌锰电池、碱锰电池等，空气（氧气）系列电池，如锌空电池等。第三种

41、是根据工作性质和储存方式的不同，可把常见的电池分为一次电池、二次电池、燃料电池、储备电池四类。一次电池，又称原电池，即不能再充电的电池，如锌锰干电池等；二次电池，亦称可充电电池，如氢镍电池、锂离子电池、镉镍电池等；蓄电池习惯上指铅酸蓄电池，也属于二次电池；燃料电池指活性材料（反应物）从外部连续不断地送入内部而产生电能的一种电池，其特点是只要反应物从外部连续不断地送入且内部电极及其他成分不发生变化，电池就能连续不断地工作，提供电能，常见的有氢氧燃料电池等；储备电池是一种特殊的一次电池，常见的有两种。一种是电池储存时，电池本体与电解液分开，当电解质注入电池本体时即可工作，如镁氯化银电池（海水电池）

42、等。另一种常称为热电池，其特点是电池储存时，作为电解质的无机盐呈固态，并且不导电，因而电池也不工作，但当电解质被加热熔化后，电池即可工作，如锂合金热电池等。作为电动汽车动力能源使用的电池主要指二次电池（蓄电池）、燃料电池两类，因此可以根据电动汽车使用的化学电源种类将其区分为蓄电池汽车、燃料电池汽车等。3.2化学电池的组成电池由电极（正极、负极）、电解质、隔膜和容器（外壳）四部分组成（参见图3-1）5。图3-1 化学电池的组成其中最主要的是正（电）极（电源内部称阴极）、负（电）极（电源内部称阳极）和电解质三个部分。电极是电池的核心部分，一般由活性物质和导电骨架组成，活性物质是能够通过化学变化释放

43、出电能的物质，导电骨架主要起传导电子和支撑活性物质的作用。在电池上标出“”的一端为正极，标出“”电路获得电子的电极；负极则被定义为电池放电时向外电路输送电子的电极。应该注意的是，对电池的内部而言，则经常使用阳极、阴极的说法。在电池发生反应时，发生氧化反应、失去电子的电极为阳极，而发生还原反应、得到电子的电极为阴极。因此对电池的内部而言的阳极、阴极通常对应的是对外部电路而言的负极、正极。像交流电启动日光灯发光需要闭合的电路一样，电池带动用电器工作时也需要闭合的回路。在电池的外部是由电子导电来完成，而在电池的内部靠导电离子的定向移动来完成，电解质的作用就是在电池内部阴、阳极间担负传递带电离子的作用

44、。在有些电池系列中，电解质还参与电化学反应，如干电池中的氯化铵（NH4CL），铅酸电池中的硫酸（H2SO4）等。电解质通常为固体或液体，液体电解质常称为电解液或电液，电解液一般是酸、碱、盐的水溶液，当构成电池的开路电压大于2.7V时，水易被电解成氢气和氧气，故一般采用非水溶剂的电解质。电解质为不能流动的固体的电池常称为干电池，很多电池系列的电解液有较强的腐蚀作用，活性物质也有很强的腐蚀作用，因此，使用或处理电池时应注意安全。当用一根导线连接电池的正极和负极时，电池就会被短路，电池所储存的电量就会很快被消耗。在电池内部，如果阴、阳两极材料相接时，电池就会出现内部短路，其结果同外部短路是一样的，电

45、池储存的电也被消耗。所以说在电池内部也就需要一种材料或物质将正极和负极隔离，防止两极在储存和使用过程中被短路，这种隔离阴极和阳极的材料被称作隔离物或隔膜。对于大多数电池系列，隔离物还能够阻挡电池储存或使用过程中的活性物质微粒的迁移和所形成的枝晶穿透。隔离物大体上可分为三大类：板材，如铅酸电池用的微孔橡胶隔板和塑料隔板；膜材，如浆层纸、无纺布、玻璃纤维等；胶状物如糨糊层、硅胶体等。电池的外壳是一个可盛放电池电极、电解液、隔离物等的容器，起到保护和容纳电池组分的作用。一般要求壳体有足够的机械性能和足够的化学稳定性，以保证壳体不影响到电池其他组分的性能。为防止电池内外的相互影响，通常将电池进行密封，

46、以还要求壳体便于密封。但也有例外，如锌锰干电池的壳体锌筒，它既是阳极活性材料，又是壳体，这就要求它有相应的厚度。3.3 电池的工作原理一般而言，电池的工作过程就是电池放电过程。电池放电时在阳极上进行氧化反应，向外提供电子，在阴极上进行还原反应，从外电路接受电子，电流经外电路从正极流向负极。但并不是所有的电池都是按氧化还原反应进行，有的电池是以“嵌入脱嵌”的方式进行的。电解质是离子导体，离子在电池内部的阴阳极之间定向移动而导电，正离子（阳离子）流向阴极，负离子（阴离子）流向阳极。在阳极的导体界面发生氧化反应，在阴极的导体界面上发生还原反应。整个电池形成了一个由外电路的电子体系和电解质（液）的离子

47、体系构成的完整放电体系，从而产生电能供电。放电：电池向外电路输送电流的过程。放电方法可分为恒流放电和恒阻放电，也可分为连续放电与间断放电。连续放电是在规定放电条件下，连续放电至终止电压的放电方法。间断放电是电池在规定的放电条件下，放电间断进行，直到所规定的终止电压为止的放电方法。放电容量：电池在标准规定条件下的放电电量或有效工作时间。储存寿命：电池在规定条件下储存结束时，电池仍能保持规定的性能的储存期限。电池极端：电池连接外电路的部件。电动势：组成电池的两个电极的平衡电位之差。它反映电池对外作电功大小的可能性。短路：电池正、负极直接连通。短路电流：电池短路后一瞬间流过的电流。放电率：放电率指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。时率是指以放电时间（h）表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。例如，电池的额定容量为30 An，以2 A电流放电，则时率为30 Ah/2 A=15 h称电池以15小时率放电。倍率指电池在规定时间内放出其额定容量时所输出的电流值，数值L等于额定容量的倍数。例如，2倍率的放电，表示放电电流数值为电池容量的2倍。如电池容量为3An，那么