1.6 新能源汽车设计

新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，所用能源来自动力蓄电池、燃料电池、光伏太阳能电池等。与传统燃油汽车相比，其主要区别在于动力传动系统及能源系统。

1.6.1 纯电动汽车动力系统与传动系布局

纯电动汽车的驱动系统可分为三个子系统。

1）电驱动子系统，由电机、功率转换器、电控单元、机械传动装置和驱动车轮组成。

2）能源子系统，由主电源、充电系统和能量管理系统构成。

3）辅助子系统，具有助力转向、辅助动力和温度控制供给等功能。

纯电动汽车驱动系统结构如图1-31所示。相对于传统燃油汽车，纯电动汽车的动力传动系统结构布置比较灵活，可以有多种形式（图1-32）。其中，采用两电机或四电机分别驱动车轮，无机械差速器而采用电子差速器的原理是：直线行驶时，转向盘保持不动，两轮转速传感器将左右两侧车轮的转速和地面传感器将地面情况信号一起送入中央处理器；处理器经过计算，根据当时路面情况，发指令给两侧电机的控制器；通过两电机的转速差异，保证汽车直线行驶。当汽车转弯时，根据转向盘给定的转角、左右两侧车轮的转速、地面情况信号等，中央处理器经过计算，发指令给两侧电机控制器，对两电机进行差速调节。而采用电动轮驱动主要依赖以下技术；一是高比功率的驱动电机（主要是交流感应电机），其比功率都在1kW/kg以上；二是高效宽频带变频调速技术，使逆变器的效率大于97%，电机效率大于90%，整个驱动系统效率大于87%；三是可靠的电子差速器。

基于电动汽车储能系统的不同特性，能源子系统存在多种组合形式（图1-32）。能源系统应提供足够高的比功率与比能量以保障车本身的加速性和爬坡能力，并能够在制动时回收能量。图1-32a所示组合方式中电池应满足高比功率和比能量需求；图1-32b所示双电池能源系统中两个蓄电池分别提供高比能量和高比功率；图1-32c所示电池+超级电容器系统中蓄电池需提供高比能量，电容器本身可提高比功率并提供高效制动回收能量的能力；图1-32d所示电池+超高速飞轮系统中，电池提供高比能量，超高速飞轮具有高比功率和高制动回收能力；图1-32e所示电池+燃料电池能源系统中，燃料电池提供高比能量，但燃料电池无法回收制动能量，因此与高比功率且能高效回收制动能量的动力蓄电池组合工作；图1-32f所示电池+重整器燃料电池系统中燃料电池所需氢气由重整器产生。

1.6.2 混合动力汽车动力与传动系匹配布局

广义上说，混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由每个驱动系统单独或共同提供。图1-33所示为混合动力汽车的驱动系统结构。混合动力汽车通常为油电混合动力汽车，油电混合动力汽车同时采用内燃机和电机作为动力源。根据动力源的联合方式，一般将混合动力汽车分为三类：串联式混合动力汽车（SHEV）、并联式混合动力汽车（PHEV）和混联式混合动力汽车（PSHEV）。

（1）串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车的主要工作模式如图1-34所示。由于串联式混合动力汽车是一种能源环节的耦合，所以，其耦合系统是电压/电流/功率的耦合。整车行驶由电机提供驱动力，所以电机及其后传动系统的结构及匹配与纯电动汽车类同，最大的不同在于串联式混合动力汽车的发动机/发电机系统与动力蓄电池组的匹配与控制。选型配置主要取决于整车的初始设计目标，主要包括：经济性、排放性、预期系统成本和驱动性能等。而其控制则是通过负载计算和动力蓄电池组荷电状态（SOC）计算获得辅助功率装置（APU）输出功率控制目标值，按照发动机最低燃由消耗率曲线利用查表法求得与APU功率值对应的发动机转速控制目标值，实施对发电机发动机的综合控制。控制流程框图如图1-35所示。

（2）并联式混合动力汽车

并联式混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本类型，两个或多个驱动系统通过各自的动力生成装置输出动能的联合或耦合，并经过相应的特性场转化装置输出到驱动轮，满足车辆行驶要求，并联式混合动力汽车的驱动系统形式如图1-36所示。

并联式混合动力系统的特点是：

1）机械动能的混合。

2）具有两个或多个动力生成装置。

3）每个动力生成装置都有自己单独的车载能源。

根据并联式混合动力汽车的系统特点，不同工作模式下的功率流状态如图1-37所示。

（3）混联式混合动力汽车

为提高驱动系统的综合效率和充分发挥车辆的节能、减排潜力，在实际应用中，混合动力车辆驱动系统不单是串联式结构或并联式结构，还包括由串联和并联结构混合而成的混联式结构。在不同工作模式下的功率流模式如图1-38所示。