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1.1 基本概念

1.1.1 常用术语和定义

1)电动汽车(Electric Vehicle,EV):纯电动汽车(Battery Electric Vehicle,BEV)、混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)、燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Ve-hicle,FCEV)以及其细分种类统称为电动汽车。

2)纯电动汽车(BEV):驱动能量完全由电能提供的、由电机驱动的汽车,电机的驱动电能来源于车载可充电储能系统或其他能量储存装置。

3)混合动力电动汽车(HEV):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的汽车。

4)燃料电池电动汽车(FCEV):以燃料电池系统作为单一动力源或以燃料电池系统与可充电储能系统作为混合动力源的电动汽车。

5)串联式混合动力电动汽车(series hybrid electric vehicle):车辆的驱动力只来源于电机的混合动力电动汽车。

6)并联式混合动力电动汽车(parallel hybrid electric vehicle):车辆的驱动力由电机或发动机同时或单独供给的混合动力电动汽车。

7)混联式混合动力电动汽车(combined hybrid electric vehicle):同时具有串联式和并联式驱动方式的混合动力电动汽车。

8)可外接充电式混合动力电动汽车(Off-Vehicle-Chargeable Hybrid Electric Vehicle,OVC-HEV):正常情况下可从非车载装置中获取电能量的混合动力电动汽车。插电式混合动力电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)属于此类型。

9)不可外接混合动力电动汽车(Non Off-Vehicle-Chargeable Hybrid Electric Vehicle,NOVC-HEV):正常情况下从车载燃料中获得全部能量的混合动力电动汽车。

10)有手动选择功能的混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle with Selective Switch):具备手动选择行驶模式功能的混合动力电动汽车。车辆可选择的行驶模式包括纯电模式、热机模式和混合动力模式。

11)无手动选择功能的混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle without Selective Switch):不具备手动选择行驶模式功能的混合动力电动汽车。车辆的行驶模式可根据不同工况自动切换。

12)增程式电动汽车(Range Extended Electric Vehicle,REEV):一种在纯电模式下可以达到其所有的动力性能,而当车载可充电储能系统无法满足续驶里程要求时,打开车载辅助供电装置为动力系统提供电能,以延长续驶里程的电动汽车,且该车载辅助供电装置与驱动系统没有传动轴(带)等传动连接。

13)纯燃料电池电动汽车(Pure Fuel Cell Vehicle,Pure FCV):以燃料电池系统作为单一动力源的电动汽车。

14)燃料电池混合动力电动汽车(Fuel Cell Hybrid Electric Vehicle,FCHEV):以燃料电池系统与可充电储能系统作为混合动力源的电动汽车。

以上主要是电动汽车整车的术语和定义,它们之间的关系如图1-1所示。

15)动力蓄电池(propulsion battery):为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池,简称动力电池或电池。

16)动力蓄电池系统(power battery system):一个或一个以上动力蓄电池包及相应附件(蓄电池管理系统、高压电路、低压电路、热管理设备以及机械总成)构成的为电动汽车整车的行驶提供电能的能量存储装置。

17)驱动电机系统(drive motor system):驱动电机、驱动电机控制器及其工作必需的辅助装置的组合。

18)高压系统(high voltage power system):电动汽车内部B级电压以上与动力蓄电池直流母线相连或由动力蓄电池驱动的高压驱动零部件系统,主要包括但不限于:动力电池系统和/或高压配电系统(高压继电器、熔断器、电阻器、主开关等)、电机及其控制器系统、DC/DC变换器和车载充电机等。

图1-1 电动汽车整车常用术语定义关系图

19)整车控制器(vehicle control unit):动力总成控制器采集加速踏板信号、制动踏板信号以及其他部件信号并作出相应判断后,控制下层的各部件的控制器的动作,可实现整车驱动、制动、能量回收。

20)传导充电(conductive charge):利用电传导给蓄电池进行充电的方式。

21)感应充电(inductive charge):利用电磁感应给蓄电池进行充电的方式。

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

1.1.3 电动汽车的特点及安全特性

电动汽车与燃油汽车相比,整体上具有燃料来源广泛、制动能量可再生回收、噪声低、环保和经济性等特点。另外,不同种类的电动汽车之间也存在一定的差异性。

纯电动汽车使用电机和电池驱动,在工作时产生的噪声较小,且不会有尾气排放。另外,还有使用成本低廉、能量转换率高、能够回收制动和下坡时的能量等优点。因其结构简单,维护成本也较低,更具有经济性。现阶段纯电动汽车主要存在着续驶里程短、补能速度与便捷度不足、动力蓄电池使用成本高的缺点。

混合动力电动汽车是采用电机和内燃机联合驱动的方式,可以根据不同的路况选择合适的驱动方式,能够有效降低油耗和排放,兼顾了经济性与环保性。混合动力汽车的动力系统控制策略和整车布置较复杂,技术难度大,初始成本较高。

燃料电池电动汽车最大的特点就是燃料不经过燃烧释放能量,而是通过燃料电池堆直接将化学能转化为电能,能量转化效率可高达60%~80%,是内燃机的2~3倍,在保证了续航能力的同时也避免了内燃机系统的机械振动和噪声。燃料电池所需的氢能源来源广泛,可直接利用氢气,也可利用重整制氢。此外,运行过程中无尾气排放,对环境友好。目前,燃料电池电动汽车受到氢燃料电池技术不成熟、配套设施不完善和价格较贵这几方面因素的制约。

电动汽车的安全性设计需针对储能部件与动力总成系统的特点,确保高压系统电气安全、动力蓄电池系统安全、电气控制系统安全、整车控制的功能安全和信息安全、电磁兼容性等。由于其动力系统与燃油汽车不同,在诸如碰撞安全性、整车及零部件密封性等方面也存在不同的要求与挑战。 zd25i3SSZE6xzjEtg0QvZ056Hdm1u8WF3GzaLqOQxIE4t4E+ZCVChXsT1T5Cd+hO

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