一、纯电动汽车概念
纯电动汽车(简称电动车)是指主要以电池为动力源,全部或部分由电动机驱动,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。纯电动汽车是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品,是与燃油汽车相对应的。纯电动汽车辆最早出现在英国,1834年Thomas Dwenport在布兰顿演示了采用不可充电的玻璃封装蓄电池的蓄电池车,此车的出现比世界上第一部内燃机型的汽车早半个世纪。电动汽车在20世纪20年代达到鼎碰时期,然而在燃油汽车出现后,纯电动汽车无论在整车质量、动力性能、行驶里程、机动性和灵活性方面越来越落后于燃油汽车。但在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下,主要国家的污染法规渐趋严格,因此对低污染车辆的需求势必增加。随着各种高性能蓄电池和高效率电动机的不断出现,人们又把目光转向了零污染或超低污染排放的电动汽车。从20世纪70年代起,新一代纯电动汽车脱颖而出,涌现了各种高性能的纯电动汽车。例如,比亚迪E6纯电动车可续行300km,最高车速160km/h;长安奔奔纯电动车续行150km,最高车速120km/h;宝马Mini纯电动车可续行240km,最高车速160km/h;三菱iMiEV纯电动车可续行150km,最高车速130km/h;日产Leaf纯电动车可续行160km,最高车速140km/h,只需30min可充电80%,而通过10min充电可行驶50km;奔驰Smart Fortwo纯电动车可续行121km,最高车速135km/h,充电可行驶40km。
二、电动汽车的分类
图1所示为电动汽车的拓扑分类。传统汽车只有内燃机一种动力源,纯电动汽车或纯燃料电池电动汽车也只有电动机一种动力源,混合动力汽车则至少有两种动力源,动力蓄电池和氢燃料电池技术的发展将最终导致不同类型的汽车向纯电动机汽车和纯燃料电池电动汽车方向发展。电动汽车的发展不但是动力系统的变化,其传动系统等也将随之发生变化。
①纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供能量,由电动机驱动的汽车,由于一次石化能源的日趋缺乏,纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。典型的纯电动汽车结构如图2所示。动力蓄电池组输出电能驱动电动机,从而推动车辆行驶。蓄电池的电能通过充电系统在车辆行驶一定里程后进行补充。如图3所示,纯电动汽车主要由电力驱动控制系统、车载电源控制系统和辅助控制系统构成。电力驱动控制系统包括中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置;车载电源控制系统包括充电控制器(能量源)、蓄电池(能量单元)及能量管锂单元;辅助控制系统包括助力转向单元、温控单元和辅助动力源等。蓄电池纯电动汽车的特点是用户端真正实现了“零排放”,不依赖汽油,只要有电力供应的地方都能够充电,但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多,因此纯电动汽车的连续行驶里程有限。
②混合动力电动汽车是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新车型。目前,混合动力电动汽车一般是指采用内燃机和电动机两种动力(图4),将现有内燃机与一定容量的储能器件,如高性能蓄电池或超级电容器,通过先进控制系统相结合,提供车辆行驶所需要的动力,蓄电池可由汽车中的内燃机驱动发电机充电的汽车。因此,混合动力电动汽车没有从根本上摆脱交通运输对石油资源的依赖问题,同时,当以内燃机为主提供动力时,无法有效降低车辆对环境的影响。因此从技术角度分析,混合动力电动汽车是电动汽车发展过程中一段时期内的一种过渡技术。