电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、与传统汽车类似的车身电器装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
一、电源
在目前的电动汽车上,车载动力源一般都是各式各样的蓄电池,利用周期性的充电来补充电能。动力电池组是电动汽车的关键装备,它储存的电能、质量和体积,对电动汽车的性能起到决定性的影响。目前,电动汽车用电池已经经过了三代的发展。
第一代电动汽车用电池都是铅酸电池,由于铅酸电池的比能量和比功率不能满足电动汽车动力性能的要求,所以就进一步发展了阀控铅酸电池、铅布电池等,使得铅酸电池的比能量有所提高,仍能够满足作为电动汽车的电源使用要求。
第二代的高能电池有镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池等。第二代动力电池的比功率和比能量都要比铅酸电池高出很多,大大提高了电动汽车的动力性和续驶里程。但是第二代动力电池现在依然是在“电能一化学能一电能”的化学反应过程中储存和供给电能,有一些特殊使用条件和一定的局限性,其中有些高能电池还需要复杂的电池管理系统和温度控制系统,各种电池对充电技术还有不同的要求。而且第二代电池在使用一定的次数后会出现老化甚至报废的情况,几乎或者完全丧失充放电能力,并且会造成污染。这无疑又增加了电动汽车的使用成本。
第三代电池是以燃料电池为主的电池,燃料电池直接将燃料的化学能转化成电能,能量转变的效率高,比能量和比功率高。并且燃料电池的能量转化过程可以连续进行,反应过程能够有效地控制,是比较理想的电动汽车用电池。但是燃料电池的燃料往往有毒、有害而且价格昂贵,需要对车辆进行额外的设计,增加了设计和制造成本。
除此以外,飞轮储能器、超级电容也是常见的电动汽车车载动力源。飞轮储能器是“电能一机械能一电能”转换装置,可以瞬间输出很高的功率。而超级电容则具备了“电能一电位能一电能”转换的能力,而且其充放电时间相比传统电池来说有很大的缩短。
以上种种装置都有自己的优缺点,现代电动汽车普遍使用先进的高能电池作为其动力源。但是综合现有技术条件以及相关技术的成本,以高能铿电池为动力源的电动汽车仍为主流。
对动力电池组的管理包括对动力电池组的充电与放电时的电流、电压、放电深度,再生制动反馈的电流,电池的自放电率,电池温度等进行控制。因为个别的蓄电池性能变化后,影响到整个动力电池组的性能,所以用蓄电池管理系统对整个动力电池组和动力电池组中的每一个单体电池进行控制,保持各个电池间的一致性,还要建立动力电池组的维护系统,来保证电动汽车的正常运行。
由于充放电性能对电动汽车动力电池的性能表现有着重要的影响,因此电动汽车动力电池对充电时的电压和电流都有一定的要求。因此高效率的充电装置和快速充电装置也是电动汽车使用时必须的辅助设备。一般常见的充电装置有地面充电器、车载充电器、接触式充电器和感应式充电器等。
电池充电系统、管理系统、维修系统和再生制动能量的回收等,是一个全新的系统工程。因为其是保证电动汽车能够安全稳定工作的必要条件,所以其重要性不亚于电动汽车本身。因此需要建立充电站系统,使电动汽车的充电能够像内燃机汽车加油站那样方便、那样普及。与此同时,还应该建立蓄电池回收和报废工厂,使电动汽车废旧电池对环境的污染降到最低。
二、驱动电动机
驱动电动机是电动汽车的动力装置,这是电动汽车和传统汽车最根木的区别。现代电动汽车一般使用的是交流电动机、永磁电动机或者开关磁阻电动机。
由于电动汽车制动时使用再生制动的方式,因此一般可以回收10%~15%的能量。再生制动能量是电动汽车节能和延长续驶里程的重要措施之一。再生制动显然不可能在内燃机汽车上实现。在电动汽车的制动系统中,还保留着常规制动系统和ABS,以保证车辆在紧急制动时,有可靠的制动性能。
电动汽车的驱动系统由驱动电动机和驱动系统共同组成,随着电动汽车结构形式的不同,采用了不同的驱动系统。电动汽车的驱动系统有电动轮方一案(轮边驱动系统)和差半轴方案(集中驱动系统)两种
电动轮方案是采用多电动机,将电动机装配于车轮上,或者和轮边减速器相配合。差速半轴方案采用单电动机系统,其动力布置方案和传统汽车相一致,即电动机输出扭矩,通过变速装置传输到差速器上,差速器再通过半轴传输到轮上。
电动轮技术可以减小电动机的直径,便于在电动汽车底盘下部布置,能够减轻电动汽车的簧载质量。轮毅电动机的出现改变了汽车的传动形式,每个车轮都是由独立的电动机来驱动,这与内燃机汽车有着截然的不同。
三、电动机调速控制装置
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的,其作用是控制节能环保电动机的电压或电流,以完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上,直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的,且会产生附加的能量消耗或使电动机的结构复杂,现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速技术,通过均匀地改变电动机的端电压,控制电动机的电流,来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中,晶闸管斩波调速装置也逐渐被其他电力晶体管(如GTO, MOSFET, BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看,伴随着新型驱动电动机的应用,电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用,将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中,直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向,实现电动机的旋向变换,这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时,电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可,可使控制电路简化。此外,采用交流电动机及其变频调速控制技术,使电动汽车的制动能量回收控制更加方便,使控制电路更加简单。