1.1　电动汽车组成及分类

1.1.1　电动汽车主要结构组成

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、完成既定任务的工作装置等。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。

（1）电源　为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能。应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量低、充电速度慢、寿命短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

（2）驱动电动机　驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。但直流电动机由于存在换向火花、功率小、效率低、维护保养工作量大等问题，随着电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BLDCM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代，如无外壳盘式轴向磁场直流串励电动机。

（3）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，其作用是控制电动机的电压或电流，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用电动机的结构复杂，现已很少采用。应用较广泛的是晶闸管斩波调速，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，它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，控制电路更加简单。

（4）传动装置　电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒挡。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。当采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。

（5）行驶装置　行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动汽车行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。

（6）转向装置　转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。

（7）制动装置　电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车滑片式空气压缩机电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。目前国内大功率载客汽车主要采用压缩空气制动，耐力滑片式空气压缩机常用于给电动汽车提供制动空气。

（8）工作装置　工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。

1.1.2　电动汽车分类

1.1.2.1　纯电动汽车

纯电动汽车采用单一蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。其最大优势在于无污染、噪声小，对环境保护十分有益。另外，纯电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，同时可回收制动、下坡时的能量，提高能量的利用效率。

在我国，首款面向个人销售的纯电动汽车是被命名为E6先行者的比亚迪纯电动汽车，该车是自主研发的，以具有安全性高、储电多、功率大等特点的铁电池作为动力，一次充电最大续驶里程达到300km，列世界第一。而且，比亚迪还和南方电网合作，为每位购车者配备充电柜，只要车主有自己的固定车位，南方电网将上门为车主安装，车主自己可在家中完成充电。而这不失为纯电动汽车推广的一条可行路径。虽然纯电动汽车的优势明显，但目前的普及程度仍远不及内燃机汽车。其需要解决的问题如下。

①降低电动车价格　目前电动车整车价格昂贵的主要原因一方面是蓄电池的价格昂贵；另一方面是电动汽车量产小，配件未形成规模化生产。

②提高一次充电后的续驶里程　目前蓄电池单位重量存储的能量太少，使得电动汽车的续驶里程过短，在一定程度上也制约了电动车的普及。

③延长蓄电池的使用寿命　目前一个新的蓄电池在使用1～2年后，其充满电所能储存的能量明显下降，基本上3年就要报废。

④发展包括充电设施在内的基础设施　除工作单位、家庭等夜间充电设施外，还必须建立行车途中充电所必需的充电网络。电动汽车要想普及，基础充电设施的规模化、网络化是一个不能回避的问题。

⑤建立一个电动汽车发展的相关行业标准　相关行业标准的缺失，容易导致各电动汽车制造企业各自为政，生产的电动汽车的充电插口以及相关零部件无法通用，限制了电动汽车的推广普及。

1.1.2.2　混合动力电动汽车

混合动力电动汽车又称复合动力汽车，它将先进的燃油发动机、电机、能量储存装置（如蓄电池等）结合起来。

（1）混合动力电动汽车的主要特点　与常规动力相比，混合动力电动汽车具有以下特点。

①使用经济性和动力性大幅度改善。通过优化选择确定原动机机型（通常选用汽油或柴油机），在较大负荷范围内具有良好的运行性能。

②避免或减少了发动机目前瞬态变工况下的不良运行。

③利用电机回收汽车制动能量，回收率不低于70%。

④采用高效的能量存储装置（飞轮、电池或超级电容储能器），向车辆提供瞬时能量，尽可能缩小发动机尺寸，提高效率，降低排放。

⑤车上容易布置，节省空间。

（2）混合动力电动汽车的关键技术

①电池技术　混合动力电动汽车电池在工作中处于非周期的充、放电循环状态，因此，动力蓄电池处于频繁的工作状态，不仅需要高能量密度，而且还需要高功率密度，提高电池的使用寿命。所以提高电池的性能，提高电池的质量，是混合动力汽车发展需要解决的问题，是关键技术的第一步。电池技术，是驱动系统的关键。目前广泛应用的混合动力电动汽车的动力驱动系统方案：蓄电池储存电量，控制器控制蓄电池的工作状况，电动机工作，以上三个过程的实现依靠电能；变速过程和驱动过程，上述两个过程的实现依靠机械原理，也是混合动力电动汽车命名的科学依据。

②电池管理系统　混合动力电动汽车所用的动力电池的寿命、充放电效率、内阻等要受到电池放电速度、充放电电流大小以及具体的汽车行驶工况等诸多因素的影响。目前，混合动力电动汽车的技术还局限于电池恒流放电特性，或是只单一考虑了放电过程的变流放电特性研究，还存在巨大的技术空间有待开发，如不能模拟混合动力电动汽车电池实际使用状况的模型。

③改进专用发动机　混合动力系统中，由于发动机的工况可以控制在一定范围内，因而可通过特定范围的工况设计，提高发动机的性能。发动机是能量转换的第一步，能量转换过程：发动机产生动力带动发电机，发电机带动电动机驱动系统，电动机驱动系统中产生的热能转化为电能，最终转化为机械能，能量处于上述的转换过程中。

④优化控制策略　混合动力系统的整车控制策略主要解决两个核心问题：a.混合动力系统工作模式的变换，即如何根据工况，实现不同的工作状态，实现合理行驶；b.在工作状态下，动力的合理分配，即发动机功率的分配，实现理想的工作状态。随着对混合动力系统控制策略研究的深入，需要充分利用当今前沿的控制理论和方法（如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等），控制方法与汽车的性能有机的结合，最终改善汽车的性能，提高对各种工况的适应性，还可使混合动力电动汽车的操作更加智能和趋于完善。上述内容是混合动力汽车研究的核心问题。

⑤回收制动能量　混合动力电动汽车在制动过程中，部分动力可以被储存，动能可以被再次利用，提高能源的利用率。充分回收制动能量，可以提高电动汽车能源的利用率。制动能力会受到车速、电机功率、电池状态等的影响。制动是汽车行驶过程中，驾驶员的常用操作状态，制动效果的好坏，直接影响汽车行驶的安全性，无论在何种工况下，都应首先满足驾驶员的制动要求。如何在满足车辆制动性能要求的前提下，提高电动汽车制动能量回收利用率，制定一套切实可行的实施方案，是当前电动汽车技术发展的一个全新课题。

（3）混合动力电动汽车的发展现状　混合动力电动汽车的发展起步于20世纪90年代初，源于美国、日本以及欧洲等许多汽车技术水平比较发达的国家，考虑到充分利用能源，开始着手于电动汽车的理论研究，随后进行试验研究和试验开发，已经取得了许多重大的研究成果。

①国内发展现状　我国对混合动力电动汽车的研究，起步相对较晚，技术比较滞后，经过几年的时间，才有一定程度的发展，尤其是在动力电池方面，目前已达国际领先水平，成为电动汽车电池全球最重要的供应商。随着我国在电动汽车技术研究上的不断进步，目前，我国已经可以独立开发驱动电动机及其控制系统，处于行业领先水平。成果总结如下：a.开发出轿车用净输出30kW的燃料电池发动机；b.开发出60kW和100kW功率等级的客车用驱动电动机；c.开发出大功率氢-空气燃料电池组。

目前，我国大多数的汽车企业（如比亚迪汽车、一汽、上海大众、东风汽车、长安汽车、奇瑞汽车、吉利汽车等）都在进行混合动力电动汽车的研发工作，并取得一定的成果。一汽公司从2005年12月开始生产混合动力电动公共汽车，自主创新，研发核心技术，其设计的电动公共汽车采用双轴并联式的驱动方式。东风汽车公司自主开发的混合动力电动公共汽车“EQ6110H电动汽车”，已大量投产并使用，消费者反馈信息良好，对其使用性能比较满意。

②国外发展现状　日本丰田和本田、英国FRZAER-NASH公司、美国蓝鸟客车公司的电动客车和轿车已经上市，美国是世界上应用电动汽车最为广泛的国家，电动汽车的普及率比较高。此外，美国政府能源部与汽车制造商进行合作，强强联合，从国家的角度出发，合作开发燃料电池电动汽车。

法国政府制定了各种优惠政策，以实际行动支持使用电动汽车，宣传的力度较大，鼓励国民购买电动汽车，并给予一定的经济补贴。近些年来，欧洲很多比较著名的汽车生产厂商，相继推出了混合动力电动汽车，使用的技术也日趋成熟。

日本丰田公司开发的Prius混合动力系统已经批量上市；本田公司开发的Insight电动汽车已经批量上市，目前在日本国内乃至全球的销量都很好。代表汽车零部件最高技术水平的德国“博世公司”积极开发混合动力电动汽车技术，为电动汽车生产企业提供质量最为可靠的零部件。

1.1.2.3　燃料电池汽车

电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，直接变成电能获得的。这种化学反应过程不会产生有害产物。燃料电池汽车与纯电动汽车最大的区别在于两个电池的概念不一样，纯电动汽车用的是蓄电池，把电储存在电池里。燃料电池并不是蓄电池，而是一个发电装置，能源储存在氢里面，使氢气和氧气产生化学反应而发电。氢燃料电池车与纯电动汽车相比，在使用过程中具有优势，纯电动汽车完全充电至少需要7～8h，氢燃料电池车的加氢时间仅为3～5min，而且氢燃料电池车一次加满氢后的续驶里程远高于纯电动汽车。例如奔驰B级氢燃料电池汽车在储氢罐充满燃料的情况下，续航里程可达400km。燃料效率高，大约是汽油车的3倍。排放极低，当采用氢燃料时其排放量为零，是真正的无污染清洁汽车，车辆噪声也很低。

在我国，燃料电池汽车是“十五”期间全国12个重大研究专项之一。2012年3月“两会”期间，科技部电动汽车重大项目管理办公室副主任甄子健认为，燃料电池汽车在5～10年后，将可以像近2年的电动汽车一样，通过示范运行进入商业化销售阶段。但是就目前来说燃料电池汽车仍存在以下技术难题。

①氢气的来源、储存以及将燃料（石油、天然气、煤、甲醇及其他非石油基燃料）转为氢气的重整器问题尚未解决，这也导致了氢燃料电池汽车的运营成本偏高。从目前各大汽车公司推出的制造成本上百万美元的燃料电池概念车来看，如果不能大幅度地降低其成本的话，燃料电池汽车的推广普及仍是可望而不可即的。

②配套设施极度不完善。加氢站等基础设施几乎为零，目前全球的加氢站不到100家，而且还处于实验性阶段，这严重影响了氢燃料电池汽车的普及。

③燃料电池汽车整车及关键零部件技术标准严重缺乏，使得燃料电池的产业化受到了严重的制约。

有专家分析，要解决上述问题，乐观估计需10～20年。不过，一旦上述问题得到有效解决，必将大大加速燃料电池汽车的产业化进程。

目前，国家对于研发电动汽车和燃料电池汽车的相关企业增加了扶持的力度，加大了相关配套基础设施的建设，同时也出台了一些优惠措施鼓励企业和个人购买新能源汽车。