1.纯电动汽车。 纯电动汽车是纯粹靠电能驱动的车辆,而不需要其他能量。它可以通过家用电源、专用充电桩或者特定的充电场所进行充电,以满足日常的行驶需求。纯电动汽车的驱动系统比传统汽车要简单得多,总体上由驱动电机、动力电池和电控系统三大部件构成,这三大部件也称为纯电动汽车“三电”系统。 纯电动汽车是目前市场中销售的新能源汽车中使用成本最低的,由于其结构简单,周期性维护费用比普通汽车低很多,一般只需更换齿轮油、制动片即可。同时,纯电动汽车的安静程度也比普通汽车要好很多,基本上无须刻意去加装任何隔音装备,而且电机具备低转速、高转矩的特点,使得其起动和加速性能也很好。 但是纯电动汽车有其自身的缺点。一是,纯电动汽车的续驶里程普遍不高。目前,自主纯电动汽车的续驶里程普遍为100-400km,考虑到电能转化率和天气的影响,其实际续驶里程将会更低。二是,纯电动汽车充电时间比较长。 宝马i3增程款纯电动汽车结构如图1-1-1所示。该增程电动汽车采用后轮驱动,主要
由动力蓄电池(行业内一般称动力电池)、驱动电机、增程发动机、增程电机、电机控制器等组成。其中增程发动机不直接参与动力传递,其作用是带动增程发电机为动力电池充电并在必要时为驱动电机供电。
北汽EV系列电动汽车身材灵巧很适合穿梭在拥堵的城市中,早期的EV150采用磷酸铁锂动力电池,水磁同步驱动电机,最高车速可达120km/h。北汽EV150电动汽车主要由动力电池、驱动电机、电动车单速变速器、电机控制器、高压控制盒、整车控制器(VCU)等组成,如图1-1-2所示。
比亚迪e6纯电动汽车是比亚迪自主研发的一款纯电动跨界车,兼容了SUV和MPV设计,续驶里程超过300km,该车2011年10月上市,首批车在深圳作为出租车使用。比亚迪e6采用磷酸铁锂动力电池,永磁同步电机,动力电池安装在车辆底部。比亚迪e6纯电动汽车结构如图1-1-3所示。
2.燃料电池汽车。
纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车是中国新能源汽车发展的“三驾马车”。目前的燃料电池汽车以氢气作为燃料,零污染;与纯电动汽车相比,氢燃料电池汽车只需3~5min就能充满长途行驶所需的气量,而 Tesla Model S至少需要20min才能充满电但行驶的距离还不到氢燃料电池汽车的一半。这让燃料电池汽车更方便日常使用。此外由于燃料电池汽车采用电机驱动,省去了传统内燃机汽车和混合动力汽车需要的复杂的动力传动装置。
燃料电池汽车是利用燃料电池产生出的电能来带动电机工作,再由电机带动汽车中的机械传动结构,进而带动汽车的前桥(或后桥)等行走机械结构工作,从而驱动电动汽车前进。图1-1-4所示为燃料电池电动汽车工作原理。
燃料电池汽车和电动汽车最相似,主要的不同在于用燃料电池堆代替动力电池,并附 加储能电池,为车身设备供电。丰田 Mirai Fcv氢燃料电池汽车构造如图1-1-5所示。
电源 控制器决定何时使用储能电池的能量或直接从燃料电池中汲取能量,内部集成AC-DC变换 器和DCDC变换器。驱动电机采用高效节能的永磁同步电机,是雷克萨斯混合动力车型中 的现有电机。升压变换器将电压提升至650V,为驱动电机提供高压供电。 燃料电池堆相当于一个小型的发电厂,利用储氢罐中的氢和空气中的氧之间的化学反 应来发电。它向负极供应氢气、向正极供应氧气,产生与电解相反的电力。燃料电池堆包 括称为单元的数百个堆叠组件。燃料电池堆工作原理如图1-1-6所示。
储能电池向电机提供加速所需能量,并存储减速期间能量回收系统产生的电力。丰田 Mirai FCV氢燃料电池汽车采用了镍氢储能电池。 高压储氢罐采用三层结构,可存储大约70MPa高压下的氢气作为燃料。采用三层结构 的目的是提供足够的强度以提高储存性能和安全性。 燃料电池汽车工作可分为六个步骤,如图1-1-7所示。
3.混合动力汽车。
我们通常说的混合动力汽车是指油电类型的混合动力汽车,即发动机与动力电池、电机的驱动混合。混合动力汽车介于传统燃油汽车和纯电动汽车之间。与纯电动汽车相比混合动力汽车上安装有发动机;与传统燃油汽车相比,混合动力汽车上又增加了动力电池和驱动电机。混合动力汽车的动力驱动单元完美地将发动机的动力和电机的动力结合在一起。
混合动力汽车与传动汽车相比,主要改进的是车辆驱动系统。在燃油汽车的基础上增加了一套由动力电池、驱动电机组成的电力驱动系统,如图1-1-8所示。
混合动力汽车按照动力驱动连接方式分类可分为串联式、并联式和混联式三种类型。
串联式混合动力系统中,车辆驱动仅仅由驱动电机来单独完成,车辆动力电池能量来自发动机。发动机并不直接提供动力,也不能单独驱动车轮,而仅仅用来带动发电机为电池充电,提供电机运行的电能。这种形式通常也被称为增程式。串联式混合动力系统示意图如图1-1-9所示。
在并联式混合动力系统中,发动机和驱动电机与车轮均有机械连接,都可以单独驱动车轮,同时也可以协同工作,共同驱动车辆。目前,并联混动系统多用于微混与轻混车型,电机更多地用于车辆起步和加速时动力的辅助来源。并联式混合动力系统示意图如图1-1-10所示
除了串联和并联的形式,目前用到最多的是混联式混合动力系统。混联系统综合了串联式和并联式的特点,两种动力单元既可以单独驱动车辆,也可以协同工作。同时,混联系统具有单独的发电机,可以对电池组进行充电,从理论上讲,也可以实现串联(即增程式)的工作方式。混联式混合动力系统示意图如图1-1-11所示
除了以上按照动力系统连接方式分类以外,混合动力汽车还可以按照混合程度这个概念分类。混合程度是指混合动力汽车中驱动电机的有效功率占车辆驱动系统总功率的百分比。按照混合程度可以将市场上的混合动力汽车分为轻度混合动力、中度混合动力和重度混合动力三个等级。详细分类特征见表1-1-1
4.插电式混合动力汽车。
在混合动力车型中,还有插电式混合动力。插电( plug-in)是指可以通过外接电源来对动力电池组进行充电。从理论上来说,只要满足这一点的以上任何一类混合动力车型都属于插电混合动力车型。插电混合动力车型由于有着较长的纯电动续驶里程,同时可以通过插电为动力电池组充电,因此在燃油经济性方面的表现较为突出,并且可以兼顾甚至增强车辆的动力表现。例如,普锐斯插电版在纯电模式可以行驶64km,使得百公里油耗低至2L,比混动版节油约3L(普锐斯混动版与凯美瑞混动版油耗相当).而且充电时间也不长,般数小时即可充满。
以比亚迪唐DM、宋DM为代表的典型插电式混动车型结构如图1-1-12所示。
比亚迪唐DM、宋DM采用了双模全时电四驱混合驱动系统。前桥搭载1.5T或20T缸内直喷涡轮增压发动机与6速双离合器变速器+前驱动电机组合;后桥搭载后驱动电机与四驱系统组合。动力电池采用三元锂电池配合前后逆变器为前后桥电机提供电能。
马F18PHEV是一款以宝马525Li为基础开发的插电式混动系统。驱动系统由一个涡轮增压缸内直喷发动机、一个8档自动变速器和一个电机组成。宝马FI8PHEV锂离子动力电池额定电压为363V,由96个单体电池串联而成。该车型以纯电动行驶时最高车速为120km/h,最大续驶里程超过60km。宝马F18PHEV插电式混动车型结构如图1-1-13所示。
吉利帝豪PHEV采用与丰田THS类似的CHS系统,全称为 China Hvbrid System。实际上两者的原理也很相似,发动机和电机的动力耦合,都是通过复杂的行星齿轮组的变速机构实现的。吉利CHS系统采用了两套行星齿轮组、加装离合器等措施,吉利官方称之为联擎超强插电混合动力。联擎超强插电混合动力技术的关键是E-CVT电子无级变速器,吉利称之为动力合成箱,如图1-1-14所示。
吉利动力合成箱采用拉维娜行星齿轮机构作为动力分流机构,实现整车的多种运行模式。拉维娜行星齿轮机构具有多自由度、可控性好、速比大等优点,可实现发动机和电机的动力耦合,有效地降低了电机额定转速,因此降低了电机制造难度。
吉利动力合成箱以拉维娜行星齿轮机构为基础,将电机E1和E2分别与两个太阳轮连接,发动机与行星架连接,齿圈作为输出轴驱动车辆行驶。动力由发动机和大、小电机输出,经过行星齿轮机构实现动力的耦合分流,由齿圈输出到减速齿轮上,经减速后传至差速器,再分配给两个驱动半轴,以驱动车辆行驶,如图1-1-5所示。
