我国新能源汽车(New Energy Vehicles)正式出现是在工业和信息化部(工产业〔2009〕第44号)2009年6月17日公告发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》(2009年7月1日正式实施)上。在此规则中明确指出:“新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等各类别产品。”
非常规的车用燃料指除汽油、柴油、天然气(NG)、液化石油气(LPG)、乙醇汽油(EG)、甲醇、二甲醚之外的燃料。
根据2012年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》主要政策,在2012年沿用新能源汽车名词,分类包括插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车,如图1-1-1所示。主要特征是采用新型动力系统,完全或主要依靠新型能源驱动。
本书中电动汽车包含纯电动汽车和插电式混合动力汽车。
图1-1-1 新能源汽车分类
目前大部分电动汽车是在传统汽车基础上进行延伸形成的,结构上与传统汽车最大的区别在于动力系统,增加了动力电池、驱动电机、电控系统等组件,如图1-1-2所示。随着电动汽车产业链的逐渐成熟,出现越来越多的针对电动汽车全新平台开发车型,如特斯拉、宝马i3、日产聆风等。
图1-1-2 电动汽车与传动汽车的区别
1.1.2.1 电动汽车“大三电”
电动汽车“大三电”包括驱动电机、动力电池和电控系统。
(1)驱动电机
驱动电机是电动汽车“大三电”核心部件之一,是车辆行驶的主要执行机构,其特性决定了车辆的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和舒适性。电动汽车电机一般采用三相交流同步电机。宝马X1 PHEV插电式混动车型驱动电机安装位置如图1-1-3所示。
图1-1-3 宝马X1 PHEV驱动电机安装位置
(2)动力电池
在电动汽车中为车辆提供动力源的电池称为动力电池。动力电池的作用是接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电,并且为电动汽车提供高压直流电。动力电池是纯电动汽车的核心部件,也是电动汽车上高价格的部件之一。动力电池的性能好坏直接决定了车辆的实际价值。目前电动汽车的动力电池普遍采用锂离子电池。宝马X1 PHEV插电式混动车型采用锂离子动力电池,安装在车辆底部,如图1-1-4所示。动力电池由154节电压为3.6V的单体锂离子电池组成,动力电池组的额定电压为277.2V。
图1-1-4 宝马X1 PHEV动力电池安装位置
(3)电控系统
电控系统是新能源汽车的核心,负责在整车行驶过程中接收来自驾驶员的各项操作指令,诊断分析整车及部件状态,综合判断,向各个部件控制器发送控制指令,使整车按照驾驶员预期安全行驶。电控系统结构图如图1-1-5所示。
图1-1-5 电控系统结构图
电控系统主要功能:工况识别,整车能量管理,制动能量回收控制,电机转矩控制,电动辅助部件控制(电动助力转向、电动空调、电动暖风、电动真空泵),故障诊断,系统安全监控等。
1.1.2.2 电动汽车其他系统构造
(1)电动汽车变速器
电动汽车变速器一般采用固定齿轮齿数比的单速变速器,车辆的加减速通过调节驱动电机的转速实现。宝马X1 PHEV插电式混动车型后桥采用单速变速器与电机配合使用,变速器通过螺栓连接在电机上,并且附于后桥支撑上。12.5∶1的固定齿轮齿数比通过壳式离合器(电机离合器)将电机的速度和转矩传送至后驱动轮,在能量回收过程中,还会回传至电机。电动汽车单速变速器如图1-1-6所示。
图1-1-6 电动汽车单速变速器
(2)电动空调系统
电动汽车空调系统和传统燃油汽车空调系统工作原理相同,只是空调压缩机的驱动方式以及暖风产生方式有所不同。电动汽车采用高压电动空调压缩机,由动力电池驱动。暖风通常采用电加热方式。电加热方式有两种:一种是通过加热冷却液,再经过循环为暖水箱提供热量;另一种是直接加热经过蒸发箱的空气以提供暖风。电动空调压缩机和PTC(Positive Temperature Coefficient的缩写,意思是正的温度系数,但在本书中表示空调的暖风制暖温控系统)加热器结构如图1-1-7所示。
图1-1-7 电动空调压缩机和PTC加热器
(3)电动助力转向系统
传统燃油汽车转向助力泵由发动机驱动,而电动汽车没有发动机或发动机是根据需要才启动的,若转向助力还是由发动机驱动时,一旦发动机停止工作,转向系统就将失去助力,从而造成很大的安全隐患,因此电动汽车转向系统普遍采用电助力转向。电动助力转向系统结构如图1-1-8所示。
图1-1-8 电动助力转向系统