第二章 纯电动汽车
主要内容
概述 概念、发展简史、优点、关键技术
纯电动汽车的系统组成
传动系统结构及工作原理
纯电动汽车的性能
典型的纯电动汽车结构
1、概述
所谓的纯电动汽车是指利用动力电池作为储能动力源，
通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动汽
车前进的一种新能源汽车。其优点是：
纯电动汽车的概念
零排放、零污染、噪声小、结构简单、维修方便，
同时行驶平稳、乘坐舒适、安全性好及驾驶简单轻便、
可使用多种能源、机械结构多样化等。
先进的电驱动技术，设计有中里
程(约165km)和长里程(约
258km)两套电池组合，创新的
双速大扭矩变速器实现卓越的效
率和性能。
如果需要，它能依靠150kW电机
实现迅捷的加速性(0~100公里/
小时小于7秒)和超过 200公里/小
时的最高车速；该车可实现30分
钟内充电达到80%，实现100%
充电也只需要不到4个小时。
吉利EC7纯电动汽车
纯电动汽车和燃油汽车相比的优点
（1）不消耗石油资源，纯电动汽车在运行中不排
放废气，噪声也比内燃机汽车低。
（2）纯电动汽车具有比内燃机汽车高得多的能量
转换效率。
（3）纯电动汽车运行中消耗的电能可由多种能源
转化。
（4）纯电动汽车可以充分利用夜间电网低谷为电
池充电，避免了电能的浪费。
（5）纯电动汽车能够实现更好的控制性能，包括
运动控制、舒适性、故障诊断等，同时可以更容
易地实现智能化交通管理。
纯电动汽车的特点
纯电动汽车也具有以下缺点：
（1）低的电池能量密度。
（2）过重的电池组。
（3）有限的续驶里程与汽车动力性能。
（4）电池组昂贵的价格及有限的循环
寿命。
（5）汽车附件的使用受到限制。
2、纯电动汽车的系统组成
纯电动汽车系统可分为三个子系统：
电动机驱动子系统
由车辆控制器、电力电子变换器、电机、机械传动装
置和驱动车轮组成
能源子系统
由能源、能量管理单元和能量的燃料供给单元构成
辅助子系统
由功率控制单元、车内气候控制单元和辅助电源组成
纯电动汽车的系统结构
车辆控制器发出相应的控
制指令来控制电力电子变换
器的功率装置的通断
功率转换器的功能是调节
电机和电源之间的功率流
能量管理系统和车辆控制
器一起控制再生制动及其能
量的回收，能量管理系统和
充电器一同控制充电并监测
电源的使用情况
辅助动力供给系统供给电
动汽车辅助系统不同等级的
电压并提供必要的动力
双线表示机械连接，
粗实线表示电气连接，
细线表示控制信号连接
典型纯电动汽车的基本结构
奥运纯电动客车构型
3、传动系统结构及工作原理
C:离合器； D: 差速器；FG: 固定速比
变速箱；GB: 变速箱；M: 电机
配置多档传动装置和离合器的传统驱动系
AMT
AT
CVT
DSG
借助于电动机在大范围转速变化中所具有的恒功率特性，可用固定档
的齿轮传动装置替代多档变速箱，并缩减了对离合器的需要。减小机
械传动装置的尺寸和重量，且不需要换挡，简化驱动系的控制。
无离合器需求的单档传动装置
纯电动汽车的传动装置
电动机的力矩变化范围不能满足电动汽车行
驶性能的要求，因此，在电动机和驱动轮之
间需要安装一个机械减速箱或变速箱。
另一方面，可以使电动机经常保持在高效率
的工作范围内工作，减轻电动机和动力电池
组的负荷。采用一个两档变速箱，即可满足
电动汽车行驶阻力变化范围的要求，同时可
以减轻电动机和动力电池组的负荷，提高工
作效率，而传动装置的结构也不复杂 。
两档变速器和差速器一体化
奥运客车一体化电机驱动系统
采用交流异步电机
额定功率100kw
峰值功率150kw
最高转速4500rpm
冷却方式：风冷
三挡变速器
最大输入转矩1100 Nm，
静扭安全系数
最高输入转速4500 rpm
最大输入功率150 KW
可靠性达到30万次@
1100 Nm@1860rpm
变速器噪声
79dB@1860rpm
输出端符合无轨电车附加
绝缘连接标准
传统车AMT系统组成
自动离合器
齿轮式机械变速器
电子控制系统
电机与AMT传动
控制单元输入：
驾驶员意图——加速踏板，
制动踏板，档位的选择；
汽车的工作状态——发动机
转速、节气门开度、车速等。
控制单元根据换挡规律、
离合器控制规律、发动机
节气门自适应调节规律产
生的输出，对节气门开度、
离合器、换挡操作三者进
行综合控制，有效配合。
电机——AMT控制系统组成
换挡过程 电机工作模式 控制策略
换挡前 转矩模式 根据踏板信号输出目标力矩
摘空挡 自由模式 目标力矩为0，电机自由旋转
等待同步 调速模式 给定目标转速
换挡操作 自由模式 目标力矩为0，电机自由旋转
换挡完成 转矩模式 根据踏板信号输出目标力矩
电机与AMT控制系统换挡过程中电机工作模式及控制策略
优点：AMT的系统集成性好，容易布置，
开发时间短，成本低，省油。一般用于重
型汽车及城市公交车上，如环卫车、奥运
大客车等。
缺点：AMT会因挡位变动引起换挡过程
中动力中断，车辆失速快，冲击大，同时，
由于AMT控制策略与电机配合的问题，可
能出现掉挡、换挡失败及其它机械故障等
问题！
电机与AMT控制系统的特点
传统手动箱动力传动系统
效率匹配曲线
AMT动力传动系统效率匹
配曲线
固定档的传动装置和差速器的集成
差速器被两个牵引电动机所替代。双侧独立驱动，转
向则通过控制两个电机以不同的转速运转来实现。
两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置
配置两个独立电动机和固定档
传动装置的直接驱动
电机安装在车轮内—
—轮式驱动。一个薄
型的行星齿轮组可用
以降低电机转速，增
大转矩。
该薄型行星齿轮组具
有高减速比，以及输
入输出轴纵向配置的
优点。
两个分离的轮式驱动形式
轮毂电机驱动
如果将驱动电机直接安装在车轮上，
可以缩短甚至可以去掉电机与车轮
之间的机械传递装置
高速内转子电机
低速外转子电机
轮毂电机驱动
高速内转子电机：
必须装固定速比
的减速器来降低
车速。
轮毂电机驱动
低速外转子电机：可
以完全去掉变速装置，
外转子就安装在车轮
轮缘上，而且电机转
速和车轮转速相等，
因而就不需要减速装
置。但它是以低速电
机的体积、重量和成
本为代价的。
四轮轮毂电机驱动四轮轮毂电机驱动
清华研制的四轮独立驱动微型电动轿车
4.电动汽车的能源结构形式
所选用的蓄电池应
该能提供足够高的
比能量和比功率。
B:蓄电池；
P: 功率转换器
两种不同的蓄电池，
其中一种能提供高比
能量，另外一种提供
高比功率。
带小型重整器的电
动汽车的结构简图，
燃料电池所需的氢
气由重整器随车产
生。
B:蓄电池；
FC: 燃料电池
P: 功率转换器
R: 重整器
燃料电池能提供高
的比能量但不能回
收再生制动能量，
因此最好与高比功
率且能高效回收制
动能量的蓄电池结
合在一起使用。
B:蓄电池；
FC: 燃料电池
P: 功率转换器
R: 重整器
当用蓄电池与电容
器进行混合时，所
选的蓄电池必须能
提供高比能量，因
为电容器本身比蓄
电池具有更高的比
功率和更高效回收
制动能量的能力
B:蓄电池；C: 电容器
FW: 超高速飞轮
P: 功率转换器
超高速飞轮超高速飞轮是具有是具有高比高比
功率和高效制动能量回功率和高效制动能量回
收能力收能力的储能器。超高的储能器。超高
速飞轮与具有两种工作速飞轮与具有两种工作
模式（电动机和发电机）模式（电动机和发电机）
的电机转子相结合，能的电机转子相结合，能
够将电能和机械能进行够将电能和机械能进行
双向转换双向转换。所选用的蓄。所选用的蓄
电池应能提供电池应能提供高比能量高比能量。。
飞轮最好与无刷交流电飞轮最好与无刷交流电
机结合使用，在蓄电池机结合使用，在蓄电池
和飞轮之间加一个和飞轮之间加一个AC/DCAC/DC
转换器。转换器。
5、纯电动汽车的性能
电动汽车和传统内燃机汽车的性能既有相同之处又有区别
这两种汽车的转向装置、悬架装置及制动系统基本上也
是相同的。
它们之间的主要差别是采用了不同的动力源。内燃机汽
车是燃油混合气体在内燃机中燃烧作功，从而推动汽车
前进。电动汽车是由蓄电池提供电能，经过驱动系统和
电动机，驱动电动汽车行驶。因此，电动汽车的操纵稳
定性、平顺性及通过性与内燃机汽车完全相同。
电动汽车本身除具有再生制动性能外，与内燃机的制动
性能也是相同的。对于电动汽车不存在燃油经济性。电
动汽车的能量供给和消耗，与蓄电池的性能密切相关，
直接影响电动汽车的动力性和续驶里程，同时影响电动
汽车行驶的成本效益，这是研究电动汽车经济性的课题。
牵引电动机的特性
电动汽车的驱动力
电动汽车的的驱动力：
式中：Ft——驱动力（N）；
Tm——电动机输出转矩（N·m）；
ig——减速器或者变速箱传动比；
io——主减速器传动比；
ηt——电动汽车机械传动效率；
rd——驱动轮半径（m）。
行驶阻力计算
电动汽车在坡道上上坡加速行驶时，作用
于电动汽车上的阻力与驱动力保持平衡，
建立如下的汽车行驶方程式：
式中 Ft ——电动汽车驱动力；
Ff ——电动汽车行驶时的滚动阻力(N)；
Fw ——电动汽车行驶时的空气阻力(N) ；
Fj ——电动汽车行驶时的加速阻力(N) ；
Fi ——电动汽车行驶时的坡道阻力(N) ；
驱动力与行驶阻力平衡
通常对汽车的动力性的评价指标有三种，
即汽车的最高车速，最大加速能力和最大
爬坡度。
汽车的最高车速是指汽车在无风的条件
下，在水平良好硬路面上所能到达的的
最高车速。
汽车的加速能力用汽车原地起步的加速
能力和超车加速能力来表示。通常采用
汽车加速过程中所经过的加速时间和加
速距离作为评价汽车加速性的指标。
汽车的爬坡能力是指汽车在良好道路上
以最低行驶车速上坡行驶的最大坡度。
电动汽车的续驶里程
电动汽车上动力蓄电池组两次充足电之
间的总行驶里程称为电动汽车的续驶里
程，以公里（km）表示
影响因素
行驶的环境状况
行驶规范
蓄电池的性能
电动汽车的总质量
辅助装置的能量消耗
续驶里程s的理论计算
Ft ——电动汽车驱动力
（N）
Pair ——空调功率(kW)
u ——行驶车速（km/h)
Q ——电池组容量（）
Ub——电池组电压（V）DD
——放电深度（%）
纯电动汽车燃料经济
性电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下
以一定的行驶工况，能连续行驶的最大
距离，单位为km.
能量消耗率(Energy Consumption)：电
动汽车经过规定的试验循环后对动力蓄
电池重新充电至试验前的容量，从电网
上得到的电能除以行驶里程所得到的数
值，单位为Wh/km;
比能量消耗率：电动汽车能量消耗率与
整车质量的比值，单位为Wh/(km×ton)
能量经济性：电动汽车以各种预定行驶
规范达到的续驶里程与蓄电池再充电恢
复到原有的充电状态所需要的交流电能
量之比。单位：km/kWh ac
工况续驶里程：工况续驶里程：
电动汽车单位里程的能耗在电动汽车单位里程的能耗在～～
范围内变化。范围内变化。
电动汽车比能耗在电动汽车比能耗在～～ ton) ton)范范
围内变化围内变化
国内外电动汽车比能耗与续驶里程的统计数据
车型 总质量/kg 总能量/kWh 续驶里程/km 能耗/(kWh/km) 比能耗/(kWh/km·t)
Impact 1345 95
G型厢式电动汽车 3530
电动轿车 16420 130
大发HJ－IET 1395 100
IZA 1573 548
华利微型电动汽车 1420 90
清华号电动汽车 1290 100
华联“HL－42” 1378 156
华联“HL－61” 4560 156～128 ～ ~
北京市大通道电车 16000～18000 90① 100 ~
电池国家标准 16000～18000 115① 100 ~
美国加州试验结果 ~
~
奥地利150辆电动汽车试验结果 ~
YW61200DD电动大客车
(40km/h等速)
16980 110
BJD6100EV电动公交车 (40km/h
等速)
15610 168
电动汽车的典型工况与性能指标
在城市高等级快速公路上行驶时，道路设
施完善，路面为柏油路和水泥路，由于广
泛采用立体交通，立交桥的路面坡度一般
为4～5%。电动汽车在这种路面上行驶时，
车速一般为60～100Km/h。目前电动汽车
的比功率均低于燃油汽车，相应地，电动
汽车的最高车速略低一些。电动轿车的最
高车速一般选为80～100Km/h，电动大客
车的最高车速一般为75～90Km/h。
考虑电动汽车在立交桥坡道上原地起步工况。
在这种路面上电动汽车能克服的坡度不应低
于15%。对于在市区运行的电动公共汽车，
车站与车站之间的距离通常为1Km左右，车
辆需要经常起步和停车，乘客时多时少，高
峰时电动公共汽车的超载能力为设计载荷能
力的～倍。尤其在夏天，电动公共汽
车长时间在高温、高负荷状态下工作，因此
应考虑合理的过热和过载保护。
最大坡度行驶工况，我国某些沿海港口、
旅游观光胜地以及内地山城的城区郊区
的坡度较大。坡度在15%左右，考虑到
在坡道上起步的能力，根据电动汽车的
不同用途，电动汽车能克服的最大坡度
一般选18～27%比较合适（有特殊要求
的除外）。
汽油机轿车的加速性能很高，高级轿车
的超车加速性能要求更高，因此轿车的
后备功率很大，最大功率在100kW以上。
纯电动轿车由于受到电动机功率和动力
电池的重量与尺寸的限制，要达到同类
汽油机轿车的加速性，目前还比较困难。
电动汽车的加速能力与其最大爬坡能力
相当即可。
6、典型的纯电动汽车结构
改装式的纯电动汽车
对传统福克斯车型进行纯电动改造
磷酸铁锂电池
90kW、永磁同步电机
单速变速器
续航里程160km
最高车速136km/h
完全开发的纯电动汽车
1）整车技术和设计
铝框架结构、自动
胎压检测、电动助力转
向、可加热车窗玻璃、
可编程的而空调系统等
2）传动系统
三相交流异步电机
单机减速
3）动力电池
铅蓄电池——镍氢电池
通用EV1/EV2系列纯电
动汽车
1）先进的超低地板结构
2）先进的能量源和动力
驱动系统
锂离子动力电池
三相交流感应电机和
AMT的一体化电驱动系
统
奥运纯电动大客车
未来的纯电动汽车
轮式电机驱动：高转速、高性能的内转子型电动
机，其峰值功率可达 55 kW，电机重量为 22kg。
高性能锂离子电池：续航里程300km,最高时速
300km/h.
KAZ纯电动汽车
轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内
优点：
1）省略大量传动部件，让车辆结构更加简单
2）可实现多重复杂的驱动方式
3）便于采用多重新能源技术
缺点
1）增加了簧下质量和轮毂
电机的转动惯量，对车辆的
操控有所影响
2）电制动性能有限，维持
制动系统运行需要消耗不少电能
米其林轮毂电机
