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Chapter7ElectricVehiclesandHybridElectricVehicles

第7章电动汽车与混合动力电动汽车

7.1ElectricVehicles（EVs）电动汽车

最近几年，采用电驱动装置（由作为动力源的蓄电池或燃料电池和作为原动机的电动

机组成）的汽车（见图7-1）引起了广泛的关注。

图7-1电动汽车组成示意图

1-电动机2-蓄电池组3-电机控制器4-接触开关5-熔断器6-真空泵7-DC/DC变换器8-仪

表9-动力转向泵10蓄电池充电器

纯电动汽车（）

BEV

特斯拉是最早的锂离子电池驱动的汽车。它是一种纯电动跑车。这个杰作于2006年首

次公之于众。该车使用锂钴电池组可行驶244英里，并能够在4秒内加速到60英里/小时（96

公里/小时）。在2009到2016年之间，特斯拉由发生了巨大的变化。该公司目前生产Model

S、ModelX和Model3三款电动汽车。其中ModelS在仅仅2.5秒的时间内可从静止加速

到60英里/小时。它还具有自动驾驶功能，从而使高速公路行驶更安全、更轻松。

中国的比亚迪公司与2009年在北美国际车展上展示了E6型电动汽车，其250英里的

续驶里程引起了媒体和一般公众的广泛关注。该公司能够生产自己的锂离子电池，设计寿命

10年，在10分钟内，可充满电池容量的50%。

纯电动汽车（见图7-2），作为能量储存装置的电化学蓄电池总体上会决定着电动汽车

的性能和续驶里程。

电动汽车使用的蓄电池由三种类型：铅酸蓄电池、镍基电池（镍镉电池、镍金属氢化物

蓄电池）和锂电池（锂离子电池、锂聚合物电池）。铅酸蓄电池比其他两种都便宜，因而广

泛应用于工业车辆。

镍基电池和锂电池正在越来越多地用于电动道路车辆。由于能量密度和功率密度较高和

寿命较长，镍金属氢化物电池正在越来越多地用于电动乘用车和混合动力乘用车。

新型锂电池目前正在开发中，其中包括使用由纳米组织钛酸锂制成的先进电极的新型锂

电池，这种电池的功率密度可高达3kW/kg，能快速大电流放电，而不会过热或导致内部结

构的破坏，同时充电速度快，比普通的可充电蓄电池需要的充电时间短很多。

电动汽车的动力总成包括三个组成部分：动力控制器、电动机和变速器。动力控制器对

电动机电流和电压进行调节，从而实现对电动机输出扭矩的调节。

电动机与驱动轮之间的变速器通常只有一级或两级齿轮减速机构。对于大多数当前的电

动汽车来说，变速器只有一个单级齿轮减速机构来为汽车提供要求的爬坡能力和希望的最高

车速。

在电动汽车上，常用两种电动机：直流电动机和交流电动机。现在，同步或异步交流电

动机是载客汽车牵引电动机的标准配置。为了将蓄电池提供的直流电转变成交流电，需要一

个变频器。

安装有高能量密度、稀土永久磁体的同步电动机广泛地用于电动和混合动力乘用车。例

如，丰田普锐斯（ToyotaPrius）、凯美瑞混动（CamryHybrid）和汉兰达混动（HighlanderHybrid）

的牵引电动机都是永磁同步交流电动机。永磁同步交流电动机的特性与用于汽车的理想动力

装置的特性接近。这就使驱动系统内使用单级齿轮减速机构成为可能。

图7-2纯电动汽车动力系统示意图

图7-3FCEV动力系统示意图

燃料电池电动汽车

(FCEVs)

如图7-3所示，燃料电池电动汽车(FCEVs)的动力系统与BEV相似，但其能源是燃料

电池。燃料电池电动汽车行驶时使用只能产生水和热量的氢做燃料，因此没有排气污染，被

认为是零排放汽车。

燃料电池的主要特征之一是反应物直接来自外部，这与反应物存储在内部的蓄电池是

不同的。燃料电池的电极还是不可消耗的。燃料电池常常按照所用的电解质的类型不同进行

分类。质子交换膜燃料电池是今天使用的燃料电池中常见的一种。它常常用作为电解质的固

态聚合物和含有铂（作催化剂）的多孔性炭电极制成。催化剂也可以是某种合金。氢由外部

氢源（氢罐）提供，或者使用一个重整炉来实现