電力驅動系統

電力驅動系統包括電動機、電動機控制器及傳動機構。一些電動汽車可直接由電動機驅動車輪。電動汽車電力驅動方式基本上可分為電動機中央驅動和電動輪驅動兩種。

基本介紹

• 中文名：電力驅動系統
• 外文名：Electric drive system
• 優點：能量轉換效率高
• 組成：電動機、電動機控制器及傳動機構
• 學科：電機工程
• 電池要求：高能量密度

電力驅動系統類型

按電力驅動系統的組成和布置形式不同，純電動汽車分為機械傳動型、無變速器型、無差速器型和電動輪型四種類型，如下圖所示。

電力驅動系統類型

(1)機械傳動型純電動汽車

機械傳動型純電動汽車如圖a所示。它由發動機前置後輪驅動的燃油汽車發展而來，保留了內燃機汽車的傳動系統，只是把內燃機換成了電動機。這種結構可以提高純電動汽車的起動轉矩及低速時的後備功率，對驅動電動機要求低，可選擇功率較小的電動機

(2)無變速器型純電動汽車

無變速器型純電動汽車如圖b所示。這種驅動系統的最大特點是取消了離合器和變速器，採用固定速比減速器，通過電動機的控制實現變速功能。這種結構的優點是機構傳動裝置的質量較輕、體積較小，但對電動機的要求較高，不僅要求有較高的起動轉矩，而且要求有較大的後備功率，以保證純電動汽車的起步、爬坡、加速等動力性能。

無變速器型純電動汽車的另外一種結構如圖c所示。這種結構與發動機橫向前置、前輪驅動的燃油汽車的布置方式類似。它把電動機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連線驅動車輪。這種結構在小型電動汽車上套用很普遍。

(3)無差速器型純電動汽車

無差速器型純電動汽車如圖d所示。這種結構採用兩個電動機，通過固定速比減速器分別驅動兩個車輪，每個電動機的轉速可以獨立調節。當汽車轉向時，由電子控制系統實現電子差速，因此，電動機控制系統比較複雜。

(4)電動輪型純電動汽車

電動輪型純電動汽車如圖e所示。將電動機直接裝在驅動輪內（也稱為輪轂電動機），可進一步縮短電動機到驅動車輪之間的動力傳遞路徑，但需要增設減速比較大的行星齒輪減速器，以便將電動機轉速降低到理想的車輪轉速。這種結構對控制系統控制精度和可靠性的要求較高。

主要內容

電動機中央驅動

由電動機、固定速比減速器和差速器等構成的電動機中央驅動系統，這種驅動系統中，由於沒有離合器和變速器，因此可以減少機械傳動裝置的體積和質量；另一種電動機中央驅動系統，它與前輪驅動橫向牽制發動機的燃油汽車的布置形式相似，將電動機、固定速比減速器和差速器集成一體，兩根半軸連線兩個驅動車輪，這種布置形式在小型電動汽車上套用最為普遍。

電動輪驅動

電動機和固定速比的星星齒輪減速器暗轉在車輪裡面，沒有傳動軸和差速器，從而簡化了傳動系統。但是電動輪驅動方式需要兩個或四個電動機，其控制電路也比較複雜，這種驅動方式在中興電動汽車上有較廣泛的套用。

電力驅動系統特點

1、能量轉換效率高

電動機是電力驅動系統對外做功的執行部件，其能量轉換效率一般可達到75%～90%，它比熱機的效率要高得多，斯特林發動機是當前先進的高效熱機，它的效率也只有30%左右，一般的熱機其能量轉換率更低，因而在市區內行駛，電動汽車的能量效率要比普通汽油機汽車高40%左右…，因而混合型電動汽車是當前世界各國爭相開發的寵兒。

2、無污染、零排放、對環境友好

汽車產業的發展對人類的生存環境污染很大，尤其是大城市，各種機動車輛排出的廢氣，嚴重危害了人類的健康，各工業已開發國家，這種危害尤為嚴重。電力驅動系統工作的結果，不會排出任何物質，即零排放，對環境友好。因而，用電動車逐步取代汽油車是當今世界各國的努力方向。

3、靈活方便控制工作狀態

只要駕駛人員給出電信號指令，就可以立即改變系統的輸出功率、控制系統的工作狀態，不受距離限制，又沒有中間傳動裝置，即電力驅動系統的應答性很好。

4、系統工作狀態不會受到外界環境的影響

使用熱機作動力源，必須有氧化劑(或空氣)才能保證系統正常工作，因而用作水下推進動力源就不能使用熱機，例如潛艇在水下航行必須使用蓄電池供電。

5、總體重量不變

電力驅動系統工作過程中不排出任何廢物，因而其總重量是不變的。這一特點對水下工作的潛艇和魚雷非常重要，它不會影響到潛艇和魚雷總體的沉浮。

6、無噪聲，對環境沒有影響

由於沒有機械傳動裝置，電力驅動系統工作過程中不會產生噪聲，特別適合於城市中的電動車輛以及一些特殊用途的裝備。

7、安全性好

不論在陸地上還是在水下，推進動力系統的安全性是其能否被採用的關鍵因素。有些電池的能量密度雖然很高，但卻因安全性不合格，最後被迫淘汰。

交流電力驅動系統的電力來自電網，因而採用交流電力驅動系統的車輛只能按一定的路線行駛，用於城市交通的電動汽車採用的是直流電力驅動系統，其動力源來自於蓄電池或燃料電池。本書只限於討論直流電力驅動系統中的動力電池。

電力驅動系統對電池的基本要求

1、高能量密度

任何電力驅動裝置都希望所選用的電池容量大、重量輕、尺寸小。這是由於滿足這些條件的電池可使電力驅動裝置做到外形小、重量輕、充電後行駛路程長。鋰離子電池具有高能量密度，它是電動車輛的優選電源。

2、高功率密度

車輛起動和加速過程都希望時間短，蓄電池瞬間輸出電流必須很大，高功率密度的電池方可滿足這一要求，即要求電池的極板薄、內阻小、大電流放電性能要好。

應當注意，不同電池的比能量和比功率之間的關係是不同的。有的電池的比能量高，但比功率不一定高；同樣，有的電池的比功率高，但比能量不一定高。

3、費/效比儘可能低

任何一個產品的價格高低往往是能否占領市場的關鍵因素。只有消費者認為費/效比合適，該產品才會有銷路。當前電動腳踏車95%以上使用閥控式密封鉛酸蓄電池，就是因為它的費/效比具有明顯優勢。

4、充電時間短

蓄電池充電時間越短，車輛的機動性能就越高。電動車駕駛人員都希望電池充電要像汽油車加油那樣快速方便。

5、安全性好

由高負電性的負極和高正電性的正極組成的電池，其電壓高，比能量高，這是其優點；但同時也存在安全性較差的毛病。例如Li/SOCI₂電池的比能量很高，但就是因為它會出現莫名其妙的爆炸現象，從而使它未能用作動力電池。