[科普中国]-电力驱动系统

电力驱动系统包括电动机、电动机控制器及传动机构。一些电动汽车可直接由电动机驱动车轮。电动汽车电力驱动方式基本上可分为电动机中央驱动和电动轮驱动两种。

电力驱动系统类型按电力驱动系统的组成和布置形式不同，纯电动汽车分为机械传动型、无变速器型、无差速器型和电动轮型四种类型，如下图所示。

(1)机械传动型纯电动汽车

机械传动型纯电动汽车如图a所示。它由发动机前置后轮驱动的燃油汽车发展而来，保留了内燃机汽车的传动系统，只是把内燃机换成了电动机。这种结构可以提高纯电动汽车的起动转矩及低速时的后备功率，对驱动电动机要求低，可选择功率较小的电动机

(2)无变速器型纯电动汽车

无变速器型纯电动汽车如图b所示。这种驱动系统的最大特点是取消了离合器和变速器，采用固定速比减速器，通过电动机的控制实现变速功能。这种结构的优点是机构传动装置的质量较轻、体积较小，但对电动机的要求较高，不仅要求有较高的起动转矩，而且要求有较大的后备功率，以保证纯电动汽车的起步、爬坡、加速等动力性能。

无变速器型纯电动汽车的另外一种结构如图c所示。这种结构与发动机横向前置、前轮驱动的燃油汽车的布置方式类似。它把电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体，两根半轴连接驱动车轮。这种结构在小型电动汽车上应用很普遍。

(3)无差速器型纯电动汽车

无差速器型纯电动汽车如图d所示。这种结构采用两个电动机，通过固定速比减速器分别驱动两个车轮，每个电动机的转速可以独立调节。当汽车转向时，由电子控制系统实现电子差速，因此，电动机控制系统比较复杂。

(4)电动轮型纯电动汽车

电动轮型纯电动汽车如图e所示。将电动机直接装在驱动轮内（也称为轮毂电动机），可进一步缩短电动机到驱动车轮之间的动力传递路径，但需要增设减速比较大的行星齿轮减速器，以便将电动机转速降低到理想的车轮转速。这种结构对控制系统控制精度和可靠性的要求较高。1

主要内容电动机中央驱动由电动机、固定速比减速器和差速器等构成的电动机中央驱动系统，这种驱动系统中，由于没有离合器和变速器，因此可以减少机械传动装置的体积和质量；另一种电动机中央驱动系统，它与前轮驱动横向牵制发动机的燃油汽车的布置形式相似，将电动机、固定速比减速器和差速器集成一体，两根半轴连接两个驱动车轮，这种布置形式在小型电动汽车上应用最为普遍。

电动轮驱动电动机和固定速比的星星齿轮减速器暗转在车轮里面，没有传动轴和差速器，从而简化了传动系统。但是电动轮驱动方式需要两个或四个电动机，其控制电路也比较复杂，这种驱动方式在中兴电动汽车上有较广泛的应用。

电力驱动系统特点1、能量转换效率高

电动机是电力驱动系统对外做功的执行部件，其能量转换效率一般可达到75%～90%，它比热机的效率要高得多，斯特林发动机是当前先进的高效热机，它的效率也只有30%左右，一般的热机其能量转换率更低，因而在市区内行驶，电动汽车的能量效率要比普通汽油机汽车高40%左右…，因而混合型电动汽车是当前世界各国争相开发的宠儿。

2、无污染、零排放、对环境友好

汽车产业的发展对人类的生存环境污染很大，尤其是大城市，各种机动车辆排出的废气，严重危害了人类的健康，各工业发达国家，这种危害尤为严重。电力驱动系统工作的结果，不会排出任何物质，即零排放，对环境友好。因而，用电动车逐步取代汽油车是当今世界各国的努力方向。

3、灵活方便控制工作状态

只要驾驶人员给出电信号指令，就可以立即改变系统的输出功率、控制系统的工作状态，不受距离限制，又没有中间传动装置，即电力驱动系统的应答性很好。

4、系统工作状态不会受到外界环境的影响

使用热机作动力源，必须有氧化剂(或空气)才能保证系统正常工作，因而用作水下推进动力源就不能使用热机，例如潜艇在水下航行必须使用蓄电池供电。

5、总体重量不变

电力驱动系统工作过程中不排出任何废物，因而其总重量是不变的。这一特点对水下工作的潜艇和鱼雷非常重要，它不会影响到潜艇和鱼雷总体的沉浮。

6、无噪声，对环境没有影响

由于没有机械传动装置，电力驱动系统工作过程中不会产生噪声，特别适合于城市中的电动车辆以及一些特殊用途的装备。

7、安全性好

不论在陆地上还是在水下，推进动力系统的安全性是其能否被采用的关键因素。有些电池的能量密度虽然很高，但却因安全性不合格，最后被迫淘汰。

交流电力驱动系统的电力来自电网，因而采用交流电力驱动系统的车辆只能按一定的路线行驶，用于城市交通的电动汽车采用的是直流电力驱动系统，其动力源来自于蓄电池或燃料电池。本书只限于讨论直流电力驱动系统中的动力电池。1

电力驱动系统对电池的基本要求1、高能量密度

任何电力驱动装置都希望所选用的电池容量大、重量轻、尺寸小。这是由于满足这些条件的电池可使电力驱动装置做到外形小、重量轻、充电后行驶路程长。锂离子电池具有高能量密度，它是电动车辆的优选电源。

2、高功率密度

车辆起动和加速过程都希望时间短，蓄电池瞬间输出电流必须很大，高功率密度的电池方可满足这一要求，即要求电池的极板薄、内阻小、大电流放电性能要好。

应当注意，不同电池的比能量和比功率之间的关系是不同的。有的电池的比能量高，但比功率不一定高；同样，有的电池的比功率高，但比能量不一定高。

3、费/效比尽可能低

任何一个产品的价格高低往往是能否占领市场的关键因素。只有消费者认为费/效比合适，该产品才会有销路。当前电动自行车95%以上使用阀控式密封铅酸蓄电池，就是因为它的费/效比具有明显优势。

4、充电时间短

蓄电池充电时间越短，车辆的机动性能就越高。电动车驾驶人员都希望电池充电要像汽油车加油那样快速方便。

5、安全性好

由高负电性的负极和高正电性的正极组成的电池，其电压高，比能量高，这是其优点；但同时也存在安全性较差的毛病。例如Li/SOCI2电池的比能量很高，但就是因为它会出现莫名其妙的爆炸现象，从而使它未能用作动力电池。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所