电动汽车结构原理与关键技术分析

电动汽车结构原理与关键技术分析第1页，共132页，2023年，2月20日，星期一第一章电动汽车介绍

第二章纯电动汽车结构、原理、关键技术、发展趋势第2页，共132页，2023年，2月20日，星期一第二章纯电动汽车１)对现代社会而言，纯电动汽车不仅是一辆车，而且是实现清洁、高效道路运输的一个全新的系统。

２)纯电动汽车系统是一个便于和现代交通网络结合的智能系统，电动汽车的设计是工程和艺术的结合。

３)必须重新定义纯电动汽车的工作条件和工况循环。

4)必须对用户对于纯电动汽车的期望进行调研，这样就能对用户进行适当的有关纯电动汽车知识的教育。

第一节纯电动汽车的系统组成

第二节纯电动汽车的工作原理

第三节典型的纯电动汽车结构第3页，共132页，2023年，2月20日，星期一１)对现代社会而言，纯电动汽车不仅是一辆车，而且是实现清洁、高效道路运输的一个全新的系统。

第4页，共132页，2023年，2月20日，星期一２)纯电动汽车系统是一个便于和现代交通网络结合的智能系统，电动汽车的设计是工程和艺术的结合。

第5页，共132页，2023年，2月20日，星期一３)必须重新定义纯电动汽车的工作条件和工况循环。

第6页，共132页，2023年，2月20日，星期一4)必须对用户对于纯电动汽车的期望进行调研，这样就能对用户进行适当的有关纯电动汽车知识的教育。图2-1纯电动汽车基本结构示意图第7页，共132页，2023年，2月20日，星期一第一节纯电动汽车的系统组成1.机械子系统

2.电力电子子系统

3.信息子系统第8页，共132页，2023年，2月20日，星期一第一节纯电动汽车的系统组成图2-2纯电动汽车系统组成框图第9页，共132页，2023年，2月20日，星期一第一节纯电动汽车的系统组成表2-1纯电动汽车系统组成分析第10页，共132页，2023年，2月20日，星期一1.机械子系统图2-3底盘与车身分离式设计第11页，共132页，2023年，2月20日，星期一2.电力电子子系统图2-4纯电动汽车电力电子子系统示意图

1—充电口2—维修电路切换开关3—动力电池4—接触器盒

5—高压线束6—控制单元7—电力电子单元8—驱动电机

9—电动真空泵10—变速器第12页，共132页，2023年，2月20日，星期一3.信息子系统

第13页，共132页，2023年，2月20日，星期一第二节纯电动汽车的工作原理一、电气控制系统的工作原理

二、传动系统的结构及工作原理

三、电源系统的结构及工作原理第14页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、电气控制系统的工作原理图2-5纯电动汽车电气控制系统的结构第15页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、电气控制系统的工作原理图2-6直流电机驱动系统的基本结构示意图第16页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、电气控制系统的工作原理图2-7直流电机驱动系统工作原理示意图第17页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、电气控制系统的工作原理图2-8交流电机驱动系统基本结构示意图第18页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理1)车轮可以实现±180°的旋转、横向行驶、任意旋转行驶。

2)由于可以进行各车轮任意转矩控制，所以使得防滑控制、制动控制等多种性能得以发挥。

3)轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。

4)低速大转矩电机体积大又昂贵，所以近年来出现了减速器内置的轮毂式电机。第19页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-9交流电机驱动系统工作原理示意图第20页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-10纯电动汽车传动系统

布置的常规形式第21页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-11常规纯电动汽车传动装置结构图

1—电机2—螺栓3—套筒4—飞轮壳5—飞轮6—轴承7—压盘

8—离合器壳9—螺栓10—轴承11—输入轴12—分离叉13—分离套筒

14—离合器盖15—分离杠杆16—从动盘第22页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-12固定速比减速器

传动系统(无离合器)第23页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-13固定速比减速器传动系统

(无离合器)应用实例第24页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-14第三种传动形式第25页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-15第三种传动形式应用实例第26页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-16双电机-固定速比变速器

一体化传动系统第27页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-17双电机驱动模式下的底盘结构第28页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-18双电机-固定速比变速器

一体化轮边驱动传动系统第29页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-19双轮毂电机驱动系统第30页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、传动系统的结构及工作原理图2-20轮毂电机实物图第31页，共132页，2023年，2月20日，星期一1)车轮可以实现±180°的旋转、横向行驶、任意旋转行驶。

第32页，共132页，2023年，2月20日，星期一2)由于可以进行各车轮任意转矩控制，所以使得防滑控制、制动控制等多种性能得以发挥。

第33页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。图2-21轮毂电机结构图第34页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。图2-22两种轮毂电机驱动方式内部示意图

a)内转子型b)外转子型第35页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。图2-23四轮毂电机驱动系统第36页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。图2-24横向行驶和旋转行驶示意图(YONDENPIVOT车型)第37页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)轮毂电机的大型化较难，但是总功率依靠四台电机分担，可使每台电机的容量变得小一些。图2-25低车地板轴

a)传统有差速器的结构b)轮毂电机驱动方式第38页，共132页，2023年，2月20日，星期一4)低速大转矩电机体积大又昂贵，所以近年来出现了减速器内置的轮毂式电机。

第39页，共132页，2023年，2月20日，星期一三、电源系统的结构及工作原理1.动力电池组的设计及整车集成技术所涵盖的内容

2.电子产品和电池管理系统设计内容第40页，共132页，2023年，2月20日，星期一1.动力电池组的设计及整车集成技术所涵盖的内容(1)结构结构设计和优化，以满足图纸化制造的需求。

(2)热管理提高热管理效率的设计。

(3)电气构成传感器的选择，安全系统的设计，高、低压电气元器件的选择和设计。

(4)控制系统SOC算法的开发，电池管理系统的设计和开发，整车控制策略的开发和优化。

(5)制造材料的选择和成本的降低。

(6)集成技术整车集成，冷却开发，车辆性能和燃油经济性的优化调节。第41页，共132页，2023年，2月20日，星期一(1)结构结构设计和优化，以满足图纸化制造的需求。

第42页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)热管理提高热管理效率的设计。

第43页，共132页，2023年，2月20日，星期一(3)电气构成传感器的选择，安全系统的设计，高、低压电气元器件的选择和设计。

第44页，共132页，2023年，2月20日，星期一(4)控制系统SOC算法的开发，电池管理系统的设计和开发，整车控制策略的开发和优化。

第45页，共132页，2023年，2月20日，星期一(5)制造材料的选择和成本的降低。

第46页，共132页，2023年，2月20日，星期一(6)集成技术整车集成，冷却开发，车辆性能和燃油经济性的优化调节。

第47页，共132页，2023年，2月20日，星期一2.电子产品和电池管理系统设计内容1)概念的界定和规范发展。

2)电子电路板的设计与开发。

3)SOC/SOH算法。

4)电池控制功能。

5)故障模式影响分析和危险性分析。

6)诊断和预测，包括模拟故障响应评估的硬件在环仿真。

(1)外箱体整体结构(图2-28)采用钢板冲压成形，外部作喷塑处理，内部喷涂防火绝缘漆，为电池安装提供一个防水、防火、通风的空间。

(2)内箱体(图2-29)提供电池单体、电池管理系统、高压防护系统、通风系统、快速更换接口等安装和固定空间。第48页，共132页，2023年，2月20日，星期一1)概念的界定和规范发展。

第49页，共132页，2023年，2月20日，星期一2)电子电路板的设计与开发。

第50页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)SOC/SOH算法。

第51页，共132页，2023年，2月20日，星期一4)电池控制功能。

第52页，共132页，2023年，2月20日，星期一5)故障模式影响分析和危险性分析。

第53页，共132页，2023年，2月20日，星期一6)诊断和预测，包括模拟故障响应评估的硬件在环仿真。图2-26电池箱总体技术结构

a)电池内箱体b)电池外箱体c)电池箱安全防护和管理系统d)电池箱面板结构第54页，共132页，2023年，2月20日，星期一6)诊断和预测，包括模拟故障响应评估的硬件在环仿真。图2-27电池箱整体第55页，共132页，2023年，2月20日，星期一(1)外箱体整体结构(图2-28)采用钢板冲压成形，外部作喷塑处理，内部喷涂防火绝缘漆，为电池安装提供一个防水、防火、通风的空间。

第56页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)内箱体(图2-29)提供电池单体、电池管理系统、高压防护系统、通风系统、快速更换接口等安装和固定空间。图2-28电池箱外箱体结构第57页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)内箱体(图2-29)提供电池单体、电池管理系统、高压防护系统、通风系统、快速更换接口等安装和固定空间。图2-29电池箱内箱体结构第58页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)内箱体(图2-29)提供电池单体、电池管理系统、高压防护系统、通风系统、快速更换接口等安装和固定空间。图2-30锰酸锂动力电池箱结构第59页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)内箱体(图2-29)提供电池单体、电池管理系统、高压防护系统、通风系统、快速更换接口等安装和固定空间。图2-31通用EV-1纯电动汽车动力电池组的布置形式第60页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)内箱体(图2-29)提供电池单体、电池管理系统、高压防护系统、通风系统、快速更换接口等安装和固定空间。图2-32丰田和本田公司使用的镍氢动力电池第61页，共132页，2023年，2月20日，星期一第三节典型的纯电动汽车结构一、改装式的纯电动汽车(福特公司纯电动汽车福克斯)

二、完全开发的纯电动汽车

三、未来的纯电动汽车技术第62页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、改装式的纯电动汽车(福特公司纯电动汽车福克斯)(1)电机控制器及转换装置电机控制器监视电机的位置、速度、功率和温度等参数，利用这些信息和由驾驶人发出的加速踏板命令，电机控制器和逆变器将电池提供的直流电压转换成3个用于精确定时驱动的电机信号以完成对牵引电机的控制。

(2)高压空调压缩机高压空调系统是专为电动和混合动力汽车而设计应用的，其能量直接从主电池获取。

(3)电控水冷管路电控水冷管为牵引电机、变换器和空调器进行冷却。

(4)牵引电机牵引电机承担着将电能和机械能互相转换的作用。第63页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、改装式的纯电动汽车(福特公司纯电动汽车福克斯)(5)电动助力转向装置是由汽油机版本福克斯继承下来的电动助力转向装置。

(6)变速器电动汽车的变速器传动装置与传统车辆中的传动装置作用相同，但是由于电机不同的高转速特性和较高的效率及噪声要求，在对电动汽车的变速器传动装置进行设计时，需要考虑不同的重点。

(7)模块化动力总成悬架相当于传统车辆的发动机舱，将电动汽车各种子系统组建集成起来，并实现与车身的隔离。

(8)电控真空泵真空泵向制动系统提供真空环境以对动力总成实现辅助。第64页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、改装式的纯电动汽车(福特公司纯电动汽车福克斯)(9)高压制冷/加热装置及控制器纯电动汽车和混合动力汽车对所使用的加热系统进行了特殊设计，使用了能量效率PTC技术对冷却剂加热并在加热系统中进行循环。

(10)整车控制单元(VCU)VCU将驾驶人及车内各个独立的系统与监视器进行连接，同时根据汽车总成系统提供的各种参数对整车进行控制。

(11)电池箱和电池单体整个电池箱由处于后排座椅后面和下面的两个电池模块组成，并包含有BMS(电池管理系统)，对每个电池单体的温度和电荷状态进行管理。第65页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、改装式的纯电动汽车(福特公司纯电动汽车福克斯)(12)交流充电器交流充电器用于将来于电网的电力能源转换为动力电池所需要的直流电，这样就能在约6h的时间内完成对动力电池的全状态充电。

(13)DC/DC转换器DC/DC转换器可以使电动汽车的动力电池为车身电气用电池提供12V的电压。第66页，共132页，2023年，2月20日，星期一一、改装式的纯电动汽车(福特公司纯电动汽车福克斯)图2-33福特福克斯纯电动汽车的结构

1—电机控制器及转换装置2—高压空调压缩机3—电控水冷管路

4—牵引电机5—电动助力转向装置6—变速器7—模块化动力总成悬架

8—电控真空泵9—高压制冷-加热装置及控制器10—整车控制单元

11—电池箱和电池单体12—交流充电机13—DC/DC转换器第67页，共132页，2023年，2月20日，星期一(1)电机控制器及转换装置电机控制器监视电机的位置、速度、功率和温度等参数，利用这些信息和由驾驶人发出的加速踏板命令，电机控制器和逆变器将电池提供的直流电压转换成3个用于精确定时驱动的电机信号以完成对牵引电机的控制。

第68页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)高压空调压缩机高压空调系统是专为电动和混合动力汽车而设计应用的，其能量直接从主电池获取。

第69页，共132页，2023年，2月20日，星期一(3)电控水冷管路电控水冷管为牵引电机、变换器和空调器进行冷却。

第70页，共132页，2023年，2月20日，星期一(4)牵引电机牵引电机承担着将电能和机械能互相转换的作用。

第71页，共132页，2023年，2月20日，星期一(5)电动助力转向装置是由汽油机版本福克斯继承下来的电动助力转向装置。

第72页，共132页，2023年，2月20日，星期一(6)变速器电动汽车的变速器传动装置与传统车辆中的传动装置作用相同，但是由于电机不同的高转速特性和较高的效率及噪声要求，在对电动汽车的变速器传动装置进行设计时，需要考虑不同的重点。

第73页，共132页，2023年，2月20日，星期一(7)模块化动力总成悬架相当于传统车辆的发动机舱，将电动汽车各种子系统组建集成起来，并实现与车身的隔离。

第74页，共132页，2023年，2月20日，星期一(8)电控真空泵真空泵向制动系统提供真空环境以对动力总成实现辅助。

第75页，共132页，2023年，2月20日，星期一(9)高压制冷/加热装置及控制器纯电动汽车和混合动力汽车对所使用的加热系统进行了特殊设计，使用了能量效率PTC技术对冷却剂加热并在加热系统中进行循环。

第76页，共132页，2023年，2月20日，星期一(10)整车控制单元(VCU)VCU将驾驶人及车内各个独立的系统与监视器进行连接，同时根据汽车总成系统提供的各种参数对整车进行控制。

第77页，共132页，2023年，2月20日，星期一(11)电池箱和电池单体整个电池箱由处于后排座椅后面和下面的两个电池模块组成，并包含有BMS(电池管理系统)，对每个电池单体的温度和电荷状态进行管理。

第78页，共132页，2023年，2月20日，星期一(12)交流充电器交流充电器用于将来于电网的电力能源转换为动力电池所需要的直流电，这样就能在约6h的时间内完成对动力电池的全状态充电。

第79页，共132页，2023年，2月20日，星期一(13)DC/DC转换器DC/DC转换器可以使电动汽车的动力电池为车身电气用电池提供12V的电压。图2-34纯电动汽车福克斯实物图

a)整车实物图b)电池舱布置图c)底盘结构第80页，共132页，2023年，2月20日，星期一二、完全开发的纯电动汽车1.通用EV1/EV2系列纯电动汽车

2.本田EV-plus纯电动汽车

3.奥运纯电动大客车第81页，共132页，2023年，2月20日，星期一1.通用EV1/EV2系列纯电动汽车(1)整车技术和设计EV1纯电动汽车不仅是用来展示的电动动力系统，而且还担任了技术首演的任务，后来开发的纯电动汽车大多采用了同样的模型和概念。

(2)传动系统这款车使用的三相交流异步电机可以在7000r/min时产生137hp(102kW)的功率。

(3)动力电池通用汽车公司1996年发布的EV1纯电动汽车使用铅蓄电池，质量为3086lbf(1400kg)。第82页，共132页，2023年，2月20日，星期一(1)整车技术和设计EV1纯电动汽车不仅是用来展示的电动动力系统，而且还担任了技术首演的任务，后来开发的纯电动汽车大多采用了同样的模型和概念。图2-35通用EV1电动汽车的结构第83页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)传动系统这款车使用的三相交流异步电机可以在7000r/min时产生137hp(102kW)的功率。

第84页，共132页，2023年，2月20日，星期一(3)动力电池通用汽车公司1996年发布的EV1纯电动汽车使用铅蓄电池，质量为3086lbf(1400kg)。

第85页，共132页，2023年，2月20日，星期一2.本田EV-plus纯电动汽车1)前/后轮距：59.1in/58.7in(1.50m/1.49m)。

2)传动系：前轮驱动。

3)乘客数：4。

4)电压：288V。

5)电机：直流无刷。

6)功率：49kW(66hp)。

7)电池：12V镍氢电池模块。

8)充电时间：6～8h。

9)加速性能：4.9s(0～30mile/h)。

10)最大速度：80mile/h(130km/h)。

11)续驶里程：100mile，即160km(80％放电)。第86页，共132页，2023年，2月20日，星期一2.本田EV-plus纯电动汽车图2-36本田EV-plus纯电动汽车结构视图第87页，共132页，2023年，2月20日，星期一2.本田EV-plus纯电动汽车图2-37本田EV-plus纯电动汽车局部结构图第88页，共132页，2023年，2月20日，星期一2.本田EV-plus纯电动汽车图2-38EV-plus纯电动汽车动力舱内实物图第89页，共132页，2023年，2月20日，星期一1)前/后轮距：59.1in/58.7in(1.50m/1.49m)。

第90页，共132页，2023年，2月20日，星期一2)传动系：前轮驱动。

第91页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)乘客数：4。

第92页，共132页，2023年，2月20日，星期一4)电压：288V。

第93页，共132页，2023年，2月20日，星期一5)电机：直流无刷。

第94页，共132页，2023年，2月20日，星期一6)功率：49kW(66hp)。

第95页，共132页，2023年，2月20日，星期一7)电池：12V镍氢电池模块。

第96页，共132页，2023年，2月20日，星期一8)充电时间：6～8h。

第97页，共132页，2023年，2月20日，星期一9)加速性能：4.9s(0～30mile/h)。

第98页，共132页，2023年，2月20日，星期一10)最大速度：80mile/h(130km/h)。

第99页，共132页，2023年，2月20日，星期一11)续驶里程：100mile，即160km(80％放电)。

第100页，共132页，2023年，2月20日，星期一3.奥运纯电动大客车(1)整车概述BK6122EV型纯电动客车(图2-39)整车动力性、可靠性、安全性、能耗经济性均较好，具有完全的自主知识产权；BK6122EV型纯电动客车整车造型设计独特，内饰美观高雅，舒适性高，采用专用电动化低地板底盘，整车达到发动机客车超二级相关要求，并解决了与无轨电车电网兼容的电-电混合的关键技术；该车在国际上首次使用先进的锂离子动力电池组、分散式充电快速更换方案、无离合器3档机械自动变速电驱动系统、电动涡旋式一体化冷暖空调器等具有自主知识产权的关键部件，综合技术水平和产品化程度高，整车能耗低。

(2)整车布置BK6122EV型纯电动客车采用动力装置后置、后轮驱动形式。第101页，共132页，2023年，2月20日，星期一3.奥运纯电动大客车(3)整车技术方案(图2-41)第102页，共132页，2023年，2月20日，星期一3.奥运纯电动大客车图2-39BK6122EV型纯电动大客车外形第103页，共132页，2023年，2月20日，星期一(1)整车概述BK6122EV型纯电动客车(图2-39)整车动力性、可靠性、安全性、能耗经济性均较好，具有完全的自主知识产权；BK6122EV型纯电动客车整车造型设计独特，内饰美观高雅，舒适性高，采用专用电动化低地板底盘，整车达到发动机客车超二级相关要求，并解决了与无轨电车电网兼容的电-电混合的关键技术；该车在国际上首次使用先进的锂离子动力电池组、分散式充电快速更换方案、无离合器3档机械自动变速电驱动系统、电动涡旋式一体化冷暖空调器等具有自主知识产权的关键部件，综合技术水平和产品化程度高，整车能耗低。

第104页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)整车布置BK6122EV型纯电动客车采用动力装置后置、后轮驱动形式。图2-40BK6122EV型纯电动大客车整车布置形式

a)正视图b)侧视图c)座椅布置图第105页，共132页，2023年，2月20日，星期一(2)整车布置BK6122EV型纯电动客车采用动力装置后置、后轮驱动形式。图2-41BK6122EV型纯电动客车整车技术方案第106页，共132页，2023年，2月20日，星期一(3)整车技术方案(图2-41)1)先进的超低地板结构。

2)先进的能量源和动力驱动系统。

3)兼容无轨电车的电-电混合方案。

①在车顶上预留无轨电车座圈结构基础，车顶预埋高压线路、低压控制线路、通信线路。

②按照无轨电车的技术要求，整车高压部件和车身保证连接的二级绝缘。

③整车尺寸参数

④整车质量参数

⑤整车主要性能参数如下所述。第107页，共132页，2023年，2月20日，星期一1)先进的超低地板结构。

第108页，共132页，2023年，2月20日，星期一2)先进的能量源和动力驱动系统。图2-42BK6122EV型纯电动客车动力电池组第109页，共132页，2023年，2月20日，星期一2)先进的能量源和动力驱动系统。图2-43行驶系统简图

1—电机2—自动变速器3—传动轴4—驱动轮5—后桥第110页，共132页，2023年，2月20日，星期一3)兼容无轨电车的电-电混合方案。

第111页，共132页，2023年，2月20日，星期一①在车顶上预留无轨电车座圈结构基础，车顶预埋高压线路、低压控制线路、通信线路。

第112页，共132页，2023年，2月20日，星期一②按照无轨电车的技术要求，整车高压