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电动汽车技术

文档作者：钱明华文档来源：湘潭电机股份有限公司		点击数：	更新时间： 2025年09月20日
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上一篇：对新能源汽车技术的几点探讨

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电气牵引2011年第1期(总第121期)
电动汽车技术
钱明华
(湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭，41l101)
摘 要： 由于世界石油资源日趋贫乏和大气污染日益严重， 因此即大量消耗能源又产生大量有害废气的传统汽
车，自然而然成了全世界人类关注的焦点。而世界现代生活中已经使现代人工作生活中离不开的汽车要受到限制，甚
至取消汽车来解决上述两大难题是完全不可能的。那么怎么在利用汽车给我们工作、生活带来便利的同时，又能降低
汽车油耗和净化汽车排放的尾气的难题，基于科学可持发展的基本理念，人们却不约而同的把眼光聚焦在电动汽车上
面，毫无疑问叮住电动汽车来解决能源紧张和大气污染严重两大关键的确是推住了关键，解决好了这个关键人们在持
续发展方面面临的巨大压力将大幅度的减缓。本文将从技术的角度探讨电动汽车在电传动、动力电池及动力结构的组
合和不同工况的运行要求的合理性、科学性。
关键词：能源，污染，蓄电池，电机控制，串、并联模式
1 能源特性
凡是能用各种形式的能量来做功的物资都属于
能源的范畴。如从产生能源的来源来分有地球体内
所蕴含的能量，如热能和核能。来自天体的能量，如
太阳能以及由光合作用生成的煤碳、油气等，该类能
源是现行传统能源的主体俗称石化能源为不可再生
的能源。还有一种能源由地球和天体相互作用产生
的能量，如潮汐能，这是一种已在关注之中的新能
源，所占比例还很小。
按能源使用后是否产生有害环境又可分为污染
型能源和洁净型能源． 目前人们最关注的又和经济
活动密切相关的石化能源，它是推动经济发展的主
要动力，但又是不可再生的，用一点就会少一点，并
且又是会产生污染的能源，如酸雨尘埃等。据有关资
料报道2台60kW 的汽轮发电机组每年要消耗300
万吨煤产生60万吨灰渣，排放1O万吨SO ，3万吨
氮化物．3500吨烟尘和1000万吨CO2，同时给铁路
运输带来极在的压力。
如按能源的做功能加高低来分可以分为高级能
量，低级能量和僵态能量三类，通常将在理论上完全
转化为功的能量称为高级能量，如风、水、电能等。不
能全部转化为功的能量为低级能量如热能，其熵值
不为零(熵为物质系统状态的一种量度是物质的状
态参数)。完全无法转变为功的能量称僵态能量。
通常也把自然界里可直接使用的能源称为一次
能源如太阳能、石油、煤等，由一次能源转化为便于
人们使用的能源称为二次能源，如电便是由石油、
煤、天然气等转化而来的二次能源。
2 动力蓄电池
用电动汽车取代传统汽车。两者的外形和功能
基本相同，但在驱动方式和内部结构上已经发生了
根本的变化，传统汽车用柴油机或汽油机来驱动汽
车。用柴油或者汽油作燃料使发动机作功而对于纯
电动汽车则完全取消了发动机和燃料以及齿轮变速
箱等，取而代之的是蓄电池和电动机作动力使汽车
运行，结构上明显简化，控制和保养也随之简化，但
对于混合动力的电动汽车，则在结构上反之较传统
汽车更复杂一些。但由于具有发动机和电动机两套
动力系统．故在操纵上更加适应不同工况如启动、加
速、降速制动时可以合理选择动力，燃料电池电动汽
性能也很出色它和通常的蓄电池动力不同，它是以
电化学原理发电的特殊装置，电动汽车系统里最关
20
电动汽车技术
键的装置是蓄电池，它是电动汽车能否取代传统汽
车的核心装置。是一种把化学能转化电能的转化装
置
常用术语
原电池：借助于化学反应得到电能的装置，也就
是使化学能转变为电能的装置叫做原电池。
蓄电池：一种储存电能的装置，被设计成充电、
放电反复循环的转化过程的转换装置。
铅酸蓄电池：使用历史最长技术最成熟的酸性
蓄电池，它是用二组栅状铅板(常用加入锑的硬铅合
金)组成，栅格中涂有活性物质，浸入盛有硫酸的耐
酸容器中，通过正、负极板和外电路连接的电能转换
装置。
活性物质：能在电池放电过程中加入化学反应
来产生电能的物质，称为活性物质。
蓄电池能量：蓄电池在规定条件对负载作动所
能输出的电能叫做蓄电池的能量．单位为wh或
kwh。可分为理论能量和实际能量。
蓄电池容量：是指在规定的放电条件下从电池
获得的电量单位用Ah表示，分理论容量、实际容量
和额定容量。
理论容量C。：理论容量是按电池设计活性物的
量的多少和工程计算出的容量。
实际容量C：是指在规定的放电条件下．电池实
际放了的电量，其数值小于理论容量C。
额定容量C ：是指在工程设计和电池制造时，规
定电池在一定的条件下应该输出的最低限定的电
量，其值小于实际容量C。
电池容量是指蓄电池的正极或负极的容量。因
为蓄电池在工作时通过正极和负极的电量是相等
的。
为了对不同的电池的性能水平进行比较分析。
引入比容量的定义，它分质量比容量和体积比容量。
质量比容量C ：按定分CI=C／m(Ah·kg-·)
式中m—— 电池质量
体积比容量C ：按定义C~=C／V(Ah·L- )
式中V—— 电池体积
激活：是指蓄电池正、负极板上的活性物质，将
生成电能的最终方式。
自放电：蓄电池的能量未通过负载回路而是以
其他途径损耗电能的现象。
蓄电池工作寿命：在一定的放电条件下．电池容
量在降至规定值时，电池所完成的充、放电循环的次
21
数。
终止电压：蓄电池放电到规定的停止放电时刻
的电压。
锂电池：电池的正、负极由可以嵌入和脱出的锂
的化合物或材料构成的电池均要称作锂电池。
燃料电池：参入电能转移所需的化学原料贮存
在电池外部的容器内，而正、负极板上无活性物质的
一种特殊的电能储存装置称为燃料电池。
3 蓄电池的类型
目前能满足汽车的牵引又能降低能源，大幅度
减少污染排入的新型能源动力装置，有三大类电池
系统。第一类为物理电池，常见的如太阳能电池、核
能电池。第二类常见的为生物电池如微生物电池、生
物酶电池等。第三类电池是目前作为汽车用新型动
力电池主流的化学电池。它是直接将化学能转化成
电能来驱动汽车牵引电机的静止能源转化装置。对
汽车而言，化学电池的容量体积、重量等方面是最合
适、最方便、最成熟的一类电池。化学电池按电池所
用电解液、电极所用活性物质及功能特性的不同可
分为如下三类：
(1)按化学电池所用电解液的不同主要有：
a．酸性电解液电池如铅、酸蓄电池。
b．碱性电解液电池如镉、镍蓄电池。
c．有机电解液电池如锂电池。
d．无机电解液电池如锂电池。
(2)电池正负极所用的活性材料分主要有如下
几种
a．铅电极电池
b．锌— — 锰电极电池
c．镉—— 镍电极电池
d．锌— — 汞电极电池
e．镉— — 汞电极电池
fI锌—— 银电极电池
g．氢— — 镍电极电池
h．锂电极电池
i．金属氢化物— —镍电极电池
．钠— — 硫电池
(3)按功能特性分可分如下主要几种
a．原电池，如锌— —锰干电池
b．二次电池，如镉— —镍电池
12．激活电池，如镁— — 银电池
d．连续电池，如氢— — 氧燃料电池
电气牵引2011年第1期(总第121期)
目前使用比较广泛的动力电池主要是可多次
充、放电循环二次电池来作新型汽车的牵引动力，其
主导蓄电池有铅酸蓄电池，碱性镉— — 镍蓄电池、锂
离子蓄电池、燃料蓄电池，其中铅酸蓄电池使用时间
最长，技术最为成熟，可靠性最高，成本最低，但也有
单位重量的容量较小， 自放电损失电能较高使用和
维护过程有氢气和硫酸废水排出。锂离子电池和燃
料蓄电池是新型高技术蓄电池的典型代表．主要不
足是技术尚不够完善，安全性能尚不充分，特别是价
格太高，故目前要大规模推广使用尚有不少障碍，目
前各国各大厂家均投人大量资源投人研究．在解决
了充电时间和充电后行驰里程数等关键技术后．蓄
电池电动汽车全面取代传统汽车历史新纪元就来到
了。下面以使用铅为电极活性材料的铅酸蓄电池为
例来说明蓄电池的结构及其工作原理。
4 铅酸蓄电池的结构、原理
1859年一个年方26岁的法国青年普朗泰(G·
plante)发明了能反复充、放电循环运用的铅酸蓄电
池，至今已有150多年的历史，在其问世初期由于直
流发电机尚未问世，故只能用一次电池来给这个新
诞生的二次电池作充电电源，这个成本自然相当高
昂．所以这个世界上最早发明的二次电池，只能作为
一种摆设而无法进入工业运用，l0多年后，实用的
直流发电机发明，铅酸蓄电池才逐步进入实用阶段，
并在很多产业领域得到H益广泛的应用。
(1)铅酸蓄电池的结构
以铅作正、负极活性物质的铅酸蓄电池的典型
结构如下面图(1)所示。
图(1)中的正极PbO：为二氧化铅是正极极板上
图(1) 铅酸蓄电池结构示意图
的活性物质，极板是由铅锑合金浇注的栅架和附着
在其上的活性物质组成，是铅酸蓄电极的核心部件，
加入锑元素是为了栅架的浇注性能和机械强度，锑
的含量通常为5％～7％，若含量过高会提高蓄电池自
放电损耗。
图(1)中的Pb为纯铅，是负极极板上涂附负极
活性物质，呈海绵状、灰蓝色、海绵状的铅能增加与
电解液的接触面积。在每个单体电压为2V的蓄电池
体内有多块正负极板。这样做可以增大蓄电池的容
量。通常为了使正极板两侧放电均匀，规定每个单体
蓄电池中负极板要比正极板多一块。
图(1)中的隔膜又称隔板，它的安装位置是在
正、负极板之间，功能是防止正、负极上的活性物质．
二氧化铅PbO 和铅Pb直接接触造成铅酸蓄电池内
部短路无法正常工作。
隔膜是蓄电池中的重要部件又称“第三极板”。
它是设计蓄电池需要考虑的最重要问题之一，因为
它是关系到铅酸蓄电池外形体积大小。蓄电池的工
作寿命的大问题。因为每个单体为2V电压的蓄电池
内要设计多片正负极板．而每对正负板之间均要加
装隔膜，故正负极板之间的片距，隔膜材料本身的薄
厚均直接影响到蓄电池的外形和体积的大小及蓄电
池安装尺寸的大小，这对容量要求大，而汽车上安装
位置紧张的要求是十分矛盾的。
常用的隔膜材料有木制材料、塑料、高分子材
料、无机材料、玻璃丝材料、玻璃棉毡材料等。
对隔膜的要求大体有耐酸的腐蚀，因为作为蓄
电池电解液的流酸H2S0 对于隔膜有腐蚀作用，隔
膜材料应具有多孑L性，以利于电解液的渗透，同时隔
膜还应有较好的抗氧化性，能保证有效防止活性物
资的脱落。同时隔膜较低的成本和好的环保性能。
图(1)中的电解液注入LI对于铅酸蓄电池来说，
是注入比重为1．280左右的硫酸I-I2SO ，由于电解液
的浓度说明了蓄电池工作过程中的实际容量的大
小，实际工作中常用测定液体的比重来测定电解液
的浓度进而判断蓄电池的容量。由于比重值和实测
时的温度是有关系的．所以测的比重值都要换算到
20℃时的标准值。H CO 这种电解液，在温度大于
20℃时，其比重值比20℃时的H：CO 的比重要低，实
践测定温度每高出一度，比重值会减小0．0007，所以
要根据测定现场的实际温度对实测结果进行修正以
正确判定在线蓄电池的实际容量判定电动汽车的作
功能力是有非常大的实有价值的。电解液注人口所
用的螺旋帽盖，虽然只是一个小配件，但是也要求有
防酸、防腐耐热的较高要求，同时要满足较高的绝缘
性能和机械强度。它的作用是防止有机械杂物雨水
和灰尘进人蓄电池内部，防止蓄电池内的电解液外
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电动汽车技术
泄、溅露和排气。
图(1)所示蓄电池的外壳均为防酸蚀材料构成，
不仅要有一定的防腐性能还要有良好的绝缘性能，
以降低自放电损耗，还须有良好的机械强度承受一
般重物，工具跌落所引起的冲击，还应能承受，传递
正常的工作应力的扭矩。
同时，由于作为电动汽车的牵引动力的蓄电池
容量较大，所需工作电压较高，而现有铅酸蓄电池的
单体电压只有2V (锂离子电池的电极电位较高，故
其电池电压可达3．8V)，故实际工作常须将多个单体
电池串起来形成电池池组共同工作。这就需要将联
接导体将各个单体电池进行所需的电气连接，所以
在实际运行中连接导体和连结工艺是铅酸蓄电池可
靠安全的工作不可或缺的条件，实践中常用电缆两
端连有焊接端子的连接导体。之所以对单体电池之
间采用焊接连接而不用螺纹连接是前者的电气连接
方式对于动态动行中蓄电池工作可靠性更高，并且
不会产生因螺纹松动产生的电路连结部位产生电
弧，造成温升和短路等严重事故。
(2)铅酸蓄电池的工作原理
铅酸蓄电池工作原理如下面图(2)所示。
避亏 三
： ；o 。 ：
+一电源h —
P
b
_
一 P SO t 2H20 PbsO0—
2Pb$O‘+2H2O
· 一PbO2 +Pb+2I-I2 SO4
己
图(2) 酸性蓄电池的工作原理
PbO2一二氧化铅；Pb～ 铅；H2S0厂硫酸；H2O一水；
PbS0广硫酸铅。1一二氧化铅(正极)；2一铅(负极)；
3一硫酸溶液(电解液)；4一玻璃容器；5一电阻(负荷)
图(2)甲中的工况为铅酸蓄电池的放电工况即
蓄电池对负载5输出功率的过程，正、负电极间2V
的端电压由正极二氧化铅PbO 产生电流如图甲图
中箭头所示流径负载5负极板2海绵装纯铅极板
Pb形成闭合电路，在电路导通的过程中．蓄电池产
生的化学变化如下：
Pb02+H2SO4+Pb— PbSO4+H2O+PbSO4
23
上述过程叫做蓄电池的放电。由上式知在放电
过程中PbO：和Pb及H2SO4反应生成PbSO4和H 0
所以H：SO 的浓度降低即比重减小，这是一个重要
参数指标，由这个参数指标可以判断蓄电池是否要
停止放电而进入蓄电池的充电工况。
图(2)中的乙图即为蓄电池的充电原理及过程。
由图(2)中的乙图中充电发电机的正极和铅酸
蓄电池的正极相连，电流从发电机正极向蓄电池正
极、负极发电充电机的负端形成闭合回路和图甲比
较可见电流已改变了流通方向，这时铅酸蓄电池处
于充电工况，所以乙图所示的发生的化学反应也和
甲图的化学变化过程相反，即：
2PbSO4+H20一Pb02+2H2SO4+Pb
充电过程完成后，正、负极板仍为二氧化铅PbO
和纯兰色海绵状纯铅Ph，硫酸H SO 浓度增大，满足
了蓄电池重新向负载提供功率的放电状态。
由蓄电池放电后，正、负极板上的活性物质二氧
化铅PbO 和纯铅Pb都转化为硫酸铅PbS04称为
“双硫酸盐化”理论。
(3)铅酸蓄电池电动势计算
由于依据电池反应推导的铅酸蓄电池电动势计
算公式非常复杂，为此本文按照由正、负蓄电池的电
极电位来计算导出蓄电池电动势。即
E=‘p ‘P一
式中E为蓄电池的电动势
‘p 为蓄电池正极板电位(即PbO：的电极电位)
‘p一为蓄电池反极板电位(即Pb的电极电位)
(1)标准氢电极
按能斯特(W·Nernst)理论：金属和与其相接触
的盐溶液之间将产生电位差，当两金属产生不同的
电位时，用导线连接这两个金属极时并形成闭合回
路时便会有电流产生，然而直到现在我们还没有办
法直接测出单个金属电极与盐溶液间的电位差。故
在工程实践中常指定其中的一个电极电位为零称为
标准电极，将这个标准电极和另一个要测量的电极
组成一个电池，接人电位差测量计测出它们之间的
电位差，也就测出了另一电位的电位。为了统一标
准，国际上通常用标准氢电极作为标准电极。其外形
结构见如下图(3)所示。
a．标准氢电极原理
图中的铂片Pt上镀成海绵状，将其放到氢离子
的浓度为lmol·dm 的浓酸溶液中， 在温度为
298．15k条件下通人100KPa的纯H 气流使之被Pt
电气牵引2011年第1期(总第121期)
I-I2···一
图(3) 标准氢电极外形简图
吸收，被吸收的H 又使氢离子H+进入溶液，使这个
电极如H：构成的一样，电极反应为：
2H (1mol·dm )+2e— H2(100KPa)
该式反应物为标准状态。故规定在298．15K下
的标准电极电势为O即：
‘p舞8 k(HYH2)=OV
b．标准电极电势的测量
为此将标准氢电极和待测电极电势一起组成原
电池．则此原电池的电动势即为欲测电极的电极电
位。并作如下规定：当此原电池的欲测电极发生的反
应是还原反应时(即得到电子)规定待测电极为正
极，标准氢电极要为负极，此时，欲测电极电势为正
值。若欲测电极上为氧化反应时(即失去电子)，则欲
测电极作负极。标准氢电极为正极。此时电极电势为
负值。
C．铅酸蓄电池的电动势按b中规定测得铅酸蓄
电池中负极铅电极Pb的标准电极电位为一0．358V，
正电极二氧化铅PbO 的标准电极电位为+1．69V，所
以铅酸蓄电池的电动势E为
E=‘P 一‘P—=1．39V-(-0．358v)=2．048V
d．部分常用电极的标准
将常用蓄电池的电极材料按上文所规定方法测
出的标准电极电势按大小排列计人下面表1所示以
作参考。
表1 标准电极电势表(298．15K。水溶液中)
电对 率电池反瘟 i 变化趋势
L； ，Lj + e一 i(I) 一3．O4
Na ／Na Na++e一- -N-(·) —2，7l
AIS+／Al Ap++3e一~---*AI(s) — 1．662 l
Z^ ／Zn Z ++2e—w-~Zn(s) 一O．762 麓 述
化 蘸
FeZ+／Fe Fel +Ze～i ·Fe(B) —0．447 套 杰
盘孽 的
Pb2 ／Pb P +2e一 -《 (s) —0．126 氯 连
}{十／H2 2H++2e一_ _-Hz O 化 屎
性 性
Cu¨。ICu C ++2e一 _—Cu(摹) +0．342 增 增
殂 量
’ Hll：’trig H戤￡++2e一删2Hg(J) +0．797
Ag ／Ag ． AZ +e一 —·Ag(s) +o．8o0
Fz／F— +2t一 —--2F +2．866
5 电动汽车的动力及现状前景
电动汽车是相对传统内燃机作动力来说的，很
明显两者都是汽车，故在其功能结构上都会有很大
的共性，同时明确无误点明了二者的根本区别是双
方动力上的根本区别。
电动汽车所具备的牵引力有部分或全部是由电
能来提供的，按照现有电动汽车的发展现状以纯电
动汽车和混合动力汽车为两大主流车型，而燃料电
池汽车所占分则不及前二者倒是现在另一类新能源
汽车天然气汽车有较大的发展，对净化环境来说也
是一个有效途径。
按现在汽车行业比较流行的新能源汽车分类方
法可分为纯电动汽车(即蓄电池电动汽车)Battery
Powered Electric Vehicle，简称EV汽车，混合动力电
动汽车Hybrid Eleciric Vehicle，简称HEV汽车和燃
料电池汽车Fvel Cell Electric Vehicle简称FEV或
FCEV汽车三类。第一类蓄电池汽车是很有清洁环保
的汽车，同时由于动力单一，相对来说车子的结构也
比较简单．是最容易进行标准化生产。也方便车辆的
保养维修。目前纯电动汽车发展不快的原有两个一
个是价格太高．另一个原因使用不方便，造成两大困
难的原因都是因为蓄电池造成的，价格太高造成电
动汽车价格要高出传统汽车一倍以上，特别是锂蓄
电池电动汽车。至于说到不方便使用，主要也是相对
于传统汽车而言的，一是充一次电能运行的里程仅
24
电动汽车技术
150公里左右，远低于加油的汽车。同时充一次电要
6—7小时，远不如传统汽车只要几分钟就能解决问
题那样方便快捷，还有一个不方便的原因是，蓄电池
汽车的充电站布点刚刚开始，要达到象加油站那样
充分合理，还不知道要到何年何月，所以电动汽车发
展不快，蓄电池是瓶颈是目前世界汽车行业的通病，
但是电动汽车是汽车领域的发展方向，这也是不言
而语的，所以在这重重困难面前仍要坚定信心。看到
光明，因为符合可持续发展的事物总是有生命力的。
混合动力汽车的电动汽车基本上是由电驱动和
内燃机驱动两种动力驱动为主流车型，主要提供两
种以上的动力单元及其增加协调控制，这两种动力
的相关机构装置，所以其结构复杂性，无论给生产、
使用、维护、保养各方面都带来不少困难。
混合动力电动汽车通常由如下主要部件组成：
动力单元，通常是内燃机(汽油机或柴油机)、电
动机／发电机、变频器、蓄电池、传动机构，按照功能
组合混合动力电动汽车可分为串联式和并联式两种
(还有将串并联混合也作一种分法)。
串联式和并联式混合动力汽车的结构简图见如
下的图(4)、图(5)所示。
图(4) 串联式混合动力汽车
图(5) 并联式混合动力汽车
混合动力式电动汽车中发动机电动机和蓄电池
的使用和相互组合可以有各自不同的方式，但一般
均按不同工况，不同动力单元在不同速度下运行对
环境的影响及其经济性合理组织。
25
(1)常用工况下合理组合：
a．启动阶段和低速运行工况时
由于发动机在低速工况下运行冒黑烟及费油．
所以这种工况下由电池给电动机提供动力， 由电动
机单独在此工况下作纯电动运行。
b．正常运行工况阶段
正常运行时速度较高适用发动机经济地运行，
并带动发电机运转，此时即可使电动机也加入到正
常驱动车辆运行，也可向蓄电池充电，可视车速、负
载情况作灵活处理。
c．加速及爬坡运行时加载阶段
发动机遇加载时运行时会不经济故应及时由蓄
电池向电动机提供动力．和发动机共同驱动车辆运
行。
d．蓄电池充电工况
通常无论运行或停驶时候．时常会出现蓄电池
充电不足的情况，这时便应该及时启动发动机带动
发电机通过变频器向蓄电池充电，使蓄电池恢复到
设定值时停机。
e．降速、下坡、制动工况
如遇须减速或急停情况，应急踩制地动踏板．此
时车辆的动能使电动机转换成发电机运行．向蓄电
池充电，并产生电制动力使车辆减速直至停车。
上述几种动力单元的组合原则是各种混合式电
动汽车均须遵守的，否则就不能发挥各动力单元各
自的特长，达不到节能减排的基本要求，也违背了选
择设计混合动力电动汽车的初衷。
(2)电动汽车制动能量回馈系统的原理
汽车在欲作减速或制动运行时．其本身所具有
的动能，在传统汽车上这部分能量不但无法利用，还
将依靠摩擦制动，以热量的方式消耗这些动能污染
环境，热量还将恶化车辆的制动性能，但这种工况在
电动汽车身上这部分能量却有了回收的可能，并且
能用电力制动的方式，在无污染的情况下仍保持很
好的制动性能。
电动汽车制动能量回馈原理如图(6)所示：
图(6) 制动能量回馈原理
电气牵引2011年第1期(总第121期)
图(6)实际正是电动汽车运行的主电路原理图，
主要电力电子器件是2个IGBT管VT1、VT2当VT
关断，VT2导通，电动机得电车辆处于电动运行状态。
当VT 、VT2均断开时， 电动机M 通过VD 续
流。当电机M进入回馈制动工况时关断VT2用PWM
信号控制VT 导通时，电能储存在电柜漏感中，当
PWM信号关断VT 时，漏感电动势和电动机电枢电
动势之和大于蓄电池电压Ud，这时制动能量就通过
VD：回馈到蓄电池中。
为了更清晰地说其工作过程给出下面各个阶段
原理示意图(7)、图(8)、图(9)、图(10)。
图(7) 电动状态T】工作， 关断
D
图(8) 惰行工况，T 、T2均关断
D
图(9) 制动工况，电机作发电机运行，T 关断、T2导通
D
图(10) 能量回馈蓄电池充电 后T 关断
图(7)为电动汽车处于电动状态T 导通，T2关
断电流自A流出通过T 管R、L使电机M得电运
转。
图(8)为电机M失电后惰行减速运行状态，电
机M通过D2续流。
图(9)为电动汽车处于制动运行工况，断电后由
于汽车的动能使电动机作出发电机运行，电路中
关断，T2导通。
图(10)为能量回归蓄电池即能量回馈状态，它
是在经过 时间后，T2关断后形成回馈状态的。
(3)电动汽车使用交流电动机驱动的直接转矩
控制
由于电动汽车使用直流电动机驱动时常因为直
流电动机换向装置的先天不足引起故障过多的原
因，故其虽然有优异的调速动态特性，但因交流电动
机极为简单，坚固工和可靠性高，人们很自然就会有
在电动汽车上采用交流电动机来驱动的想法。在上
世纪80年代中期德国鲁尔大学的教授Depen—brock
首先提出了全新的理念．交流变频调速技术— — 异
步电动机的直接转矩控制技术。
DTC的特点
直接转矩控制技术即Direct Torque Coutrol缩
写即为DTC，这种控制理论和矢量控制技术相比较
有如下特点：
a．直接转矩控制在定子坐标下建立交流电动机
的数学模型，用转矩直接控制转矩，用磁链直接控制
磁链，所以不必象矢量控制那样为了交流电动机数
学模型的解耦简化多次进行坐标变换减少了复杂的
数学运算，也无须模仿直流电动机的控制。使控制系
统的结构简洁明了。
b．直接转矩控制将逆变器和电机看作一个整体，
采用离散的空间电压矢量对三相交流感应电动机进
行控制，使控制结构变得简明、直接。
c．直接转矩控制以定子磁链作为被控量，而不象
磁量控制那样选择转子磁链为控制对象。这样只要
知道电机定子的电阻就可以将定子磁链测量出来，
而定子电阻是很方便就能测量出来的一个电参数，
使控制性能实现了优化。
d．直接转矩控制以转矩控制转矩而无须象矢量
控制那样通过电流磁链间接地实现对转矩的控制，
使转矩的控制响应快，无超调。
e．在直接转矩控制中转矩控制和磁链控制均采
用bang—bang控制输出信号直接控制逆变器的开关
状态，进而输出相应的电压空间矢量，控制三相交流
电动机的运行．使系统进一步简化，直接转矩控制的
典型原理结构图如以下图(11)所示。
26
电动汽车技术
图(11) 直接转矩原理框图
6 结语
纵观前文及电动汽车的发展现场使用电动汽车
的优越性的确无可比拟，但冷静地细想一下却也未
必能过于乐观，电动汽车的核心技术蓄电池实在难
以放心，除了充电时间及续航里程数外。蓄电池在它
的生命周期中的生产、使用、报废三个阶段中，在使
用阶段应该说对环境是不会有太大影响的，但是，在
其前后两个阶段生产和报废均是污染的重中之重，
特别是散落在千家万户各个山野甬的汽车蓄电池报
废时该如何集中回收处理，这可真是个天大的问题，
管理不好的话，对空气、土壤、河流、地下水的污染，
说其后患无穷，绝不过分。虽然已有报道说成立了报
废电瓶集中处理的专业工厂，但还极少极少远远满
足不了如此兴涌的购车热潮及第一汽车大国天文数
字的社会保有量，所以对电动汽车的发展报冷静、慎
重的态度更好些。
(上接第4页)
动的自卸车来说．通过不断地换档。分阶段、不连续
地去接近这种工况，电传动矿用自卸车则通过对电
传动系统的恒功率调节来达到这种工况。自卸车对
电传动系统的调节还要求：
1．为避免主发电机过电压，应对最高电压加以限
制，并要求限压线近似为水平线。
2．为避免主发电机过电流．应对最大电流加以限
制，且要求限流线尽量近似为垂直线。
自卸车一般都有恒功率精度的规定，并在出厂
前调定一个恒功功率值。有的自卸车是利用函数发
生器来实现系统恒功率调节的．有的是采用集成元
件乘法器来实现的，但恒功率整定值一般都略低于
柴油机的额定输出功率值，这是考虑到有些因素可
能造成柴油机功率下降，而且，柴油机在额定转速
和略低于额定功率下运转，有利于延长其寿命和减
少单位功率的油耗。
十二、电传动矿用自卸车的保护、连锁及
报警电路
为使电传动矿用自卸车适应矿山、工地的特殊
工矿要求，保证安全、可靠地运行，电传动系统设置
了很多保护、连锁及报警电路，典型电路如下：
1．保护：接地故障无牵引
超速时自动切除牵引
超速时自动投入电制动
防误反向
27
蓄电池充电过电压
2．连锁：主接触器动作顺序
车厢举升无牵引
紧急制动与电制动
紧急制动与切除牵引
停车制动与切除牵引
3．报警：柴油机机油压力低
水箱水温过高
冷却风压过低
电动轮温升过高
停车制动未缓解
转向压力低
工作制动压力低
左、右后制动器制动压力不相等
太阳齿轮退出
蓄能器压力低
水箱水位过低
牵引系统故障
液压油油温过高
电制动故障
自动润滑系统故障
蓄电池充电系统故障
燃油油位低
牵引系统温度过高

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