1.2 动力电池及管理系统的应用要求

1.2.1 纯电动汽车

纯电动汽车（Battery Electric Vehicle, BEV）是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子动力电池等）提供动力源，以电机为驱动系统的汽车。与传统内燃机汽车相比，纯电动汽车同样是由动力系统、车身、底盘和电气设备组成，它们之间主要的差异在动力系统方面，纯电动汽车区别于传统汽车的地方在于其具有电力驱动系统和电源管理系统。纯电动汽车主要由电力驱动系统、电源系统和辅助系统组成。

电力驱动系统是将动力电池中的化学能转化为车轮的动能的系统，同时纯电动汽车的电力驱动系统在汽车减速或制动时还可以将车轮的动能转化为电能充入动力电池。主要由电子控制器、功率转换器、电机和机械传动系统等组成的电力驱动系统，直接影响了整车的动力性能和经济性能。

电源系统是纯电动汽车向电机提供驱动能源的系统，其主要包括蓄电池能量管理系统和充电装置等。电源系统还应具有监测电池状态以及充电管理的功能。与传统汽车上的辅助系统类似，纯电动汽车的辅助系统由辅助动力源、空调系统、动力转向系统、照明系统、副水器、除霜装置等组成，纯电动汽车整车组成框架如图1-3所示。纯电动汽车除了在动力系统有蓄电池以外，还装备有一套辅助动力源，辅助动力源的功能是向动力转向系统、空调系统及其他车身电气设备供电的装置。

图1-3 纯电动汽车整车组成框架

纯电动汽车的结构型式较为灵活，目前主要包括电机中央驱动和电动轮驱动两种。其中，电机中央驱动还包括有无传动轴的前驱、后驱等多种型式，而电动轮也分为两轮和四轮驱动形式，包括轮边驱动和轮毂驱动两种。纯电动汽车不同的电机驱动形式决定了其动力系统布置形式，常见的布置形式可分为六种类型，如图1-4所示。

图1-4 常见动力系统布置形式

M—驱动电机 GB—变速器 FG—单级减速器 D—差速器

1）传统型的驱动类型与常见内燃机汽车相似，保留离合器、变速器和差速器，使驱动电机取代内燃机，通常由传统内燃汽车改造而成。

2）无离合器型的驱动类型与传统类型相似，其利用电机的恒功率特性，取消了离合器，使机械传动装置的体积和重量得以减小。但同时又对电机的调速性能有较高的要求。

3）一体式的电驱动类型将驱动电机、减速器和差速器集成在一起，结构更加紧奏，在微型纯电动汽车中较为常见。

4）双电机电动轮驱动类型的特点是使用两个电机通过减速器分别驱动两个车轮行驶。该驱动类型采用电子差速控制的方式而不是传统的差速器的机械结构实现转向功能。

5）轮毂轮边驱动型采用电机与固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，没有传动轴和差速器，驱动结构比较简单，但对电机的特性以及控制策略要求较高。

6）轮毂轮内驱动型与轮毂轮边的驱动形式相似，但由低速外转子电机直接驱动车轮，取消了一般的机械传动装置，对电机的性能要求较高。

能量型动力电池主要应用于纯电动汽车领域。目前，国际高端圆柱形电池采用高镍低钴含量的镍钴铝（NCA）正极材料匹配添加少量一氧化硅的石墨负极材料，规模化生产的21700圆柱形电池比能量达到260W·h/kg；采用高镍三元正极材料（NCM811等）量产的软包电池比能量达到288W·h/kg；采用三元正极材料（NCM523等）匹配石墨负极材料，量产的方形铝壳电池比能量达到240W·h/kg。

中国磷酸铁锂电池采用磷酸铁锂正极材料匹配石墨负极材料，比能量普遍达到140～180W·h/kg，部分产品可达190W·h/kg，实现了规模化生产；采用三元正极材料（NCM523等）匹配石墨负极材料，量产的方形铝壳电池比能量在210～240W·h/kg之间，量产的软包电池比能量在230～260W·h/kg之间；采用高镍三元正极材料量产的圆柱形电池比能量在240～260W·h/kg之间。采用高镍三元（NCM811）正极材料和硅碳负极材料，已开发出比能量达到300W·h/kg的软包电池和260W·h/kg的方形铝壳电池。