电动汽车故障诊断与分析.doc

常州机电职业技术学院毕业设计（论文）系 部： 车辆工程系 专 业： 汽车检测与维修 题 目： 电动汽车故障诊断与分析 2013 年 5 月 毕业设计（论文）中文摘要电动汽车的出现对解决当今世界能源危机问题和环保有很大的帮助。而且低碳环保的概念正成为主流思想，所以在可以预见的未来电动汽车必将成为大势。对此本文对电动汽车的发展史进行了较为详细的介绍，并阐述了增程式电动汽车的定义、原理、特点以及系统的设计方案。着重对电动汽车常见的故障现象进行了分析并对出现的故障给出了解决方案，并且给出了对于电动汽车日常保养的一些建议。关键词：电动汽车 故障检测 故障维修 原理 毕业设计（论文）中文摘要Title：Electric automotive fault diagnosis and analysisAbstract：The worlds energy crisis and environmental protection are of great help. And the concept of low-carbon environmental protection is becoming mainstream thinking, so in the foreseeable future electric vehicles will become mainstream.This article on the history of the development of electric vehicles for a more detailed description, and expounded the definition of electric vehicles by the program, principles, characteristics and system design. Focuses on electric cars common symptoms were analyzed and failures gives a solution. For electric vehicles, and gives some suggestions for routine maintenance . Keyword: Electric cars fault detect breakdown maintenance principle目录1绪论11.1电动汽车的发展史11.2燃油汽车与纯电动汽车的优缺点21.3国内现状51.4国外现状72电动汽车动力系统设计方案92.1电动汽车概论92.1.1增程式电动汽车的定义92.1.2增程式电动汽车的工作原理92.1.3增程式电动汽车的工作特点92.2电动汽车动力系统设计方案102.2.1电动汽车的基本结构102.2.2电驱动的结构形式122.2.3储能装置的结构形式132.2.4带增程器的结构形式143电动汽车的故障诊断163.1汽车故障诊断定义163.2电动汽车故障诊断基本流程164电动汽车常见故障分析174.1整车没电产生的原因174.2充电机不充电的原因174.3局部过热及抖动的原因174.4电动机异响的原因174.5刹车效果不灵的原因185电动汽车使用常识及保养195.1电动汽车使用常识195.1.1电动汽车怎样充电195.1.2影响电池寿命的因素195.2保养锦囊19结 论22致 谢22参考文献24常州机电职业技术学院毕业论文1绪论1.1电动汽车的发展史自1886年第一辆内燃机驱动的汽车诞生，经过100多年的发展，汽车生产技术越来越先进，汽车性能越来越完善，汽车工业已成为世界各国的支柱产业。汽车工业的发展涉及许多产业部门，带动了石油化工、钢铁冶金、有色金属材料、橡胶工业、电子工业、纺织工业、机器制造工业等的发展，并促进城市的市政建设以及与汽车相关的第三产业的发展，极大的推动了世界经济前进。汽车诞生之初，只是作为有钱人的消遣、娱乐工具，市场有限，产量不高。1905年欧洲汽车产量仅3.7万辆，当年全世界汽车产量共有6.2万辆。1902年美国人福特提出要使汽车成为人们的生活必须品，并采用先进的技术与生产方式，引入标准化、专业化，采用流水线生产。使汽车工业得到快速发展，这是汽车工业发展的一项重大突破。1920年美国的汽车产量达到了120万辆。1950年全世界汽车产量为1000万辆，保有量为6900万辆。到20世纪70年代，生产汽车的技术愈来愈完善，美国、欧洲各国及日本先后形成了年产1000万辆以上的生产规模。1988年全世界汽车产量增加到4800万辆，保有量5.37亿辆。到20世纪90年代中期，全世界每年汽车产量保持在47004900万辆，保有量超过了6亿辆，其中七八成是小轿车。新中国的汽车工业经历了从无到有的发展历程。特别是在最近的十年里，我国汽车工业处于快速发展的阶段，汽车的产量和保有量大步攀升。1994年的汽车产量达到了138万辆，汽车保有量为1000万辆。2002年中国汽车产量达到了325万辆，2003年汽车产量超过了400万辆。2004年汽车产量超过500万辆，2010年中国汽车产量达到1500万辆。随着我国国民经济持续高速发展，轿车将成为我国居民消费的主要商品之一。中国汽车工业将面临一个快速发展的机遇。轿车进入家庭已经是不争的事实。汽车工业推动世界经济发展、给人民生活带来便利的同时，也引发了世界范围的能源危机和环境问题。汽车在大量的消耗地球上有限的石油资源。美国每天消耗的石油有2/3用于交通运输，其中一半用于轿车、轻型货车和厢式货车上。根据1976年伦敦国际会议估计，当时己探明的剩余的可开采储量不足1000亿吨。1991年探明的储量为1350亿吨，1994年全球已探明的石油总储量为1428亿吨。1980年以来全世界每年石油产量在30亿吨左右，在未来的50年内世界石油资源将消耗殆尽。这就意味着以廉价石油作为能源的汽车总有一天会被淘汰。燃油汽车同时也在严重的污染地球的自然环境。我国环境监测数据表明，汽车尾气排放是城市大气污染的主要来源之一。北京市机动车尾气排放对大气污染物中 的分担率分别为63%，73.5%和46%；上海市更为严重，分别为86%、96%和56%；广州、天津、重庆等许多大中型城市也有类似情况。目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国。显然，进一步使用传统内燃机技术发展汽车工业将会给我国的能源安全和保护环境造成巨大压力1.2燃油汽车与纯电动汽车的优缺点以汽油或柴油为燃料的汽车具有很高的能量密度和功率密度的优点，但传统汽车仍存在许多缺点：a)由于发动机自身其有调速范围窄的特点，使得汽车需要装上复杂的变速箱，这带来了传动损失和不灵活的缺点。b)为了在有限的档位情况下满足加速和爬坡的功率需求，往往需要增加发动机的尺寸。c)目前的汽车在部分载荷与接近满载的最优工作点处工作时的比油耗有很大不同。发动机由于尺寸过大，其运行对的工作点偏离最优工作点，故工作效率低。而纯电动汽车具有传统的内燃机汽车所不具备的理想的传动优点。纯电动汽车运行无污染；其传动效率明显比传统燃油汽车高。而且它可以回收大部分通常在制动过程中损失的动能。牵引电机所固有的灵活的转速转矩特性使得电机能在其转速转矩边界内的任何区域工作，这使得电机通常可不需要附加变速箱。石油的衍生物、汽油和柴油无疑是燃油汽车的唯一燃料，我们目前的运输和交通工具的能源主要依赖石油。但是，按目前的开采和消耗速度，全世界范围内的石油资源将仅够维持30年。而电能可由热能、核能、水能、潮汐能、波浪能、风能、地热能、太阳能、化学能和生物能等产生，具有广泛的多样性如图1所示。热能是通过燃烧矿物燃料产生热量，利用此热量加热水形成水蒸气，用水蒸气驱动气轮机最终产生电能。热能发电常用的三种矿物燃料是煤、石油和天然气。其中煤占全世界矿物燃料储藏量的91，而石油和天然气分别只有4和5。目前可开采的煤，其储藏量超过一万亿吨，足够维持200多年。世界煤的产量是每年46亿吨，其中70的煤用来发电，世界40的发电量是由煤产生的。因此，用煤来产生电动汽车所需的电能不仅具有经济优势而且能大大减轻交通运输对石油的依赖性。图1 多样化的电动汽车能源 核能发电与热能发电类似，但其热量是由核反应产生的。1996年，核电厂提供的电能是有核国家全国发电量的25，世界总发电量的17。水力发电基于水从高处流向低处时，势能转化为动能驱动水轮机，最后产生电能。水力发电是清洁的，不会产生排放物和温室气体，也不会留下废弃物。水力发电的成本只有矿物燃料或核能发电成本的三分之一。潮汐发电是已发现的利用海洋能量的最好的技术。世界所有潜在的潮汐能估计有64GW，这种能源不会枯竭，而且也无污染。波浪能与潮汐能相似，也是一种海洋能源，它利用了风与海洋表面相互作用而形成的波浪。据估计沿加利福尼亚海岸的波浪能是410MW/km。该技术仍处于试验阶段。风能发电既经济且无污染，据估计所有潜在的风能占全球电力需求的20。目前德国拥有的风力发电容最超过了1300MW，丹麦至少1000MW，美国已经建成了世界上最大的风力发电站，总发电容量为35MW。地热能是地球内部包含的热能，如地热水、热气、温泉和火山等，这些是可以回收并有效利用的能量。美国能提供世界上最多的地热发电量，超过2700MW。太阳能发电一般分为两种；太阳热和光电。目前美国商用太阳热能发电厂的发电量超过350MW。光电发电是直接将太阳光子转化为电能，世界上最大的太阳光电发电厂在意大利，其发电容量是3.3MW。化学能发电一般是基于燃料电池技术，将燃料与氧化合产生电能和水。现在最适合于化学能发电一般是基于燃料电池技术，将燃料与氧化合产生电能和水。现在最适合于电动汽车的车载燃料电池是SPFC，其最大功率等级为l000kW。生物能是由木柴、农作物残渣、动物粪便、木炭和其它衍生燃料产生的。生物能可以替代传统的矿物燃料进行发电。综上所述，电能可以用多种不同的发电技术获得。电能在交通运输中的应用可以解决目前过分依赖石油的问题。纯电动汽车在运行过程中的有害排放物为零。考虑到为电动汽车产生电力的发电厂的排放物，在全球范围内，由电动汽车产生的有害排放物仍然比燃油汽车少得多。然而，纯电动汽车也其有以下的缺点：a）低的电池能量密度。汽油的能量密度是12000W h/kg，而目前的铅酸电池的能量密度不足40 W h/kg。近年来其他类型的电池，如：镍氢电池，锂离子电池等的开发虽然有进展，但它们不同程度的在价格、性能、工艺等方面欠成熟，近期无法大批进入市场。b）过重的电池组。虽然在车身设计方面采取了减轻整车质量的技术，但是电池组过重的自身质量会使一部电动汽车的总质量较同样大小的内燃机汽车高出2030。c）有限的续驶里程与汽车的动力性能。电池的能量密度低，电池组的质量大，因此即使电动汽车动力系统的效率很高，其续驶里程和动力性能无法达到当前燃油汽车的水平。d）电池组昂贵的价格和有限的寿命。一部载容量20人的轻型电动客车电池组的价格高达2万元人民币，而在内燃机中油箱的成本不过几百元；以现有的电池循环使用寿命计算，电动汽车行驶4万公里后就需要更换电池，这个运行成本是难以接受的。e) 汽车附件的使用受到限制。由于电动汽车所携带的电能有限，所以在车上对电能的使用必须注意节省，车内空调和暖风的选用必须充分考虑其对汽车续驶里程的影响。除此之外，动力转向、真空助力器、主动悬架以及其他一些车载电器的使用也受到限制。因而电动汽车上乘员的舒适性受到影响。由此可见，纯电动汽车在商业上的成功强烈依赖先进电池的发展。然而，电池在过去几十年的发展中，性能和价格还没有取得重大突破。因此，纯电动汽车的发展在目前没有达到预期的目的。这为增程式电动汽车的发展提供了契机，它保留了内燃机和电驱动两者的优点，淡化了两者的缺点。成为一种理想的环保汽车过渡产品。表1显示了对纯电动汽车、燃料电池汽车、增程式电动汽车和内燃机汽车的比较，可见，目前阶段开发增程式电动汽车是缓解环境和能源危机的较好选择。电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。目前电动汽车技术的研发已成为各国政府和汽车行业的热点。电动汽车指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。它包括燃料电池电动汽车（FCEV）、混合动力电动汽车（HEV）和纯电动汽车（BEV）3种类型。 其中纯电动汽车（Battery Electric Vehicle）发展时间最长，曾被全球汽车企业广泛看好，从20世纪70年代至今，可以说比其他类型电动汽车的发展时间都长，经验也丰富，开发成本也较低。但由于目前蓄电池储能有限，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短的问题。考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器（Range-Extender）的方法来增加纯电动汽车的续驶里程。增程式电动车（Extended Range Electric Vehicle，也有人称为Range Extended Electric Vehicle）与纯电动汽车一样，都是由且仅由电动机驱动的电动汽车。增程式电动车是在纯电动汽车的基础上追加增程器，通过增程器向车辆输入额外的能量使纯电动车车主能够免于经常停车充电的一种电动汽车。如表1：表1 不同动力源汽车比较项目纯电动汽车燃料电池汽车增程式电动汽车内燃机汽车尾气排放无无少量多能源来源广较窄广窄能量转换率高高适中窄高效工况区范围宽宽适中窄能量回收有有有无行驶里程短适中较长长1.3国内现状在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。目前，我国已出台许多政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展，政府意欲加速提高国内电动车产业的竞争力，缩短成熟期，实现对国外汽车工业的“弯道超车”。电动汽车的发展步入关键时期，机遇与挑战并存。“八五”期间发展状况：电动汽车作为“明日汽车之星”，在我国早已引起了关注，“八五”期间政府已把电动车技术研究列入“八五”科技攻关重点项目。1989年初试制成功以日产“阳光”牌小轿车为基础的四座电动车，车速只有30km/h。1991年试制成功“叶丰”牌五座混合驱动型电动轿车，该车使用11.9kw汽油机和铅酸电池驱动12kW直流电动机，最高车速82km/h，一次充电续驶里程为202km。1993年7月，首次使用镍镉、镍氢电池的电动车，最高车速达100km/h，一次充电续驶里程为200km，汽车性能有了较大进步。1995年上海国际汽车工业展览会上，首次集中展出了我国研制的最新水平电动汽车。“九五”计划期间发展状况：1996年在北京国际电动汽车展览会上，展出了我国研制的YW6120DD大型电动客车。采用三相感应电动机，电动机额定功率为150kW，最大功率为172kW，最高转速可达到13000r/min，最高车速为90km/h，加速度(040km/h)时间为20s，续驶里程达到150km。1999年国际电动汽车研讨会(EVS)年会在北京召开，同年科技部、国家环保总局、国家计委、国家经贸委、国家机械工业局、公安部和交通部等13个部门联合发起“空气净化工程一一清洁汽车行动”计划，2001年4月北京还成功举办了第三届北京国际电动汽车暨清洁燃料汽车和汽车环保研讨会，2002年7月，北京公交线上两辆混合动力电动汽车开始运营，此外，北京还是世界上拥有天然气汽车最多的城市之一，我国其它城市也高度重视电动汽车的发展，如武汉就被科技部批准为我国电动汽车研发试验基地。“十五”计划对发展电动汽车的规划：科技部在“十五”国家863计划中特别设立电动汽车重大专项，将投入24亿元人民币，动员全国有关专业的技术力量协助攻关。明确提出将研究重点放在电动汽车整车配置设计与通用控制平台、电动汽车多能源动力总成、电动汽车新型电机与驱动系统、电动汽车动力电池及其智能管理系统、电动转向控制及其控制系统、电动汽车电驱制动器及控制系统的研制上。2001年10月，国家投入8.8亿元的电动汽车专项基众正式启动，内容分5部分：燃料电池汽车技术、混合动力电动汽车技术、纯电动汽车技术、电动汽车共性技术研究，以及推动电动汽车发展的运行机制、相关政策、技术标准与法规的研究。“十一五”计划对发展电动汽车的规划：围绕863计划电动汽车重大科技项目成果的转化，财政部、科技部联合下文，创造性地建立了电动汽车科技成果示范推广补助的“财政科技联动”新机制；由4部委联合推动实施“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广工程。中央财政投入十城千辆工程节能与新能源汽车科技成果转化购车补贴资金已超过22亿元，带动社会电动汽车整车、关键零部件及充电基础设施全产业链投入百亿元以上。以科技为先导，行业产业和地方强势跟进，我国新能源汽车战略性新兴产业呈现快速发展的趋势。 “十二五”计划对发展电动汽车的规划：在由中国汽车工业协会与世界汽车组织共同举办的全球汽车界领袖盛会“2011OICA中国论坛”上，张志宏指出，发展电动汽车是中国汽车工业应对能源环境、保持可持续发展的最佳途径，是中国培育战略新兴产业的重要选择。根据各大汽车公司发布的产品计划，未来两年将有更多的电动汽车产品推向市场。“到目前为止，25个试点城市共推广各类节能汽车超过一万辆，累计运行里程超过2.5万公里，已建成充电站51座，换电站9座，充电桩2000多个，基本满足现有示范车辆运行的需要，标志着中国电动汽车科研研发与财税政策相结合向产业化迈出关键的一步。”汽车为人类社会带来了很大的便利，已成为人类杜会日常生活不可或缺的交通工具。但是，在全球汽车工业迅猛发展的同时也带来了两个极其严重的负面效应：一是石油能源危机；二是环境污染加剧。汽车工业的发展受到了能源、环境等因素的严峻考验与挑战。各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车是解决能源危机和环境污染两大难题的最佳途径。但是由于目前阶段充电站建设的限制，纯电动汽车受到续驶里程的制约，难以得到市场的认可。国家鼓励发展电动汽车，而增程式电动汽车是电动汽车的重要研究方向之一。1.4国外现状电动汽车的历史可以追溯到20世纪初。甚至在内燃机驱动的汽车发明后的一段时间里，电动汽车仍然十分流行。但是随着汽油的降价和启动电机发明，内燃机驱动的汽车统治了交通运输市场近100年。随着近年来的能源危机和越来越严格的排放法规要求，电动汽车再次成为研究的热点。在美国、日本、欧洲等发达国家，电动汽车已开始进入实用化阶段。由于高新技术发展的推动和政府对汽车排放越来越苛刻的要求，各大汽车公司投入了大量的人力、物力和财力用于电动汽车开发，不断推出自己的新产品。美国：1991年美国3大汽车公司签定协议，台作研究电动汽车用先进电池，成立先进电池联合体，同年7月美国电力研究院参加了美国先进电池联合体。1992年美国电力研究院、克莱斯勒公司与南加州爱迪生公司共同开发50辆电动货车。统计数据表明，美国1995年有190家电动汽车生产企业，共有电动汽车2000多辆。到2040年，美国电动汽车保有量有望达到2.5亿辆。 届时美国轻型车耗油量将减少75%，基本摆脱对进口石油的依赖。争取到2020年，全美拥有电动汽车1400万辆，近1/4的轻型车为纯电动汽车或插入式混合动力汽车。日本：日本政府一直很重视电动汽车的发展，很早就对电动汽车的发展做出了具体的布置和计划。1991年通产省制定了“第3届电动汽车普及计划”，用于推动电动汽车的普及与应用。东京电力公司1988年联合日本电池公司共同开发“Iza”电动汽车，体现了当时最新技术水平：空载量1573kg，装有288V镍镉电池，4台直流无刷电机，输出功率为100kW，最高车速176km/h，每次充电后可以40km/h行驶548km。日产公司研制成功薄而轻的镍镉电池，用一组超薄电极配以高浓度溶液，散热性能好、质量轻、充电时问短，6min可充至40的额定容量，15min完全充满。该电池己在日产公司的未来型电动车(FEV)上使用，该车一次充电后，能以72km/h的速度行驶160km。19761991年日本犬发公司生产各种电动车辆6253辆，成为拥有电动面包车生产线的唯一厂家，1993年已生产和销售1300辆电动面包车。目前，日产汽车公司约在全国设置了200座充电站，三菱汽车公司约在全国700家店铺设置了充电器，两家公司已经达成协议，电动汽车可共享设在全国各地的900座充电设备，到2020年，政府计划设置5000处充电设施。 欧洲：法国的标致一雪铁龙与雷诺2大汽车公司一直在积极研制电动汽车，1990年J-5和C-25电动货车投入生产，1995年标致106和雪铁龙AX电动车投入生产。1972年德国欧宝公司开始研制电动汽车，1981年与ABB公司合作改装电动轿车。20世纪80年代初期奔驰生产电动大客车。奔驰公司1997年9月，在法兰克福汽车展览会上推出一款燃料电涟电动汽车，该车在奔驰A级轿车基础上改装而成，装有燃料转换装置，可使用甲醇为燃料。1990年意大利菲亚特汽车公司开始生产电动汽车，满载质量为133kg，车速为70km/h，行驶里程为100km。英国匡际汽车设计公司(IAO)从1979年开始研制电动汽车。1991年克罗德里蓄电池公司投资建立电动汽车生产集团，研制成MOL C3型混合驱动电动汽车，行程130km。其他国家和地区如瑞士、瑞典、丹麦、奥地利、捷克、匈牙利、俄罗斯、澳大利亚、墨西哥等都已开展和研制电动汽车。2009年8月19日，德国政府颁布了国家电动汽车发展计划，目标是到2020年使德国拥有100万辆电动汽车。以色列Project Better Place公司将在全国范围内建立一个拥有50万个充电站的巨型充电网络。以色列希望通过推广电动汽车，到2020年削减至少25的石油进口量。 2电动汽车动力系统设计方案2.1电动汽车概论2.1.1增程式电动汽车的定义增程式电动汽车(Extended Range Electric Vehicle)是一种特殊的电动汽车，蓄电池和内燃机作为驱动装置的动力源，分割了用电与用油的时间。电能是驱动增程式电动汽车的主要能源，汽油则是它的备用能源，只有当蓄电池电能不足时，内燃机才开始工作为驱动装置提供驱动力，驱动车辆继续行驶，增加汽车行驶里程，使其能够到达可以充电或加油的地点，不会出现抛锚现象，这也是“增程式电动汽车”(Extended Range Electric Vehicle)名称的由来。2.1.2增程式电动汽车的工作原理当蓄电池有足够电量时，增程式电动汽车驱动系统的动力全部来源于蓄电池，在一定的行驶距离范围内，增程式电动汽车的行驶完全依靠蓄电池提供时动力来完成，实现“零油耗、零排放”，相当于使用纯电动汽车。而在超出一定行驶距离、蓄电池的能量耗尽的情况下，内燃机就自动接通为增程式电动汽车驱动组件提供动力，延长它的行驶里程，从而使车辆能够到达充电站或加油站。增程式电动汽车的蓄电池和动力推进系统经过精准的设置，可以使车辆在由蓄电池提供足够的电能的时候，不需要发动机进行工作来产生额外的动力。在由蓄电池驱动车辆时，可以保证车辆顺利实现加速、最高时速以及爬坡等各种性能；当由内燃机提供动力时，增程式电动汽车能够满足基本的车辆行驶要求。2.1.3增程式电动汽车的工作特点增程式电动汽车主要由蓄电池驱动，具备纯电动汽车的低噪声、零排放、综合利用能源、行驶成本低等特点。有的电动汽车工作在纯电动模式下，如比亚迪e6是比亚迪最新自主研发的纯电动汽车，具备环保、节能、安全和良好的动力，续驶里程可以达到400 km，为同类车型之冠。但是，如果它在行驶途中蓄电池电能突然耗尽，驾驶者将对此束手无策。而增程式电动汽车有汽油作为备用能源，不依赖于专业的充电站，驾驶者可以安心从容地驾驶。有的混合动力电动汽车以弱混合的模式工作，如奇瑞A5 BSG(Belt Driven Starter Generator)是一款具备怠速停机和启动功能(STOPSTART)的弱混合动力汽车。当汽车遇到红灯或堵车时，发动机暂停工作；当车辆识别到驾驶员有起步意图时，系统通过BSG系统快速地启动发动机，消除了发动机在怠速工作时的油耗、排放和噪声。可见弱混合动力汽车正常行驶时相当于普通燃油汽车，而增程式电动汽车在蓄电池有足够电能的时候行驶相当于纯电动汽车。相比之下，增程式电动汽车具有更好的环保效果。有的混合动力电动汽车以强混合的模式工作，如丰田普锐斯在怠速时自动停止内燃机，减少能量浪费；在需要最大功率输出时内燃机和电动机同时出力，一方面满足了最大功率输出，另一方面避免了内燃机进入高转速、高污染、低效率的区间工作；在需要较小功率输出时，内燃机可以给蓄电池充电；在平缓制动时，通过控制系统也可以给蓄电池充电。总之这种混合动力工作模式能使内燃机始终工作在高效区，使1.5L的发动机达到2.0L发动机的动力特性，而能耗和污染很低，当然这是以高昂的成本为代价的。与上述强混合模式的混合动力电动汽车相比，增程式电动汽车结构简单，主要由蓄电池驱动，加上一个小型内燃机，其造价要低得多。2.2电动汽车动力系统设计方案2.2.1电动汽车的基本结构 与燃油汽车相比，电动汽车的结构特点是灵活的，这种灵活性源于电动汽车具有以下几个独特的特点：首先，电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递的，因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性；其次，电动汽车驱动系统的布置不同（如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等）会使系统结构区别很大，采用不同类型的电动机（如直流电动机和交流电动机）会影响到电动汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置（如蓄电池和燃料电池）也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。另外，不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用替换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。如图5所示，电动汽车系统可分为3个子系统，即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。其中，电力驱动子系统又由电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成；主能源子系统由主电源、电能管理系统和充电系统构成；辅助控制子系统具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能。根据制动踏板和加速踏板输入的信号，电子控制器发出相应的控制指令来控制功率转换器的功率装置的通断，功率转换器的功能是调节电动机和电源之间的功率流。当电动汽车制动时，再生制动的动能被电源吸收，此时功率流的方向要反向。能量管理系统和电控系统一起控制再生制动及其能量的回收，能量管理系统和充电系统一同控制充电并监测电源的使用情况。辅助动力源供给电动汽车辅助系统不同等级电压并提供必要的动力，它主要给动力转向、空调、制动及其它辅助装置提供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动汽车输入信号外，转向盘也是一个很重要的输入信号，动力转向系统根据转向盘的角位置来决定汽车灵活地转向。现代电动汽车很多采用三相交流感应电动机，相应的功率转换器采用脉宽调制逆变器，机械变速传动系统一般采用固定速比的减速器或变速器与差速器。镍氢电池也是被电动汽车广泛采用的一种典型的动力能源，相应的能源补充系统就是充电器。现代电动汽车很多采用三相交流感应电动机，相应的功率转换器采用脉宽调制逆变器，图2 电动汽车基本结构 现代电动汽车很多采用三相交流感应电动机，相应的功率转换器采用脉宽调制逆变器，机械变速传动系统一般采用固定速比的减速器或变速器与差速器。典型的结构组成如图2所示。镍氢电池也是被电动汽车广泛采用的一种典型的动力能源，相应的能源补充系统就是充电器。 电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。但由于目前蓄电池储能有限，纯电动汽车存在一次充电后续驶里程短的问题。考虑采用在纯电动汽车上加装一个增程器（Range-Extender）的方法来增加纯电动汽车的续驶里程。2.2.2电驱动的结构形式 采用不同的电力驱动系统可构成不同结构形式的电动汽车。根据电力驱动系统的不同，电动汽车分为6种，如图3所示。a)图3-a所示的这种结构与发动机横向后置、后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最普遍。图3电驱动的结构形式a) 电动机后置式 b)双电机式 c)前置固定速比减速器式 d)轮毂电动机式 e)前驱式 f)双电机双固定速比减速器式 D差速器 C离合器 M电动机 GB变速器 FG固定速比减速器b)图3-b表示了另一种使用轮毂电动机的电动汽车结构，这种结构采用低速外转子电动机，彻底去掉了机械减速变速器，电动机的外转子直接安装在车轮的轮缘上，车轮转速和电动汽车的车速控制完全取决于电动汽车的转速控制。c)如果用固定速比的减速器，去掉离合器，可减少机械传动装置的质量、缩小其体积。如图3-c所示，由电动机、固定速比的减速器和差速器组成电力驱动系统。这种结构的电动汽车由于没有离合器和可选的变速档位，不能提供理想的转矩及转速特性，因而不适合于使用发动机的燃油汽车。d)电动机也可以装在车轮里面，称为轮毂电动机，可进一步缩短从电动机到驱动车轮的传递路径，如图3-d所示。为了将电动机转速降低到理想的车轮转速，可采用固定减速比的行星齿轮变速器，它能提供大的减速比，而且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。e)如图3-e所示的结构是由发动机前置前轮驱动的燃油车发展而来，它由电动机、离合器、变速器和差速器组成。离合器用来切断或接通电动机到车轮之间传递动力的机械装置，变速器是一套具有不同速比的齿轮机构，驾驶员可选择不同的变速比，把力矩传给车轮。f)图3-f所示的双电动机结构就是采用2个电动机通过固定速比的减速器分别驱动2个车轮，每个电动机的转速可以独立地调节控制，便于实现电子差速，因此，电动汽车不必选用机械差速器。2.2.3储能装置的结构形式 采用不同类型的储能装置，如不同的蓄电池、燃料电池、超大电容器和高速飞轮等，构成不同的电动汽车结构，图4所示的是6种典型的结构。图4储能装置的结构形式a)蓄电池和燃料电池式 b)双蓄电池式 c)飞轮式 d)电容式 e)蓄电池随意式 f)重整器式R重整器 C电容器 B蓄电池 P功率转换器 FW超高速飞轮 FC燃料电池 a)除了蓄电池以外，还可以用燃料电池作储能装置，它是一个小型的发电装置。燃料电池的工作原理是利用可逆的电解过程，即用氢气和氧气结合产生电和水。氢气可以储存在一个车载的氢气罐里，而氧气可以直接从空气中获得。燃料电池能提供高的比能量但不能回收再生制动能量，因此最好与一种能提供高比功率且能高效回收制动能量的蓄电池结合在一起使用。图4- a)所示的就是用燃料电池和蓄电池作混合动力的结构框图。b)为了解决一种蓄电池不能同时满足对比能量和比功率的要求这个问题，可以在电动汽车上同时采用2种不同的蓄电池，其中一种能提供高比能量，另外一种提供高比功率。图4-b)显示的是这种蓄电池作混合动力能源的基本结构，这种结构不仅分离了对比能量和比功率的要求，而且在汽车下坡或制动时可利用蓄电池回收能量。c)与超大容量电容器类似，飞轮是另外一种新兴的具有高比功率和高效制动能量回收能力的储能器。用于电动汽车的飞轮与传统低速笨重的飞轮是不同的，这种飞轮质量轻，且在真空下高速运转，超高速飞轮与具有2种工作模式（电动机和发电机）的电动机转子相结合，能够将电能和机械能进行双向转换。图4-c)显示了这种飞轮和蓄电池作混合动力的结构，所选用的蓄电池应能提供高比能量。飞轮最好与无刷交流电动机结合使用，因为这种电动机的效率比直流电动机高，因而应在蓄电池和飞轮之间加一个AC-DC转换器。d)当用蓄电池与电容器作混合动力时，所选的蓄电池必须能提供高比能量，因为电容器本身比蓄电池具有更高的比功率和更高效回收制动能量的能力。由于用在电动汽车上的电容器（通常称为超大容量电容器）相对而言电压较低，所以需要在蓄电池和电容器之间加一个DC-DC功率转换器。图4- d)显示了蓄电池和电容器作混合动力的结构框图。e)图7- e所示的是现在电动汽车所独有的以蓄电池作动力源的一种结构，蓄电池可以布置在车的四周，也可以集中布置在车的尾部或者布置在底盘下面。所选用的蓄电池应该能提供足够高的比能量和比功率，并且在车辆制动时能回收再生制动能量。同时具有高比能量和高比功率的蓄电池对电动汽车而言是最理想的动力能源，比能量影响汽车的行驶里程，而比功率影响汽车的加速性和爬坡能力。f)燃料电池所需的氢气不仅可以以压缩氢气、液态氢或金属氢化物的形式储存，还可以由常温的液态燃料如甲醇或汽油随车产生。图4-f是一个带小型重整器的电动汽车的结构简图，燃料电池所需的氢气由重整器随车产生。2.2.4带增程器的结构形式增程式电动车是在纯电动汽车的基础上追加增程器，通过增程器向车辆输入额外的能量使纯电动车车主能够免于经常停车充电的一种电动汽车。一般情况下，增程器指的是发动机与发电机的组合，发动机输出机械能并经由发电机转化成电能为车辆或动力电池提供能源。增程器在这里充当了一个驻车“补充能量”的角色，目的是为了延长纯电动汽车的续航里程。主要作用是辅助主动力源（电池），为电动机提供能量。图5 增程式电动汽车的结构形式 通过图5，我们可以很清楚地了解到增程式电动车的结构形式及纯电动汽车与增程式电动车两者之间的区别。采用上述内燃发电机组的增程驱动模式，可以省去内燃机直接驱动时的动力切换装置，采用上述内燃发电机组的增程驱动模式，可以省去内燃机直接驱动时的动力切换装置，但也带来了增加一台发电机及其效率损失的缺点。采用上述内燃发电机组的增程驱动模式，可以省去内燃机直接驱动时的动力切换装置，但也带来了增加一台发电机及其效率损失的缺点。通过上述电动汽车的基本结构、电驱动的结构形式、储能装置的结构形式和增程式电动汽车的结构形式，增程式电动汽车选择图3-a及图4-a的结构形式，只需将燃料电池改成增程器即可。3电动汽车的故障诊断3.1汽车故障诊断定义电动汽车故障诊断包含了“诊”和“断”两个环节。汽车故障诊断的过程就是由技术人员从汽车的故障现象出发，熟练应用各种检测设备对汽车进行全面综合的检测，完成第一个“诊”的环节，而后运用对汽车原理与结构的深刻理解，对测试的结果进行综合分析后对故障部位和原因做出确切的判断，完成第二个“断”的环节。汽车故障诊断中的第一环节“诊”应该比汽车检