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5分钟带你读懂电动车的本质与工作原理

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-05-13  作者:鑫椤资讯

虽然电动汽车已经面世多年,但对于更多的普通消费者来说,他们并不太理解什么叫电动汽车。

首先,本文所说电动汽车指的是纯电池驱动车,而更广义的燃料电池和插电式混合动力车均不算在内。第二点要说明的是,其实纯电动车就是舍弃了传统汽车的动力 总成和一些配套元器件而已。日产聆风、特斯拉Model S、福特福克斯电动车、本田飞度电动车等等,其实本质上与传统汽车并没多大区别,其独特之处在于利用电能代替内燃机驱动车辆。

电动车动力总成中包含一个电池组、一个控制器以及电机。车企在研发电动汽车时,可以基于原有的传统车型改造,也可以完全开发一款全新的车型。

电池

其实早在100年前就有电动车这个品种,只不过那时候电动车的电池即笨重,又低效,并且容量很小,更不用提电池管理技术和安全技术了。

经过几十年的发展,电动车的热门能量储存系统由铅酸电池变为了锂电池。特斯拉在2008年推出的Roadster车型中采用了将近7000颗锂电池。每个车企都认为他们的锂电池性能是最优秀的,但实际上,他们采用的都是类似的可充电锂离子电池。

电池组所需充满电的时间由电池组容量、充电装置功率、充电电流决定。所有的电动车都拥有制动能量回收功能,能够在车辆减速过程中将热能转化为电能反哺至电 池组。不过,靠该途径获得的能量对于电动车所需的驱动能量来说微乎其微,一些企业吹嘘的可以通过能量回收的方式让电动车变为“永动机”的说法完全不切实 际。

在充电方面,虽然可以依靠家用电网插口进行供给,不过这是效率最低的方法。即便是三菱i-MiEV中的16千瓦时电池组都需要花费20小时才能充满,而特斯拉最高配Model S的85千瓦时电池组则需要数日。

当然,用户可以花费额外的几百美元在家中配备电动车供应设备(Electric Vehicle Supply Equipment,EVSE),令充电效率高一些。

速度最快的充电方式就是共用充电站的直流快充,其电压一般能达到480伏,当然特斯拉的超级充电站更高,能够在20分钟内充满80%的电量。

如今的电动车电池都内置电池管理系统BMS,由软件对其充放电进行控制。电池管理系统主要防止电池过度放电,或电量过分充盈,目的是为了尽可能地延长电池的使用寿命。

其实,即便电池能量“空”了,其仍然能够提供一定量的电流,但这样会严重影响其使用寿命。

在某些方面,电池与人类一样——它们在适宜的温度下工作表现更为出色。当然,在极冷与极热的温度条件下它们也能工作,只不过其可支持的续航里程要明显低于 正常水平。工程师们为了解决这样的问题,会在电池中加入主动温控系统,通常采用液冷的方式。而一些车企仍然很自信地不采用温控系统,例如2015款大众 e-Golf电动车。据大众描述,该车的电池中采用了更合适的电化学材料,几乎不存在自发热倾向,因此无需温控系统。

控制器

控制器是电动车的大脑,用最简单的话说,控制器就是将电池能量与驱动车轮的电机联系起来的桥梁。当司机踩下加速踏板的过程就是对控制器进行操作的过程,控制器的角色就相当于家中可调光灯中的变阻器。

在车中,与加速踏板连接,它能够使电流输出功率在某一范围内进行变化。电池供向电机的电流由控制器进行变化调控。

最新的电动车采用高效、高功率的交流发电机,控制器则负责将电池中的直流电转化为交流电。

电机

电动车中负责驱动车轮的电机还被称为牵引电机。交流感应电机和交流永磁电机是目前使用最广泛的电机种类,它们拥有高扭矩、运行稳定、重量轻的特点。

电机中的定子利用动力系统传递来的交流电生成磁场,定子内部的转子则负责将电能转化为机械能输出。

除了担任动力传递的角色之外,电机还能够为电池进行反向充电,此时电机被称为“发电机”。在电动车减速时,制动能量回收系统则是通过电机将电能传回给电池。

一辆电动车中可以搭载一个或多个电机,有些则采用轮毂电机的方式,将电机直接安装在车轮内部。而综合考虑轮毂电机的优缺点后(简化车辆结构但增加簧下质量),目前尚未有车企采用。

电机驱动相比传统内燃机驱动的优势在于,其能量利用率更高,并且能够从一开始就达到最大扭矩,在车辆加速性能上远超于内燃机。

动力总成结构简单:无需变速器

对于纯电动汽车而言,如果采用定传动比减速器,即通常所说的取消变速器,车辆的加速时间和最高车速性能往往相互制约。因此,对于追求车辆加速性能好、最高 车速高的高性能纯电动汽车尤其是纯电动跑车,在电机重量和成本增加空间受限情况下,可以考虑加装变速器,从而既提高车辆最高车速,又缩短车辆加速时间。然 而,正如家用轿车的性能不能按照跑车的标准要求,纯电动跑车与日常出行使用的纯电动汽车对性能的要求也不尽相同。实际上,通过合理设计电机特性曲线,匹配 减速器减速比,大部分纯电动汽车最高车速也可以设计在时速150公里以上,基本上能够满足市场需求。因此,从性能角度来看,纯电动车没有必要加装变速器。

特斯拉Model S则以9.73:1的固定减速比实现130英里/时的最高时速。当然,相反的例子也有。保时捷Panamera S E-Hybrid就能在纯电动模式下配合8速手动变速箱行驶。

不管怎样,电动车无论在性能、后期保养/维修成本上相比传统内燃机都更有优势。

 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有550多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
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