科普贴:5分钟带你读懂电动车的本质与工作原理

盖世汽车网 综合报道

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。

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