5分鐘讀懂電動(dòng)車的本質(zhì)與工作原理

雖然電動(dòng)汽車已經(jīng)面世多年，但對(duì)于更多的普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，他們并不太理解什么叫電動(dòng)汽車。

首先，本文所說(shuō)電動(dòng)汽車指的是純電池驅(qū)動(dòng)車，而更廣義的燃料電池和插電式混合動(dòng)力車均不算在內(nèi)。第二點(diǎn)要說(shuō)明的是，其實(shí)純電動(dòng)車就是舍棄了傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力總成和一些配套元器件而已。日產(chǎn)聆風(fēng)、特斯拉Model S、福特?？怂闺妱?dòng)車、本田飛度電動(dòng)車等等，其實(shí)本質(zhì)上與傳統(tǒng)汽車并沒(méi)多大區(qū)別，其獨(dú)特之處在于利用電能代替內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。

電動(dòng)車動(dòng)力總成中包含一個(gè)電池組、一個(gè)控制器以及電機(jī)。車企在研發(fā)電動(dòng)汽車時(shí)，可以基于原有的傳統(tǒng)車型改造，也可以完全開(kāi)發(fā)一款全新的車型。

電池

其實(shí)早在100年前就有電動(dòng)車這個(gè)品種，只不過(guò)那時(shí)候電動(dòng)車的電池即笨重，又低效，并且容量很小，更不用提電池管理技術(shù)和安全技術(shù)了。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電動(dòng)車的熱門(mén)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)由鉛酸電池變?yōu)榱?strong>鋰電池。特斯拉在2008年推出的Roadster車型中采用了將近7000顆鋰電池。每個(gè)車企都認(rèn)為他們的鋰電池性能是最優(yōu)秀的，但實(shí)際上，他們采用的都是類似的可充電鋰離子電池。

電池組所需充滿電的時(shí)間由電池組容量、充電裝置功率、充電電流決定。所有的電動(dòng)車都擁有制動(dòng)能量回收功能，能夠在車輛減速過(guò)程中將熱能轉(zhuǎn)化為電能反哺至電池組。不過(guò)，靠該途徑獲得的能量對(duì)于電動(dòng)車所需的驅(qū)動(dòng)能量來(lái)說(shuō)微乎其微，一些企業(yè)吹噓的可以通過(guò)能量回收的方式讓電動(dòng)車變?yōu)椤坝绖?dòng)機(jī)”的說(shuō)法完全不切實(shí)際。

在充電方面，雖然可以依靠家用電網(wǎng)插口進(jìn)行供給，不過(guò)這是效率最低的方法。即便是三菱i-MiEV中的16千瓦時(shí)電池組都需要花費(fèi)20小時(shí)才能充滿，而特斯拉最高配Model S的85千瓦時(shí)電池組則需要數(shù)日。

當(dāng)然，用戶可以花費(fèi)額外的幾百美元在家中配備電動(dòng)車供應(yīng)設(shè)備（Electric Vehicle Supply Equipment，EVSE），令充電效率高一些。

速度最快的充電方式就是共用充電站的直流快充，其電壓一般能達(dá)到480伏，當(dāng)然特斯拉的超級(jí)充電站更高，能夠在20分鐘內(nèi)充滿80%的電量。

如今的電動(dòng)車電池都內(nèi)置電池管理系統(tǒng)BMS，由軟件對(duì)其充放電進(jìn)行控制。電池管理系統(tǒng)主要防止電池過(guò)度放電，或電量過(guò)分充盈，目的是為了盡可能地延長(zhǎng)電池的使用壽命。

其實(shí)，即便電池能量“空”了，其仍然能夠提供一定量的電流，但這樣會(huì)嚴(yán)重影響其使用壽命。

在某些方面，電池與人類一樣——它們?cè)谶m宜的溫度下工作表現(xiàn)更為出色。當(dāng)然，在極冷與極熱的溫度條件下它們也能工作，只不過(guò)其可支持的續(xù)航里程要明顯低于正常水平。工程師們?yōu)榱私鉀Q這樣的問(wèn)題，會(huì)在電池中加入主動(dòng)溫控系統(tǒng)，通常采用液冷的方式。而一些車企仍然很自信地不采用溫控系統(tǒng)，例如2015款大眾e-Golf電動(dòng)車。據(jù)大眾描述，該車的電池中采用了更合適的電化學(xué)材料，幾乎不存在自發(fā)熱傾向，因此無(wú)需溫控系統(tǒng)。

控制器

控制器是電動(dòng)車的大腦，用最簡(jiǎn)單的話說(shuō)，控制器就是將電池能量與驅(qū)動(dòng)車輪的電機(jī)聯(lián)系起來(lái)的橋梁。當(dāng)司機(jī)踩下加速踏板的過(guò)程就是對(duì)控制器進(jìn)行操作的過(guò)程，控制器的角色就相當(dāng)于家中可調(diào)光燈中的變阻器。

在車中，與加速踏板連接，它能夠使電流輸出功率在某一范圍內(nèi)進(jìn)行變化。電池供向電機(jī)的電流由控制器進(jìn)行變化調(diào)控。

最新的電動(dòng)車采用高效、高功率的交流發(fā)電機(jī)，控制器則負(fù)責(zé)將電池中的直流電轉(zhuǎn)化為交流電。

電機(jī)

電動(dòng)車中負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)車輪的電機(jī)還被稱為牽引電機(jī)。交流感應(yīng)電機(jī)和交流永磁電機(jī)是目前使用最廣泛的電機(jī)種類，它們擁有高扭矩、運(yùn)行穩(wěn)定、重量輕的特點(diǎn)。

電機(jī)中的定子利用動(dòng)力系統(tǒng)傳遞來(lái)的交流電生成磁場(chǎng)，定子內(nèi)部的轉(zhuǎn)子則負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。

除了擔(dān)任動(dòng)力傳遞的角色之外，電機(jī)還能夠?yàn)殡姵剡M(jìn)行反向充電，此時(shí)電機(jī)被稱為“發(fā)電機(jī)”。在電動(dòng)車減速時(shí)，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)則是通過(guò)電機(jī)將電能傳回給電池。

一輛電動(dòng)車中可以搭載一個(gè)或多個(gè)電機(jī)，有些則采用輪轂電機(jī)的方式，將電機(jī)直接安裝在車輪內(nèi)部。而綜合考慮輪轂電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)后（簡(jiǎn)化車輛結(jié)構(gòu)但增加簧下質(zhì)量），目前尚未有車企采用。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)在于，其能量利用率更高，并且能夠從一開(kāi)始就達(dá)到最大扭矩，在車輛加速性能上遠(yuǎn)超于內(nèi)燃機(jī)。

動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：無(wú)需變速器

對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，如果采用定傳動(dòng)比減速器，即通常所說(shuō)的取消變速器，車輛的加速時(shí)間和最高車速性能往往相互制約。因此，對(duì)于追求車輛加速性能好、最高車速高的高性能純電動(dòng)汽車尤其是純電動(dòng)跑車，在電機(jī)重量和成本增加空間受限情況下，可以考慮加裝變速器，從而既提高車輛最高車速，又縮短車輛加速時(shí)間。然而，正如家用轎車的性能不能按照跑車的標(biāo)準(zhǔn)要求，純電動(dòng)跑車與日常出行使用的純電動(dòng)汽車對(duì)性能的要求也不盡相同。實(shí)際上，通過(guò)合理設(shè)計(jì)電機(jī)特性曲線，匹配減速器減速比，大部分純電動(dòng)汽車最高車速也可以設(shè)計(jì)在時(shí)速150公里以上，基本上能夠滿足市場(chǎng)需求。因此，從性能角度來(lái)看，純電動(dòng)車沒(méi)有必要加裝變速器。

特斯拉Model S則以9.73：1的固定減速比實(shí)現(xiàn)130英里/時(shí)的最高時(shí)速。當(dāng)然，相反的例子也有。保時(shí)捷Panamera S E-Hybrid就能在純電動(dòng)模式下配合8速手動(dòng)變速箱行駛。

不管怎樣，電動(dòng)車無(wú)論在性能、后期保養(yǎng)/維修成本上相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)都更有優(yōu)勢(shì)。