5分鐘讀懂電動(dòng)車(chē)的本質(zhì)與工作原理

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

首先，本文所說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)指的是純電池驅動(dòng)車(chē)，而更廣義的燃料電池和插電式混合動(dòng)力車(chē)均不算在內。第二點(diǎn)要說(shuō)明的是，其實(shí)純電動(dòng)車(chē)就是舍棄了傳統汽車(chē)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(chē)、本田飛度電動(dòng)車(chē)等等，其實(shí)本質(zhì)上與傳統汽車(chē)并沒(méi)多大區別，其獨特之處在于利用電能代替內燃機驅動(dòng)車(chē)輛。

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

電池

其實(shí)早在100年前就有電動(dòng)車(chē)這個(gè)品種，只不過(guò)那時(shí)候電動(dòng)車(chē)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(chē)的熱門(mén)能量?jì)Υ嫦到y由鉛酸電池變?yōu)榱?strong>鋰電池。特斯拉在2008年推出的Roadster車(chē)型中采用了將近7000顆鋰電池。每個(gè)車(chē)企都認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(lèi)似的可充電鋰離子電池。

電池組所需充滿(mǎn)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(chē)都擁有制動(dòng)能量回收功能，能夠在車(chē)輛減速過(guò)程中將熱能轉化為電能反哺至電池組。不過(guò)，靠該途徑獲得的能量對于電動(dòng)車(chē)所需的驅動(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(chē)變?yōu)椤坝绖?dòng)機”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20小時(shí)才能充滿(mǎn)，而特斯拉最高配Model S的85千瓦時(shí)電池組則需要數日。

當然，用戶(hù)可以花費額外的幾百美元在家中配備電動(dòng)車(chē)供應設備（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，其電壓一般能達到480伏，當然特斯拉的超級充電站更高，能夠在20分鐘內充滿(mǎn)80%的電量。

如今的電動(dòng)車(chē)電池都內置電池管理系統BMS，由軟件對其充放電進(jìn)行控制。電池管理系統主要防止電池過(guò)度放電，或電量過(guò)分充盈，目的是為了盡可能地延長(cháng)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 )嚴重影響其使用壽命。

在某些方面，電池與人類(lèi)一樣——它們在適宜的溫度下工作表現更為出色。當然，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，通常采用液冷的方式。而一些車(chē)企仍然很自信地不采用溫控系統，例如2015款大眾e-Golf電動(dòng)車(chē)。據大眾描述，該車(chē)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。

控制器

控制器是電動(dòng)車(chē)的大腦，用最簡(jiǎn)單的話(huà)說(shuō)，控制器就是將電池能量與驅動(dòng)車(chē)輪的電機聯(lián)系起來(lái)的橋梁。當司機踩下加速踏板的過(guò)程就是對控制器進(jìn)行操作的過(guò)程，控制器的角色就相當于家中可調光燈中的變阻器。

在車(chē)中，與加速踏板連接，它能夠使電流輸出功率在某一范圍內進(jìn)行變化。電池供向電機的電流由控制器進(jìn)行變化調控。

最新的電動(dòng)車(chē)采用高效、高功率的交流發(fā)電機，控制器則負責將電池中的直流電轉化為交流電。

電機

電動(dòng)車(chē)中負責驅動(dòng)車(chē)輪的電機還被稱(chēng)為牽引電機。交流感應電機和交流永磁電機是目前使用最廣泛的電機種類(lèi)，它們擁有高扭矩、運行穩定、重量輕的特點(diǎn)。

電機中的定子利用動(dòng)力系統傳遞來(lái)的交流電生成磁場(chǎng)，定子內部的轉子則負責將電能轉化為機械能輸出。

除了擔任動(dòng)力傳遞的角色之外，電機還能夠為電池進(jìn)行反向充電，此時(shí)電機被稱(chēng)為“發(fā)電機”。在電動(dòng)車(chē)減速時(shí)，制動(dòng)能量回收系統則是通過(guò)電機將電能傳回給電池。

一輛電動(dòng)車(chē)中可以搭載一個(gè)或多個(gè)電機，有些則采用輪轂電機的方式，將電機直接安裝在車(chē)輪內部。而綜合考慮輪轂電機的優(yōu)缺點(diǎn)后（簡(jiǎn)化車(chē)輛結構但增加簧下質(zhì)量），目前尚未有車(chē)企采用。

電機驅動(dòng)相比傳統內燃機驅動(dòng)的優(yōu)勢在于，其能量利用率更高，并且能夠從一開(kāi)始就達到最大扭矩，在車(chē)輛加速性能上遠超于內燃機。

動(dòng)力總成結構簡(jiǎn)單：無(wú)需變速器

對于純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)輛的加速時(shí)間和最高車(chē)速性能往往相互制約。因此，對于追求車(chē)輛加速性能好、最高車(chē)速高的高性能純電動(dòng)汽車(chē)尤其是純電動(dòng)跑車(chē)，在電機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(chē)輛最高車(chē)速，又縮短車(chē)輛加速時(shí)間。然而，正如家用轎車(chē)的性能不能按照跑車(chē)的標準要求，純電動(dòng)跑車(chē)與日常出行使用的純電動(dòng)汽車(chē)對性能的要求也不盡相同。實(shí)際上，通過(guò)合理設計電機特性曲線(xiàn)，匹配減速器減速比，大部分純電動(dòng)汽車(chē)最高車(chē)速也可以設計在時(shí)速150公里以上，基本上能夠滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。因此，從性能角度來(lái)看，純電動(dòng)車(chē)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130英里/時(shí)的最高時(shí)速。當然，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(chē)無(wú)論在性能、后期保養/維修成本上相比傳統內燃機都更有優(yōu)勢。