科普帖！ 5分钟让你了解电动汽车的本质和工作原理

虽然电动汽车已经问世很多年了，但是对于更多的普通消费者来说，却不太了解什么是电动汽车。

首先，本文所说的电动汽车指的是纯电池驱动的汽车，不包括更广泛的燃料电池和插电式混合动力汽车。

第二点需要注意的是，实际上纯电动汽车只是放弃了传统汽车的动力总成和一些配套部件。

日产聆风、特斯拉Model S、福特福克斯电动车、本田飞度电动车等其实本质上和传统汽车没有太大区别。

它们的独特之处在于它们使用电能而不是内燃机来驱动车辆。

电动汽车动力总成包含电池组、控制器和电动机。

车企开发电动汽车时，可以在现有传统车型的基础上进行改造，也可以开发全新的车型。

其实电动汽车早在几年前就已经存在了，但当时电动汽车的电池体积庞大、效率低下、容量很小，更不用说电池管理技术和安全技术了。

经过几十年的发展，电动汽车流行的储能系统已经从铅酸电池转变为锂电池。

特斯拉2016年推出的Roadster车型使用了近100块锂电池。

每个车企都认为自己的锂电池性能是最好的，但事实上，他们都使用类似的可充电锂离子电池。

电池组充满电所需的时间由电池组容量、充电设备功率和充电电流决定。

所有电动汽车都具有制动能量回收功能，在车辆减速时将热能转化为电能反馈给电池组。

然而，通过这种方法获得的能量对于电动汽车所需的驱动能量来说可以忽略不计。

一些公司声称电动汽车可以通过能量回收变成“永动机”，这是完全不现实的。

在充电方面，虽然可以依靠家用电源插座供电，但这是效率最低的方法。

即使是三菱 i-MiEV 中的 16 千瓦时电池组也需要 20 小时才能充满电，而特斯拉最高规格 Model S 中的 85 千瓦时电池组则需要几天时间。

当然，用户可以额外花几百美元为家里配备电动汽车供电设备（EVSE），使充电更加高效。

最快的充电方式是共用充电站直流快充，电压一般可以达到50伏。

当然，特斯拉的超级充电站更高，20分钟就能充80%的电。

如今的电动汽车电池内置电池管理系统（BMS），其充电和放电由软件控制。

电池管理系统主要是防止电池过度放电或过度充电，以尽可能延长电池的使用寿命。

事实上，即使电池能量“空”，它仍然可以提供一定的电流，但这会严重影响其使用寿命。

在某些方面，电池就像人类一样——它们在合适的温度下工作得更好。

当然，它们也可以在极冷和极热的温度下工作，但它们能支持的范围明显低于正常情况。

为了解决这个问题，工程师会在电池上添加主动温度控制系统，通常采用液体冷却。

一些汽车公司仍然有信心不使用温度控制系统，例如大众e-Golf电动汽车。

大众汽车表示，该车的电池采用了更合适的电化学材料，几乎没有自热倾向，因此不需要温度控制系统。

控制器是电动汽车的大脑。

用最简单的话来说，控制器是将电池能量连接到驱动车轮的电机的桥梁。

当驾驶员踩下油门踏板时，过程就是操作控制器。

控制器的作用相当于家里的调光灯中的变阻器。

在汽车上，连接到油门踏板上，可以在一定范围内改变当前的输出功率。

电池向电机提供的电流由控制器改变和调节。

最新的电动汽车使用高效、大功率交流发电机，控制器负责将电池的直流电转换为交流电。

电动汽车中负责驱动车轮的电机也称为牵引电机。

交流感应电机和交流永磁电机是目前应用最广泛的电机类型。

具有扭矩大、运行平稳、重量轻等特点。

电机中的定子利用电力系统传来的交流电产生磁场，定子内部的转子负责将电能转换成机械能输出。

电机除了传递动力的作用外，还可以给电池反向充电，此时电机被称为“发电机”。

当电动汽车减速时，制动能量回收系统通过电机将电能传输回电池。

一辆电动汽车可以配备一个或多个电机，有些使用轮毂电机，将电机直接安装在车轮内。

综合考虑轮毂电机的优缺点（简化车辆结构但增加簧下质量），目前还没有车企采用。

电动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从一开始就可以达到最大扭矩，并且其车辆加速性能远远超过内燃机。

动力总成结构简单：不需要变速器。

对于纯电动汽车来说，如果采用固定传动比的减速器，也就是俗称的取消变速器，那么车辆的加速时间和最高车速性能往往是相互制约的。

因此，对于高性能纯电动汽车，特别是纯电动跑车，追求良好的车辆加速性能和较高的最高时速，当电机的重量和成本增加且空间有限时，可以考虑安装变速箱，从而不不仅提高了车辆的最高速度，还减少了车辆的加速时间。

然而，正如家用车的性能无法达到跑车的标准一样，纯电动跑车和日常出行使用的纯电动汽车的性能要求也不同。

事实上，通过合理设计电机特性曲线以及匹配减速器的减速比，大多数纯电动汽车的最高速度可以设计在公里/小时以上，基本可以满足市场需求。

因此，从性能角度来看，纯电动汽车无需安装变速箱。

特斯拉的 Model S 的最高时速可达 mph，固定减速比为 9.73:1。

当然，也有相反的例子。

保时捷 Panamera S E-Hybrid 可以通过 8 速手动变速箱以纯电动模式行驶。

无论如何，电动汽车在性能和后续维护/维修成本方面比传统内燃机更有优势。