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電動汽車基礎知識
2022-02-27 11:12:12· 來源：驅動視界
1 電動汽車的概念電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。 ▲大眾MEB平臺電動汽車電動汽車的優(yōu)點是：它本身
1 電動汽車的概念
電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。
▲大眾MEB平臺電動汽車
電動汽車的優(yōu)點是：它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。
由于電廠大多建于遠離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關技術。
由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力、風力等，解除人們對石油資源日漸枯竭的擔心。
電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使發(fā)電設備日夜都能充分利用，大大提高其經濟效益。
▲electric vehicle charging
有關研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發(fā)電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變?yōu)槠?，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優(yōu)點，使電動汽車的研究和應用成為汽車工業(yè)的一個“熱點”。
2 電動汽車的結構
電動汽車的組成包括：電力驅動及控制系統(tǒng)、驅動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既定任務的工作裝置等。
電力驅動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統(tǒng)由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。
2.1 動力電池
動力電池為電動汽車的驅動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。
▲Electric vehicle battery
以前，電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。
除主流的鋰電池以外，正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應用，為電動汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。
2.2 驅動電動機
驅動電動機的作用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪的工作裝置。
歷史上電動汽車廣泛采用直流串激電動機，這種電機與汽車的行駛特性非常相符。但直流電動機由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護保養(yǎng)工作量大。
▲Electric vehicle motor
當前，純電動汽車所使用的電機可分為永磁同步電機和交流異步電機兩大類，自主品牌電動汽車基本上使用的是永磁同步電機，而特斯拉和蔚來則在使用永磁同步電機的同時，還使用了交流異步電機。
永磁同步電機的轉子使用的是永磁體，由定子產生電磁轉矩來推動轉子的磁場圍繞軸心線進行旋轉，定子和轉子的磁場是同步的。和交流異步電機相比，永磁同步電機具有體積小、重量輕、效率高壽命長等優(yōu)點。
2.3 電動機調速控制裝置
電動機調速控制裝置是為電動汽車的變速和方向變換等設置的，其作用是控制電動機的電壓或電流，完成電動機的驅動轉矩和旋轉方向的控制。
早期的電動汽車上，直流電動機的調速采用串接電阻或改變電動機磁場線圈的匝數(shù)來實現(xiàn)。因其調速是有級的，且會產生附加的能量消耗或使用電動機的結構復雜，現(xiàn)在已很少采用。
▲Prius Inverter
后來電動汽車上應用較廣泛的是晶閘管斬波調速，通過均勻地改變電動機的端電壓，控制電動機的電流，來實現(xiàn)電動機的無級調速。
在電子電力技術的不斷發(fā)展中，它也逐漸被其他電力晶體管（如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斬波調速裝置所取代。
在驅動電動機的旋向變換控制中，直流電動機依靠接觸器改變電樞或磁場的電流方向，實現(xiàn)電動機的旋向變換，這使得控制電路復雜、可靠性降低。
當采用交流異步電動機驅動時，電動機轉向的改變只需變換磁場三相電流的相序即可，可使控制電路簡化。
此外，采用交流電動機及其變頻調速控制技術，使電動汽車的制動能量回收控制更加方便，控制電路更加簡單。
2.4 傳動裝置
電動汽車傳動裝置的作用是將電動機的驅動轉矩傳給汽車的驅動軸，當采用電動輪驅動時，傳動裝置的多數(shù)部件常常可以省略。
▲Electric vehicle gearbox（BorgWarner）
因為電動機可以帶負載啟動，所以電動汽車上無需傳統(tǒng)內燃機汽車的離合器。因為驅動電機的旋向可以通過電路控制實現(xiàn)變換，所以電動汽車無需內燃機汽車變速器中的倒檔。當采用電動機無級調速控制時，電動汽車可以忽略傳統(tǒng)汽車的變速器。在采用電動輪驅動時，電動汽車也可以省略傳統(tǒng)內燃機汽車傳動系統(tǒng)的差速器。
2.5 行駛裝置
行駛裝置的作用是將電動機的驅動力矩通過車輪變成對地面的作用力，驅動車輪行走。它同其他汽車的構成是相同的，由車輪、輪胎和懸架等組成。
2.6 轉向裝置
轉向裝置是為實現(xiàn)汽車的轉彎而設置的，由轉向機、方向盤、轉向機構和轉向輪等組成。
▲electric power steering
作用在方向盤上的控制力，通過轉向機和轉向機構使轉向輪偏轉一定的角度，實現(xiàn)汽車的轉向。
乘用電動汽車為前輪轉向，工業(yè)中用的電動叉車常常采用后輪轉向。電動汽車的轉向裝置有機械轉向、液壓轉向和液壓助力轉向、電動轉向系統(tǒng)等類型。
2.7 制動裝置
電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設置的，通常由制動器及其操縱裝置組成。
在電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅動電動機的控制電路實現(xiàn)電動機的發(fā)電運行，使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。
3 電動汽車發(fā)展的關鍵
電池是電動汽車發(fā)展的首要關鍵，汽車動力電池難在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三個要求上。
▲比亞迪刀片電池
氫鎳電池單位重量儲存能量比鉛酸電池多一倍，其它性能也都優(yōu)于鉛酸電池；鐵電池采用的是資源豐富、價格低廉的鐵元素材料，成本得到大幅度降低；鋰是最輕、化學特性十分活潑的金屬，鋰離子電池單位重量儲能為鉛酸電池的3倍，鋰聚合物電池為4倍，而且鋰資源較豐富，價格也不很貴。
我國在鎳氫電池和鋰離子電池的產業(yè)化開發(fā)方面均取得了快速的發(fā)展。
電動汽車其他有關的技術，近年都有巨大的進步，如：交流感應電機及其控制、稀土永磁無刷電機及其控制、電池和整車能量管理系統(tǒng)、智能及快速充電技術、低阻力輪胎、輕量和低風阻車身、制動能量回收等等，這些技術的進步使電動汽車日見完善和走向實用化。
▲New Hyundai EV platform brings 800V charging
我國大城市的大氣污染已不能忽視，汽車排放是主要污染源之一，我國已有10個城市被列入全球大氣污染最嚴重的20個城市之中。
我國現(xiàn)今人均汽車保有量已經超過每百人17輛汽車，但石油資源不足，每年進口超過6億噸石油，隨著經濟的發(fā)展，石油進口就成為大問題。因此在我國研究發(fā)展電動汽車不是一個臨時的短期措施，而是意義重大的、長遠的戰(zhàn)略考慮。
4 電動汽車的結構和特點
純電動汽車相對燃油汽車而言，主要差別（異）在于四大部件：驅動電機、控制器、動力電池、車載充電器。相對于加油站而言，它可以用公用超快充電站進行充電。
▲Tesla Model S 48A On-board Charger
純電動汽車品質差異取決于這四大部件，其價值高低也取決于這四大部件的品質，純電動汽車的用途也與四大部件的選用配置直接相關。
純電動汽車時速快慢和啟動速度取決于驅動電機的功率和性能，其續(xù)行里程之長短取決于車載動力電池容量之大小，車載動力電池之重量取決于選用何種動力電池，它們體積、比重、比功率、比能量、循環(huán)壽命都各異。這取決于制造商對整車檔次的定位和用途以及市場界定。
符合國際和國內市場需求的純電動汽車必定遵守以下幾項：
4.1 電動車輛研發(fā)制造運營必須符合國家各項相關法規(guī)。整車、零部件性能必須滿足國家技術標準和各項具體要求。
4.2 電動車輛是以電為能源，由電動機驅動行駛的，不再產生新的污染，不再產生易燃、易爆之隱患。
4.3 電動車輛儲能用的電池必須是無污染、環(huán)保型的。且具有耐久的壽命，具備超快充電的功能。車輛根據(jù)用途確定一次充電之續(xù)行里程，以此裝置夠用電量的電池組，充分利用超充以延長續(xù)行里程。
4.4 驅動電機應有高效率的能量轉換。剎車、減速之能量的直接利用和回收，力求車輛之綜合能源利用的高效率。
4.5 根據(jù)車輛用途和行駛場合設定最高車速，且不得超過交通法規(guī)的限定值，以合理選擇電動機的功率和配置電池組容量。
4.6 車輛駕駛操作控制簡單有效、工作可靠，確保行車安全。
4.7 機械、電氣裝置耐用少維修。車輛運營之費用低廉。
4.8 以目標市場需求為依據(jù)，提供實用、合適車型滿足之，力求做到技術、經濟、實用、功能諸方面的綜合統(tǒng)一。
5 電動汽車簡史逸聞
早在19世紀后半葉的1873年，英國人羅伯特·戴維森（Robert Davidsson）制作了世界上最初的可供實用的電動汽車。這比德國人戴姆勒（Gottlieb Daimler）和本茨（Karl Benz）發(fā)明汽油發(fā)動機汽車早了10年以上。
戴維森發(fā)明的電動汽車是一輛載貨車，長4800mm，寬1800mm，使用鐵、鋅、汞合金與硫酸進行反應的一次電池。其后，從1880年開始，應用了可以充放電的二次電池。從一次電子表池發(fā)展到二次電池，這對于當時電動汽車來講是一次重大的技術變革，由此電動汽車需求量有了很大提高。
在19世紀下半葉成為交通運輸?shù)闹匾a品，寫下了電動汽車在人類交通史上的輝煌一頁。1890年法國和英倫敦的街道上行駛著電動大客車，當時的車用內燃機技術還相當落后，行駛里程短，故障多，維修困難，而電動汽車卻維修方便。
在歐美，電動汽車最盛期是在19世紀末。1899年法國人考門·吉納駕駛一輛44kW雙電動機為動力的后輪驅動電動汽車，創(chuàng)造了時速106km的記錄。
1900年美國制造的汽車中，電動汽車為15755輛，蒸汽機汽車1684輛，而汽油機汽車只有936輛。進入20世紀以后，由于內燃機技術的不斷進步，1908年美國福特汽車公司T型車問世，以流水線生產方式大規(guī)模批量制造汽車使汽油機汽車開始普及，致使在市場競爭中蒸汽機汽車與電動汽車由于存在著技術及經濟性能上的不足，使前者被無情的歲月淘汰，后者則呈萎縮狀態(tài)。
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