雖然電動(dòng)汽車(chē)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(chē)。
首先,本文所說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)指的是純電池驅(qū)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(nèi)。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(tǒng)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、福特福克斯電動(dòng)車(chē)、本田飛度電動(dòng)車(chē)等等,其實(shí)本質(zhì)上與傳統(tǒng)汽車(chē)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(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(jī)。車(chē)企在研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)時(shí),可以基于原有的傳統(tǒng)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?jī)?chǔ)存系統(tǒng)由鉛酸電池變?yōu)榱虽囯姵?。特斯拉?008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(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(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(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(chē)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(chē)變?yōu)?amp;ldquo;永動(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(mǎn),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(hù)可以花費(fèi)額外的幾百美元在家中配備電動(dòng)車(chē)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(mǎn)80%的電量。
如今的電動(dòng)車(chē)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(lèi)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(chē)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(chē)。據(jù)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(tǒng)。
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(qū)動(dòng)車(chē)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(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(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(chē)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(chē)中負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的電機(jī)還被稱(chēng)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(lèi),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(chēng)為“發(fā)電機(jī)”。在電動(dòng)車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輛結(jié)構(gòu)但增加簧下質(zhì)量),目前尚未有車(chē)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(chē)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(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(duì)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(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(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(biāo)準(zhǔn)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(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(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(shè)計(jì)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(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(chē)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)。
(審核編輯: 小王子)
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