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电动汽车基础知识
2022-02-27 11:12:12· 来源：驱动视界
1 电动汽车的概念电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。 ▲大众MEB平台电动汽车电动汽车的优点是：它本身
1 电动汽车的概念
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。
▲大众MEB平台电动汽车
电动汽车的优点是：它本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。
由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。
由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力等，解除人们对石油资源日渐枯竭的担心。
电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。
▲electric vehicle charging
有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。
2 电动汽车的结构
电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。
电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
2.1 动力电池
动力电池为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。
▲Electric vehicle battery
以前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。
除主流的锂电池以外，正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。
2.2 驱动电动机
驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮的工作装置。
历史上电动汽车广泛采用直流串激电动机，这种电机与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大。
▲Electric vehicle motor
当前，纯电动汽车所使用的电机可分为永磁同步电机和交流异步电机两大类，自主品牌电动汽车基本上使用的是永磁同步电机，而特斯拉和蔚来则在使用永磁同步电机的同时，还使用了交流异步电机。
永磁同步电机的转子使用的是永磁体，由定子产生电磁转矩来推动转子的磁场围绕轴心线进行旋转，定子和转子的磁场是同步的。和交流异步电机相比，永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高寿命长等优点。
2.3 电动机调速控制装置
电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。
▲Prius Inverter
后来电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。
在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。
在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得控制电路复杂、可靠性降低。
当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。
此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。
2.4 传动装置
电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以省略。
▲Electric vehicle gearbox（BorgWarner）
因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。
2.5 行驶装置
行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。
2.6 转向装置
转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。
▲electric power steering
作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。
乘用电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向、电动转向系统等类型。
2.7 制动装置
电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。
在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。
3 电动汽车发展的关键
电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。
▲比亚迪刀片电池
氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池；铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成本得到大幅度降低；锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵。
我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。
电动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制、稀土永磁无刷电机及其控制、电池和整车能量管理系统、智能及快速充电技术、低阻力轮胎、轻量和低风阻车身、制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。
▲New Hyundai EV platform brings 800V charging
我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。
我国现今人均汽车保有量已经超过每百人17辆汽车，但石油资源不足，每年进口超过6亿吨石油，随着经济的发展，石油进口就成为大问题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。
4 电动汽车的结构和特点
纯电动汽车相对燃油汽车而言，主要差别（异）在于四大部件：驱动电机、控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，它可以用公用超快充电站进行充电。
▲Tesla Model S 48A On-board Charger
纯电动汽车品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质，纯电动汽车的用途也与四大部件的选用配置直接相关。
纯电动汽车时速快慢和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小，车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池，它们体积、比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定。
符合国际和国内市场需求的纯电动汽车必定遵守以下几项：
4.1 电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。
4.2 电动车辆是以电为能源，由电动机驱动行驶的，不再产生新的污染，不再产生易燃、易爆之隐患。
4.3 电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。且具有耐久的寿命，具备超快充电的功能。车辆根据用途确定一次充电之续行里程，以此装置够用电量的电池组，充分利用超充以延长续行里程。
4.4 驱动电机应有高效率的能量转换。刹车、减速之能量的直接利用和回收，力求车辆之综合能源利用的高效率。
4.5 根据车辆用途和行驶场合设定最高车速，且不得超过交通法规的限定值，以合理选择电动机的功率和配置电池组容量。
4.6 车辆驾驶操作控制简单有效、工作可靠，确保行车安全。
4.7 机械、电气装置耐用少维修。车辆运营之费用低廉。
4.8 以目标市场需求为依据，提供实用、合适车型满足之，力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。
5 电动汽车简史逸闻
早在19世纪后半叶的1873年，英国人罗伯特·戴维森（Robert Davidsson）制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。这比德国人戴姆勒（Gottlieb Daimler）和本茨（Karl Benz）发明汽油发动机汽车早了10年以上。
戴维森发明的电动汽车是一辆载货车，长4800mm，宽1800mm，使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池。其后，从1880年开始，应用了可以充放电的二次电池。从一次电子表池发展到二次电池，这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革，由此电动汽车需求量有了很大提高。
在19世纪下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。1890年法国和英伦敦的街道上行驶着电动大客车，当时的车用内燃机技术还相当落后，行驶里程短，故障多，维修困难，而电动汽车却维修方便。
在欧美，电动汽车最盛期是在19世纪末。1899年法国人考门·吉纳驾驶一辆44kW双电动机为动力的后轮驱动电动汽车，创造了时速106km的记录。
1900年美国制造的汽车中，电动汽车为15755辆，蒸汽机汽车1684辆，而汽油机汽车只有936辆。进入20世纪以后，由于内燃机技术的不断进步，1908年美国福特汽车公司T型车问世，以流水线生产方式大规模批量制造汽车使汽油机汽车开始普及，致使在市场竞争中蒸汽机汽车与电动汽车由于存在着技术及经济性能上的不足，使前者被无情的岁月淘汰，后者则呈萎缩状态。
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