电动汽车工作原理

发布 2019-07-01 10:35:15 阅读 3031

引言电动汽车总是出现在各类新闻中。人们对电动汽车的兴趣不减,有以下几个原因:

电动汽车产生的污染比汽油动力车要少,因此从环保方面考虑,电动汽车是汽油动力车的一种合适的替代方案(特别是在城市中)。

任何有关混合动力车的新闻报导通常也会谈论到电动汽车。

由燃料电池提供动力的车是电动汽车,而燃料电池现已在新闻中受到了广泛的关注。

电动汽车是一种由电动马达而不是汽油发动机提供动力的汽车。消声器、催化转化器、排气管和油箱一起拆下。

从外观上看,您可能完全不知道汽车是电动的。大多数情况下,电动汽车都是由汽油动力车改装过来的,因此在这种情况下很难分辨出来。驾驶电动汽车时,通常唯一能够让您认清这辆车的真实面目的方法是:

电动汽车开起来几乎是无声的。

在发动机罩的下面,汽油车和电动汽车之间存在许多差异:

汽油发动机已被电动马达替换。

电动马达从控制器获取动力。

控制器从一组可充电的蓄电池获取动力。

汽油发动机及其油管、排气管、冷却管和进气歧管看起来就像一个管道工程。 而电动汽车完全是一个布线工程。

为了对电动汽车的一般工作原理有个认识,先让我们看一下典型的电动汽车,以了解其构造。下面显示的是供我们本次讨论的电动汽车:

这辆电动汽车是从一辆普通的1994 geo prism汽油动力车改装过来的。以下是将该汽车变成一辆电动汽车所做的改装:

将汽油发动机连同

将离合器总成拆下。现有手动变速器保留在原位,并固定在二挡。

通过一个固定板使用螺栓将新的交流电动马达固定到变速器上。

增装一个电动控制器以控制交流马达。

在汽车底板上安装蓄电池底座。

在蓄电池底座中放入五十个12伏的铅酸蓄电池(分为两组,每组25个铅酸蓄电池,可以产成300伏的直流电)。

为以前从发动机获取动力的各个装置增装电动马达来提供动力:水泵、动力转向泵和空调。

为动力制动器增装真空泵(在汽车装有发动机的情况下,动力制动器会使用发动机真空)。

手动变速器的换挡杆用一个伪装成自动变速器换挡杆的开关替换,以控制前进和倒退。

增装了一个小的电热水器以提供热能。

增装了充电器,以便能够对蓄电池进行充电。实际上,这辆独特的汽车具有两套充电系统:一套系统连接通常的120或240伏的壁装电源插座,另一套系统连接magna-charge感应充电板。

燃油表替换成了电压表。

汽车的任何其他设备保持不变。当您进入汽车后,将车钥匙插入点火装置中,并将其旋转到“on”位置,即可发动汽车。将换挡杆推入到“d”(行进)位置,踩下加速踏板即可开动汽车。

汽车的表现和普通的汽油车很相似。以下是一些有趣的统计数据:

这辆汽车可以行驶80公里。

将时速从0提高到96公里/小时大概需要15秒钟。

在汽车行驶了80公里之后,需要对汽车充电约12千瓦时。

蓄电池的重量大约为500公斤。

蓄电池的寿命为三到四年。

若要比较汽油车和电动汽车每公里的行驶成本,可以参照下面的示例。美国北卡罗莱纳州现在的电费约为8美分/千瓦时(如果您采用分时段计帐方式并在晚上进行充电的话,则电费约为4美分/千瓦时)。这就意味着,电动汽车每充满一次电需要花费1美元(如果采用分时段计帐方式,则需花费50美分)。

因此,电动汽车每公里的行驶成本为1.2美分或0.6美分(如果采用分时段计帐方式)。

如果汽油的**为0.26美元/升,并且汽车使用1升汽油可以行驶10公里,则汽油车每公里的行驶成本为2.6美分。

显而易见,电动汽车每公里的“燃油”成本比汽油车的要低得多。而且,对于许多人来说,80公里的行驶范围也不具有局限性,城市或郊区的普通居民每天的行车距离很少超过50或60公里。

不过,为了保证绝对公平,我们也应考虑到蓄电池的更换成本。如燃料电池中所述,蓄电池目前是电动汽车的一个薄弱环节。更换这辆电动汽车的蓄电池需要花费约2,000美元。

蓄电池将可以供汽车行驶大约32,000公里,即每公里要花费大约6美分。现在,您就知道为什么燃料电池如此让人兴奋了——燃料电池解决了蓄电池问题。有关燃料电池的更多详细信息将在本文后面的内容中讨论。

电动汽车的核心部分由以下几个部件组成:

电动马达 马达的控制器

蓄电池 控制器从蓄电池获取电力并将其传送给马达。油门踏板与一对电位计(可变电阻器)相连,这些电位计会发出信号以告知控制器其认为可能传送的电力。控制器可以不传送电力(当停止汽车时)、传送全部电力(当驾驶员将油门踏板踩到底时)或介于这二者之间的任何电力级别。

当您打开发动机罩时,首先映入眼帘的就是控制器,如下图所示:

在这辆汽车中,控制器将从电池组获取300伏的直流电。它会将获取的直流电转换为最多240伏的交流电(三相)以发送给马达。控制器通过使用非常大的晶体管来做到这一点,晶体管可以快速打开或关闭蓄电池电压以生成正弦波。

当您踩下油门踏板时,踏板的缆线会连接到这两个电位计:

来自电位计的信号将告知控制器向电动汽车的马达传送的电力数。为了安全起见,电动汽车中安装了两个电位计。控制器将读取这两个电位计并确保二者的信号相同。

如果二者的信号不同,则控制器不会运行。这样安排是为了预防一个电位计在全满位置失效的情况发生。

控制器在直流电电动汽车中的作用很容易理解。让我们假定蓄电池组包含12个电压为12伏的蓄电池,并用串联的方式连接在一起以产生144伏的电压。控制器将接收144伏的直流电,并通过可控方式将其传送给马达。

最简单的直流控制器应是通过电线连接油门踏板的大的闭合开关。当您踩下油门踏板时,此开关将打开;而当您松开油门踏板时,此开关将关闭。作为一名驾驶员,为了保持给定的车速,您必须踩下和松开油门以脉冲的方式打开和关闭马达。

显然,虽然这种开关方法可行,但是对于驾驶来说是痛苦的,因此控制器将为您调制脉冲。控制器会从电位计读取油门踏板的设置并相应地调整电力。让我们来谈论一下将油门踩下一半的情况。

控制器会从电位计读取到此设置,并快速打开和关闭供给马达的电力,以便马达一半时间处于打开状态,另一半时间处于关闭状态。如果您将油门踏板踩下四分之一,则控制器会使电力脉冲输出,以便马达在25%的时间处于打开状态,75%的时间处于关闭状态。

大多数控制器脉冲输出电力的频率超过15,000次/秒,目的在于使脉动保持在人类听觉的范围之外。脉冲电流会导致马达外壳按该频率振动,因此当脉冲频率高于15,000次/秒时,控制器和马达对于人的耳朵来说是无声的。

在交流控制器中,这项工作会更复杂一点,但思路是一样。控制器会生成三段伪正弦波,并通过从蓄电池获取直流电压,然后以脉冲方式打开和关闭此电压来做到这一点。在交流控制器中,还需要每秒将电压的极性反转60次。

因此,实际上您需要在交流控制器中使用六组晶体管,而只需在直流控制器中使用一组晶体管。在交流控制器中,对于每一相,您需要一组晶体管来脉冲输出电压,并需要另一组晶体管来反转极性。由于您对三相要重复三次操作,因此共需要六组晶体管。

电动汽车中使用的大多数直流控制器来自电力叉车行业。上图所示的hughes交流控制器与gm/saturn ev-1电动汽车中使用的交流控制器类型相同。该控制器最多可以向马达传送50,000瓦电力。

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