形象畫廊： 電動汽車 斯巴魯R1e電動汽車可以在家用電流下過夜充電。它的續(xù)航里程為 50 英里，最高時速為 62 英里。查看更多 電動車圖片.

　　斯坦本田/法新社/蓋蒂圖片社電動汽車是一直出現(xiàn)在新聞中的東西。對這些車輛的持續(xù)興趣有幾個原因：

　　電動汽車產(chǎn)生的污染比 汽油-動力汽車，因此它們是汽油動力汽車的環(huán)保替代品(尤其是在城市中)。

　　任何關于 混合動力汽車 通常也談論電動汽車。

　　車輛由 燃料電池 是電動汽車，燃料電池現(xiàn)在在新聞中受到很多關注。

　　電動汽車是由 電動機 而不是 汽油發(fā)動機.

　　從外面看，你可能不知道汽車是電動的。在大多數(shù)情況下，電動汽車是通過轉換汽油動力汽車來制造的，在這種情況下，無法分辨。當你駕駛電動汽車時，通常唯一能讓你了解它真實本質的就是它幾乎是 沉默.

　　在引擎蓋下，汽油和電動汽車之間有很多區(qū)別：

　　汽油發(fā)動機被 電動機.

　　電動機從 控制器.

　　控制器從 可充電電池.

　　汽油發(fā)動機及其燃油管路、排氣管、冷卻液軟管和進氣歧管往往看起來像一個管道項目。電動汽車絕對是 布線 項目。

　　為了了解電動汽車的一般工作原理，讓我們從典型的電動汽車開始，看看它是如何組合在一起的。

　　電動汽車示例

　　一輛典型的電動汽車，這輛有一些特別時髦的貼花。這輛車歸喬恩·莫尼所有。此處顯示了我們將用于此討論的電動汽車。

　　這輛電動汽車最初是一輛普通的汽油動力 1994 年 Geo Prism。以下是將其變成電動汽車的修改：

　　汽油發(fā)動機，以及 消音器, 催化轉化器、排氣管和油箱，都被拆除了。

　　這 離合器總成 已被刪除?，F(xiàn)有的 手動變速器 留在原地，并固定在二檔。

　　一個新的交流電動機用轉接板用螺栓固定在變速器上。

　　增加了一個電氣控制器來控制交流電機。

　　50 kW 控制器可接收 300 伏直流電并產(chǎn)生 240伏交流電，三相。寫著“U.S. Electricar”的盒子是控制器。

　　電池托盤安裝在汽車地板上。

　　將 50 個 12 伏鉛酸電池放置在電池托盤中(兩組 25 個以產(chǎn)生 300 伏直流電)。

　　電動機被添加到為過去從發(fā)動機獲取動力的東西提供動力：水泵， 動力轉向 泵，空調。

　　增加了一個真空泵，用于 動力制動器 (當汽車有發(fā)動機時，它使用發(fā)動機真空)。

　　真空泵位于中心左側。

　　手動變速器的換檔器被偽裝成開關取代 自動變速器 移位器，用于控制前進和后退。

　　自動變速器換檔器用于選擇前進 并反轉。它包含一個小開關，用于向控制器發(fā)送信號。

　　一個小 電熱水器 被添加以提供熱量。

　　熱水器

　　添加了充電器，以便 電池 可以充電。這輛特殊的汽車實際上有兩個充電系統(tǒng) - 一個來自普通的120伏或240伏墻壁插座，另一個來自magna充電感應充電槳。

　　120/240 伏充電系統(tǒng)

　　Magna-Charge感應式撥片充電系統(tǒng)

　　這 燃氣表容量計 被電壓表取代。

　　電動汽車中的“燃氣表”要么是一個簡單的電壓表，要么是更復雜的計算機，用于跟蹤進出電池組的安培流量。

　　關于汽車的其他一切都是庫存。當您進入駕駛汽車時，您將鑰匙放入點火裝置并將其轉到“打開”位置以打開汽車。您使用變速桿切換到“駕駛”，踩下油門踏板然后繼續(xù)前進。它的性能就像一輛普通的汽油車。以下是一些有趣的統(tǒng)計數(shù)據(jù)：

　　這輛車的續(xù)航里程約為 50 英里(80 公里)。

　　0 到 60 英里/小時的時間約為 15 秒。

　　經(jīng)過50英里的行程，大約需要12千瓦時的電力才能為汽車充電。

　　電池重約 1，100 磅(500 公斤)。

　　電池可以使用三到四年。

　　為了將每英里汽油車的成本與這款電動汽車進行比較，這里有一個例子。北卡羅來納州的電力目前約為每千瓦時8美分(如果您使用分時計費并在夜間充電，則為4美分)。這意味著，對于完全充電，它的成本為1美元(或使用時間計費為50美分)。因此，每英里的成本為每英里 2 美分，或使用時間為 1 美分。如果汽油每加侖 1.20 美元，而汽車每加侖行駛 30 英里，那么汽油每英里的成本為每英里 4 美分。

　　顯然，電動汽車的“燃料”每英里成本比電動汽車要低得多。 汽油 車輛。對許多人來說，50英里的范圍并不是一個限制 - 生活在城市或郊區(qū)的普通人很少每天開車超過30或40英里。

　　然而，為了完全公平，我們還應該包括電池更換的費用。電池是目前電動汽車的薄弱環(huán)節(jié)。這輛車的電池更換費用約為 2，000 美元。電池將持續(xù)20，000英里左右，每英里約10美分。你可以看到為什么周圍有這么多的興奮 燃料電池 現(xiàn)在 - 燃料電池解決了電池問題(本文后面有關燃料電池的更多詳細信息)。

　　電動汽車內(nèi)部

　　連接到電池和直流電機的簡單直流控制器。如果駕駛員踩下油門踏板，控制器會將電池的全電壓 96 伏輸送到電機。如果駕駛員將腳從油門上移開，控制器將向電機提供零伏特。對于介于兩者之間的任何設置，控制器每秒“斬波”96伏數(shù)千次，以產(chǎn)生0到96伏之間的平均電壓。電動汽車的核心是以下幾點的組合：

　　這 電動機

　　電機的 控制器

　　這 電池

　　控制器從 電池 并將其交付給 發(fā)動機.油門踏板鉤到一對 電位器 (可變電阻器)，這些電位計提供信號，告訴控制器它應該提供多少功率?？刂破骺梢蕴峁┝愎β?當汽車停止時)、全功率(當駕駛員踩下油門踏板時)或介于兩者之間的任何功率水平。

　　當您打開引擎蓋時，控制器通常會主導場景，如下所示：

　　這款電動汽車的300伏，50千瓦控制器是標有“美國電氣”的盒子。

　　在這輛車中，控制器從電池組接收 300 伏直流電。它將其轉換為最大 240 伏交流電，三相，發(fā)送到電機。它使用非常大 晶體管 快速打開和關閉電池的電壓以產(chǎn)生正弦波。

　　當您踩下油門踏板時，踏板上的電纜連接到這兩個電位計：

　　電位計鉤在油門踏板上并向控制器發(fā)送信號。

　　來自電位計的信號告訴控制器向電動汽車電機輸送多少功率。為了安全起見，有兩個電位計?？刂破髯x取兩個電位計，并確保它們的信號相等。如果不是，則控制器不運行。這種布置可防止電位計在全開位置失效的情況。

　　粗電纜(左側)將電池組連接到控制器。中間是一個非常大的開/關開關。右側的一束小電線承載來自位于電池之間的溫度計的信號，以及保持電池涼爽和通風的風扇電源。

　　進出控制器的粗電線

　　控制器在直流電動汽車中的工作很容易理解。假設電池組包含 12 個 12 伏電池，串聯(lián)以產(chǎn)生 144 伏?？刂破鹘邮?144 伏直流電，并以受控方式將其輸送到電機。

　　最簡單的直流控制器是連接到油門踏板的大開/關開關。當你踩下踏板時，它會打開開關，當你把腳從踏板上移開時，它會把它關掉。作為駕駛員，您必須按下并釋放加速器以打開和關閉電機以保持給定的速度。

　　顯然，這種開/關方法會奏效，但駕駛起來會很痛苦，所以控制器會這樣做 脈沖 給你的?？刂破鲝碾娢挥嬜x取加速踏板的設置，并相應地調節(jié)功率。假設您把加速器推了一半?？刂破鲝碾娢挥嬜x取該設置，并快速打開和關閉電機電源，使其一半時間打開，一半時間關閉。如果油門踏板下降 25%，控制器會脈沖電源，因此它在 25% 的時間內(nèi)打開，在 75% 的時間內(nèi)關閉。

　　大多數(shù)控制器每秒脈沖功率超過15，000次，以保持脈動超出 人類聽覺.脈沖電流使電機外殼以該頻率振動，因此通過每秒超過15，000個周期的脈沖，控制器和電機對人耳來說是無聲的。

　　交流控制器連接到交流電機。控制器使用六組功率晶體管，接收 300 伏直流電并產(chǎn)生 240 伏交流電，三相。看 電網(wǎng)如何運作 討論三相電源。該控制器還為電池提供充電系統(tǒng)，以及用于為 12 伏附件電池充電的 DC-DC 轉換器。

　　在交流控制器中，工作稍微復雜一些，但想法是一樣的。控制器產(chǎn)生三個偽正弦波。它通過從電池中獲取直流電壓并將其打開和關閉來做到這一點。在交流控制器中，還需要 反轉極性 電壓每秒60次。因此，您實際上需要在交流控制器中安裝六組晶體管，而在直流控制器中只需要一組晶體管。在交流控制器中，對于每個相位，您需要一組晶體管來脈沖電壓，另一組晶體管來反轉極性。你為三相復制三次 - 總共六組晶體管。

　　電動汽車中使用的大多數(shù)直流控制器來自電動叉車行業(yè)。上圖所示的休斯交流控制器與通用/土星EV-1電動汽車中使用的交流控制器相同。它最多可以為電機提供 50，000 瓦的功率。

　　電動汽車電機和電池

　　電動汽車可以使用交流或直流電機：

　　如果電機是 直流電動機，那么它可以在 96 到 192 伏的任何東西上運行。電動汽車中使用的許多直流電機來自電動叉車行業(yè)。

　　如果是 交流電機，那么它可能是一臺三相交流電機，運行在 240 伏交流電和 300 伏電池組。

　　直流安裝往往更簡單、更便宜。典型的電機將在 20，000 瓦到 30，000 瓦的范圍內(nèi)。典型的控制器將在 40，000 瓦到 60，000 瓦的范圍內(nèi)(例如，96 伏控制器將提供最大 400 或 600 安培)。直流電機具有很好的功能，您可以 超速 它們(高達 10 比 1 的系數(shù))在短時間內(nèi)。也就是說，一臺 20，000 瓦的電機將在短時間內(nèi)接受 100，000 瓦的功率，并提供其額定馬力的 5 倍。這非常適合短時間的加速爆發(fā)。唯一的限制是電機中的熱量積聚。過度驅動，電機會發(fā)熱到自毀的程度。

　　交流安裝允許使用幾乎任何工業(yè)三相交流電機，這使得找到具有特定尺寸、形狀或額定功率的電機變得更加容易。交流電機和控制器通常具有 回復 特征。在 制動，電機變成發(fā)電機并將電力輸送回電池。

　　目前，任何電動汽車的薄弱環(huán)節(jié)都是電池。目前的鉛酸蓄電池技術至少存在六個重大問題：

　　它們很重(典型的鉛酸電池組重 1，000 磅或更多)。

　　它們體積龐大(我們在這里檢查的汽車有 50 個鉛酸電池，每個電池的尺寸約為 6 英寸 x 8 英寸 x 6 英寸)。

　　它們的容量有限(典型的鉛酸電池組可能可容納12至15千瓦時的電力，使汽車的續(xù)航里程僅為50英里左右)。

　　它們的充電速度很慢(鉛酸電池組的典型充電時間在 4 到 10 小時之間，具體取決于電池技術和充電器)。

　　它們的壽命很短(三到四年，也許是 200 次完整的充電/放電循環(huán))。

　　它們很貴(樣品車中顯示的電池組可能為 2，000 美元)。

　　電池問題

　　您可以用鎳氫電池替換鉛酸電池。汽車的續(xù)航里程將翻倍，電池將持續(xù) 10 年(數(shù)千次充電/放電循環(huán))，但今天電池的成本是鉛酸的 10 到 15 倍。換句話說，鎳氫電池組的成本為20，000至30，000美元(今天)，而不是2，000美元。隨著先進電池成為主流，其價格會下降，因此在未來幾年內(nèi)，鎳氫和鋰離子電池組可能會與鉛酸電池價格競爭。到那時，電動汽車的續(xù)航里程將明顯更好。

　　當您查看與電池相關的問題時，您會獲得不同的視角 汽油.兩加侖汽油重 15 磅，成本 3.00 美元，倒入油箱需要 30 秒，相當于 1，000 磅鉛酸電池，成本為 2，000 美元，需要四個小時才能充電。

　　電池技術的問題解釋了為什么周圍有如此多的興奮 燃料電池 今天。與電池相比，燃料電池將更小，更輕，并且可以立即充電。什么時候 由純氫提供動力，燃料電池沒有與汽油相關的環(huán)境問題。未來的汽車很可能是從燃料電池獲取電力的電動汽車。然而，在廉價、可靠的燃料電池為汽車提供動力之前，仍然需要進行大量的研究和開發(fā)。

　　幾乎任何電動汽車上都有一個額外的電池。這是每輛車都有的普通 12 伏鉛酸電池。12伏電池為配件供電 - 如前燈， 收音機球迷 計算機, 安全氣囊, 雨刷, 電動車窗 和車內(nèi)的儀器。由于所有這些設備都很容易獲得并在 12 伏電壓下標準化，因此從經(jīng)濟角度來看，電動汽車使用它們是有意義的。

　　因此，電動汽車有一個普通的 12 伏鉛酸電池來為所有配件供電。為了保持電池充電，電動汽車需要 直流-直流轉換器.該轉換器從主電池陣列(例如，300 伏直流電)接收直流電源，并將其轉換為 12 伏以給附件電池充電。當汽車打開時，配件從DC-DC轉換器獲取電源。當汽車關閉時，它們像任何汽油動力車輛一樣從 12 伏電池獲得電力。

　　DC-DC轉換器通常是引擎蓋下的單獨盒子，但有時這個盒子內(nèi)置在控制器中。

　　當然，任何使用電池的汽車都需要一種充電方式。

　　為電動汽車充電

　　打開加氣口門，露出充電插頭。

　　2008 HOWSTUFFWORKS任何使用電池的電動汽車都需要 充電系統(tǒng) 為電池充電。充電系統(tǒng)有兩個目標：

　　在電池允許的范圍內(nèi)盡快將電力注入電池

　　監(jiān)控電池并避免在充電過程中損壞它們

　　最先進的充電系統(tǒng)監(jiān)控電池電壓、電流和電池溫度，以最大限度地縮短充電時間。充電器發(fā)送盡可能多的電流，而不會使電池溫度升高太多。不太復雜的充電器可能只監(jiān)控電壓或安培數(shù)，并對平均電池特性做出某些假設。像這樣的充電器可能會向電池施加最大電流，直到其容量的80%，然后將電流降低到最后20%的某個預設水平，以避免電池過熱。

　　喬恩·莫尼(Jon Mauney)的電動汽車實際上有兩種不同的充電系統(tǒng)。一個系統(tǒng)接受來自普通電源插座的 120 伏或 240 伏電源。另一個是通用/土星EV-1車普及的Magna-Charge感應充電系統(tǒng)。讓我們分別看一下這些系統(tǒng)中的每一個。

　　普通的家用充電系統(tǒng)具有方便的優(yōu)點——只要找到插座，就可以充電。缺點是充電時間。

　　普通家用 120 伏插座通常有一個 15 安培斷路器，這意味著汽車可以消耗的最大能量約為 1，500 瓦，或每小時 1.5 千瓦時。由于喬恩汽車中的電池組通常需要 12 到 15 千瓦時才能完全充電，因此使用這種技術為車輛充滿電可能需要 10 到 12 小時。

　　通過使用 240 伏電路(例如 電動烘干機)，這輛車可能能夠在 30 安培或每小時 6.6 千瓦時下接收 240 伏特。這種布置允許顯著加快充電速度，并且可以在四到五個小時內(nèi)為電池組充滿電。

　　在喬恩的車里，加氣口已被拆除，取而代之的是充電插頭。只需使用重型延長線插入墻壁即可開始充電過程。

　　插頭特寫

　　2008 HOWSTUFFWORKS

　　將汽車插入任何地方充電。

　　照片由喬恩·莫尼提供

　　在這輛車中，充電器內(nèi)置在控制器中。在大多數(shù)自制汽車中，充電器是位于引擎蓋下的單獨盒子，甚至可以是與汽車分開的獨立單元。

　　麥格納充電系統(tǒng)

　　照片由喬恩·莫尼提供麥格納充電系統(tǒng)由兩部分組成：

　　安裝在房屋墻壁上的充電站

　　汽車后備箱中的充電系統(tǒng)

　　充電站通過房屋的電路板硬連接到 240 伏 40 安培電路。

　　充電系統(tǒng)使用此向汽車供電 感應槳:

　　照片由喬恩·莫尼提供

　　撥片適合隱藏在汽車車牌后面的插槽中。

　　照片由喬恩·莫尼提供

　　槳充當變壓器的一半。另一半在車內(nèi)，位于車牌后面的插槽周圍。當您插入槳時，它會與插槽形成一個完整的變壓器，并將動力傳輸?shù)狡嚒?/span>

　　電感系統(tǒng)的一個優(yōu)點是沒有裸露的電觸點。您可以觸摸槳或將槳放入水坑中，沒有危險。另一個優(yōu)點是能夠非?？焖俚貙⒋罅侩娏鞅萌肫嚕驗槌潆娬居策B接到專用的 240 伏電路。

　　競爭的大功率充電連接器通常被稱為”阿夫康插頭“，它被福特和其他人使用。它具有銅對銅觸點而不是電感撥片，并具有精心設計的機械互連，可保持觸點覆蓋，直到連接器與車輛上的插座配接。將此連接器與 GFCI 保護 使其在任何天氣下都安全。喬恩·莫尼指出了以下幾點：

　　充電過程的一個重要特征是“均衡”。 電動汽車有一串電池(大約在 10 到 25 個模塊之間，每個模塊包含三到六個電池)。電池非常匹配，但它們并不相同。因此，它們的容量和內(nèi)阻略有不同。一串中的所有電池都必須輸出相同的電流(電定律)，但較弱的電池必須“更努力地工作”才能產(chǎn)生電流，因此它們在驅動器結束時處于略低的充電狀態(tài)。因此，較弱的電池需要更多的充電才能恢復完全充電。 由于電池是串聯(lián)的，它們也獲得完全相同的充電量，使弱電池比以前更弱(相對)。隨著時間的推移， 這導致一塊電池在電池組的其他部分之前很久就壞了。最弱環(huán)節(jié)效應意味著該電池決定了車輛的續(xù)航里程，汽車的可用性下降。 該問題的常見解決方案是“均衡充電”。 輕輕地對電池過度充電，以確保最弱的電池充滿電。訣竅是保持電池均衡，而不會因過度充電而損壞最強的電池。有更復雜的解決方案可以掃描電池，測量單個電壓，并通過最弱的模塊發(fā)送額外的充電電流。 該問題的常見解決方案是“均衡充電”。 輕輕地對電池過度充電，以確保最弱的電池充滿電。訣竅是保持電池均衡，而不會因過度充電而損壞最強的電池。有更復雜的解決方案可以掃描電池，測量單個電壓，并通過最弱的模塊發(fā)送額外的充電電流。 該問題的常見解決方案是“均衡充電”。 輕輕地對電池過度充電，以確保最弱的電池充滿電。訣竅是保持電池均衡，而不會因過度充電而損壞最強的電池。有更復雜的解決方案可以掃描電池，測量單個電壓，并通過最弱的模塊發(fā)送額外的充電電流。

　　進行轉換

　　如今，道路上的大多數(shù)電動汽車都是“自制”改裝車。對電動汽車感興趣的人在后院和車庫中將現(xiàn)有的汽油動力汽車轉換為電動汽車。有許多網(wǎng)站談論這種現(xiàn)象，并向您展示如何做到這一點，從哪里獲得零件等。

　　典型的轉換使用 直流控制器 和 直流電動機.進行轉換的人決定系統(tǒng)將在什么電壓下運行 - 通常是96伏到192伏之間的任何電壓。電壓決定控制汽車需要多少電池，以及汽車將使用哪種電機和控制器。家庭改裝中最常用的電機和控制器來自電動叉車行業(yè)。

　　通常，進行轉換的人有一個“捐贈工具”，它將充當轉換的平臺。幾乎總是，捐贈車輛是普通的汽油動力汽車，可以轉換為電動汽車。大多數(shù)捐贈車輛都有一個 手動變速器.

　　在電池技術方面，進行轉換的人有很多選擇。絕大多數(shù)家庭轉換使用鉛酸電池，并且有幾種不同的選擇：

　　船用深循環(huán)鉛酸電池(這些在任何地方都可以買到，包括沃爾瑪。

　　高爾夫球車電池

　　高性能密封電池

　　電池可以具有富液、凝膠或 AGM(吸收玻璃墊)電解質。富液電池往往成本最低，但峰值功率也最低。

　　一旦做出有關電機、控制器和電池的決定，就可以開始轉換。以下是步驟：

　　從捐贈車輛上拆下發(fā)動機、油箱、排氣系統(tǒng)、離合器，也許還有散熱器。一些控制器具有水冷晶體管，而有些控制器是風冷的。

　　將轉接板連接到變速器并安裝電機。電機通常需要定制的安裝支架。

　　通常，電動機需要 減速器 實現(xiàn)最高效率。創(chuàng)建齒輪減速的最簡單方法是將現(xiàn)有的手動變速箱固定在一檔或二檔。創(chuàng)建定制的減速齒輪可以減輕重量，但通常它太貴了。

　　安裝控制器。

　　為所有電池找到空間并構建支架以安全地容納所有電池。安裝電池。密封電池的優(yōu)點是它們可以側翻并安裝到各種角落和縫隙中。

　　使用 #00 規(guī)格焊接電纜將電池和電機連接到控制器。

　　如果汽車有動力轉向，請連接并安裝電動馬達，用于動力轉向泵。

　　如果汽車有空調，請連接并安裝用于空調壓縮機的電動機。

　　安裝一個小型電熱水器進行加熱，并將其插入現(xiàn)有的加熱器芯中，或使用小型陶瓷電空間加熱器。

　　如果汽車有動力制動器，請安裝真空泵來操作制動助力器。

　　安裝充電系統(tǒng)。

　　安裝 DC-DC 轉換器為附件電池供電。

　　安裝某種電壓表，以便能夠檢測電池組中的充電狀態(tài)。該電壓表取代了燃氣表。

　　安裝電位計，將它們掛在加速踏板上并連接到控制器。

　　大多數(shù)使用直流電機的自制電動汽車都使用內(nèi)置在手動變速箱中的倒檔。帶有高級控制器的交流電機只需反向運行電機，并且需要一個簡單的開關向控制器發(fā)送反向信號。根據(jù)轉換，您可能需要安裝某種反向開關并連接到控制器。

　　安裝大型 中繼 (也稱為 接觸)，可以將汽車的電池組與控制器連接和斷開。這個繼電器是你想駕駛汽車時“打開”汽車的方式。您需要一個可以承載數(shù)百安培電流的繼電器，并且可以在不保持電弧的情況下斷開 96 至 300 伏直流電。

　　重新接線點火開關，使其可以打開所有新設備，包括接觸器。

　　一旦一切都安裝并測試完畢，新的電動汽車就可以使用了!

　　如果使用所有新零件，典型的轉換成本在 5，000 美元到 10，000 美元之間(不包括捐贈車輛或勞動力的成本)。成本細分如下：

　　電池 - 1，000 至 2，000 美元

　　電機 - $1，000 至 $2，000

　　控制器 - 1，000 至 2，000 美元

　　轉接板 - $500 至 $1，000

　　其他(電機、接線、開關等) - 500 至 1，000 美元