形象画廊： 电动汽车 斯巴鲁R1e电动汽车可以在家用电流下过夜充电。它的续航里程为 50 英里，最高时速为 62 英里。查看更多 电动车图片.

　　斯坦本田/法新社/盖蒂图片社电动汽车是一直出现在新闻中的东西。对这些车辆的持续兴趣有几个原因：

　　电动汽车产生的污染比 汽油-动力汽车，因此它们是汽油动力汽车的环保替代品(尤其是在城市中)。

　　任何关于 混合动力汽车 通常也谈论电动汽车。

　　车辆由 燃料电池 是电动汽车，燃料电池现在在新闻中受到很多关注。

　　电动汽车是由 电动机 而不是 汽油发动机.

　　从外面看，你可能不知道汽车是电动的。在大多数情况下，电动汽车是通过转换汽油动力汽车来制造的，在这种情况下，无法分辨。当你驾驶电动汽车时，通常唯一能让你了解它真实本质的就是它几乎是 沉默.

　　在引擎盖下，汽油和电动汽车之间有很多区别：

　　汽油发动机被 电动机.

　　电动机从 控制器.

　　控制器从 可充电电池.

　　汽油发动机及其燃油管路、排气管、冷却液软管和进气歧管往往看起来像一个管道项目。电动汽车绝对是 布线 项目。

　　为了了解电动汽车的一般工作原理，让我们从典型的电动汽车开始，看看它是如何组合在一起的。

　　电动汽车示例

　　一辆典型的电动汽车，这辆有一些特别时髦的贴花。这辆车归乔恩·莫尼所有。此处显示了我们将用于此讨论的电动汽车。

　　这辆电动汽车最初是一辆普通的汽油动力 1994 年 Geo Prism。以下是将其变成电动汽车的修改：

　　汽油发动机，以及 消音器, 催化转化器、排气管和油箱，都被拆除了。

　　这 离合器总成 已被删除。现有的 手动变速器 留在原地，并固定在二档。

　　一个新的交流电动机用转接板用螺栓固定在变速器上。

　　增加了一个电气控制器来控制交流电机。

　　50 kW 控制器可接收 300 伏直流电并产生 240伏交流电，三相。写着“U.S. Electricar”的盒子是控制器。

　　电池托盘安装在汽车地板上。

　　将 50 个 12 伏铅酸电池放置在电池托盘中(两组 25 个以产生 300 伏直流电)。

　　电动机被添加到为过去从发动机获取动力的东西提供动力：水泵， 动力转向 泵，空调。

　　增加了一个真空泵，用于 动力制动器 (当汽车有发动机时，它使用发动机真空)。

　　真空泵位于中心左侧。

　　手动变速器的换档器被伪装成开关取代 自动变速器 移位器，用于控制前进和后退。

　　自动变速器换档器用于选择前进 并反转。它包含一个小开关，用于向控制器发送信号。

　　一个小 电热水器 被添加以提供热量。

　　热水器

　　添加了充电器，以便 电池 可以充电。这辆特殊的汽车实际上有两个充电系统 - 一个来自普通的120伏或240伏墙壁插座，另一个来自magna充电感应充电桨。

　　120/240 伏充电系统

　　Magna-Charge感应式拨片充电系统

　　这 燃气表容量计 被电压表取代。

　　电动汽车中的“燃气表”要么是一个简单的电压表，要么是更复杂的计算机，用于跟踪进出电池组的安培流量。

　　关于汽车的其他一切都是库存。当您进入驾驶汽车时，您将钥匙放入点火装置并将其转到“打开”位置以打开汽车。您使用变速杆切换到“驾驶”，踩下油门踏板然后继续前进。它的性能就像一辆普通的汽油车。以下是一些有趣的统计数据：

　　这辆车的续航里程约为 50 英里(80 公里)。

　　0 到 60 英里/小时的时间约为 15 秒。

　　经过50英里的行程，大约需要12千瓦时的电力才能为汽车充电。

　　电池重约 1，100 磅(500 公斤)。

　　电池可以使用三到四年。

　　为了将每英里汽油车的成本与这款电动汽车进行比较，这里有一个例子。北卡罗来纳州的电力目前约为每千瓦时8美分(如果您使用分时计费并在夜间充电，则为4美分)。这意味着，对于完全充电，它的成本为1美元(或使用时间计费为50美分)。因此，每英里的成本为每英里 2 美分，或使用时间为 1 美分。如果汽油每加仑 1.20 美元，而汽车每加仑行驶 30 英里，那么汽油每英里的成本为每英里 4 美分。

　　显然，电动汽车的“燃料”每英里成本比电动汽车要低得多。 汽油 车辆。对许多人来说，50英里的范围并不是一个限制 - 生活在城市或郊区的普通人很少每天开车超过30或40英里。

　　然而，为了完全公平，我们还应该包括电池更换的费用。电池是目前电动汽车的薄弱环节。这辆车的电池更换费用约为 2，000 美元。电池将持续20，000英里左右，每英里约10美分。你可以看到为什么周围有这么多的兴奋 燃料电池 现在 - 燃料电池解决了电池问题(本文后面有关燃料电池的更多详细信息)。

　　电动汽车内部

　　连接到电池和直流电机的简单直流控制器。如果驾驶员踩下油门踏板，控制器会将电池的全电压 96 伏输送到电机。如果驾驶员将脚从油门上移开，控制器将向电机提供零伏特。对于介于两者之间的任何设置，控制器每秒“斩波”96伏数千次，以产生0到96伏之间的平均电压。电动汽车的核心是以下几点的组合：

　　这 电动机

　　电机的 控制器

　　这 电池

　　控制器从 电池 并将其交付给 发动机.油门踏板钩到一对 电位器 (可变电阻器)，这些电位计提供信号，告诉控制器它应该提供多少功率。控制器可以提供零功率(当汽车停止时)、全功率(当驾驶员踩下油门踏板时)或介于两者之间的任何功率水平。

　　当您打开引擎盖时，控制器通常会主导场景，如下所示：

　　这款电动汽车的300伏，50千瓦控制器是标有“美国电气”的盒子。

　　在这辆车中，控制器从电池组接收 300 伏直流电。它将其转换为最大 240 伏交流电，三相，发送到电机。它使用非常大 晶体管 快速打开和关闭电池的电压以产生正弦波。

　　当您踩下油门踏板时，踏板上的电缆连接到这两个电位计：

　　电位计钩在油门踏板上并向控制器发送信号。

　　来自电位计的信号告诉控制器向电动汽车电机输送多少功率。为了安全起见，有两个电位计。控制器读取两个电位计，并确保它们的信号相等。如果不是，则控制器不运行。这种布置可防止电位计在全开位置失效的情况。

　　粗电缆(左侧)将电池组连接到控制器。中间是一个非常大的开/关开关。右侧的一束小电线承载来自位于电池之间的温度计的信号，以及保持电池凉爽和通风的风扇电源。

　　进出控制器的粗电线

　　控制器在直流电动汽车中的工作很容易理解。假设电池组包含 12 个 12 伏电池，串联以产生 144 伏。控制器接收 144 伏直流电，并以受控方式将其输送到电机。

　　最简单的直流控制器是连接到油门踏板的大开/关开关。当你踩下踏板时，它会打开开关，当你把脚从踏板上移开时，它会把它关掉。作为驾驶员，您必须按下并释放加速器以打开和关闭电机以保持给定的速度。

　　显然，这种开/关方法会奏效，但驾驶起来会很痛苦，所以控制器会这样做 脉冲 给你的。控制器从电位计读取加速踏板的设置，并相应地调节功率。假设您把加速器推了一半。控制器从电位计读取该设置，并快速打开和关闭电机电源，使其一半时间打开，一半时间关闭。如果油门踏板下降 25%，控制器会脉冲电源，因此它在 25% 的时间内打开，在 75% 的时间内关闭。

　　大多数控制器每秒脉冲功率超过15，000次，以保持脉动超出 人类听觉.脉冲电流使电机外壳以该频率振动，因此通过每秒超过15，000个周期的脉冲，控制器和电机对人耳来说是无声的。

　　交流控制器连接到交流电机。控制器使用六组功率晶体管，接收 300 伏直流电并产生 240 伏交流电，三相。看 电网如何运作 讨论三相电源。该控制器还为电池提供充电系统，以及用于为 12 伏附件电池充电的 DC-DC 转换器。

　　在交流控制器中，工作稍微复杂一些，但想法是一样的。控制器产生三个伪正弦波。它通过从电池中获取直流电压并将其打开和关闭来做到这一点。在交流控制器中，还需要 反转极性 电压每秒60次。因此，您实际上需要在交流控制器中安装六组晶体管，而在直流控制器中只需要一组晶体管。在交流控制器中，对于每个相位，您需要一组晶体管来脉冲电压，另一组晶体管来反转极性。你为三相复制三次 - 总共六组晶体管。

　　电动汽车中使用的大多数直流控制器来自电动叉车行业。上图所示的休斯交流控制器与通用/土星EV-1电动汽车中使用的交流控制器相同。它最多可以为电机提供 50，000 瓦的功率。

　　电动汽车电机和电池

　　电动汽车可以使用交流或直流电机：

　　如果电机是 直流电动机，那么它可以在 96 到 192 伏的任何东西上运行。电动汽车中使用的许多直流电机来自电动叉车行业。

　　如果是 交流电机，那么它可能是一台三相交流电机，运行在 240 伏交流电和 300 伏电池组。

　　直流安装往往更简单、更便宜。典型的电机将在 20，000 瓦到 30，000 瓦的范围内。典型的控制器将在 40，000 瓦到 60，000 瓦的范围内(例如，96 伏控制器将提供最大 400 或 600 安培)。直流电机具有很好的功能，您可以 超速 它们(高达 10 比 1 的系数)在短时间内。也就是说，一台 20，000 瓦的电机将在短时间内接受 100，000 瓦的功率，并提供其额定马力的 5 倍。这非常适合短时间的加速爆发。唯一的限制是电机中的热量积聚。过度驱动，电机会发热到自毁的程度。

　　交流安装允许使用几乎任何工业三相交流电机，这使得找到具有特定尺寸、形状或额定功率的电机变得更加容易。交流电机和控制器通常具有 回复 特征。在 制动，电机变成发电机并将电力输送回电池。

　　目前，任何电动汽车的薄弱环节都是电池。目前的铅酸蓄电池技术至少存在六个重大问题：

　　它们很重(典型的铅酸电池组重 1，000 磅或更多)。

　　它们体积庞大(我们在这里检查的汽车有 50 个铅酸电池，每个电池的尺寸约为 6 英寸 x 8 英寸 x 6 英寸)。

　　它们的容量有限(典型的铅酸电池组可能可容纳12至15千瓦时的电力，使汽车的续航里程仅为50英里左右)。

　　它们的充电速度很慢(铅酸电池组的典型充电时间在 4 到 10 小时之间，具体取决于电池技术和充电器)。

　　它们的寿命很短(三到四年，也许是 200 次完整的充电/放电循环)。

　　它们很贵(样品车中显示的电池组可能为 2，000 美元)。

　　电池问题

　　您可以用镍氢电池替换铅酸电池。汽车的续航里程将翻倍，电池将持续 10 年(数千次充电/放电循环)，但今天电池的成本是铅酸的 10 到 15 倍。换句话说，镍氢电池组的成本为20，000至30，000美元(今天)，而不是2，000美元。随着先进电池成为主流，其价格会下降，因此在未来几年内，镍氢和锂离子电池组可能会与铅酸电池价格竞争。到那时，电动汽车的续航里程将明显更好。

　　当您查看与电池相关的问题时，您会获得不同的视角 汽油.两加仑汽油重 15 磅，成本 3.00 美元，倒入油箱需要 30 秒，相当于 1，000 磅铅酸电池，成本为 2，000 美元，需要四个小时才能充电。

　　电池技术的问题解释了为什么周围有如此多的兴奋 燃料电池 今天。与电池相比，燃料电池将更小，更轻，并且可以立即充电。什么时候 由纯氢提供动力，燃料电池没有与汽油相关的环境问题。未来的汽车很可能是从燃料电池获取电力的电动汽车。然而，在廉价、可靠的燃料电池为汽车提供动力之前，仍然需要进行大量的研究和开发。

　　几乎任何电动汽车上都有一个额外的电池。这是每辆车都有的普通 12 伏铅酸电池。12伏电池为配件供电 - 如前灯， 收音机球迷 计算机, 安全气囊, 雨刷, 电动车窗 和车内的仪器。由于所有这些设备都很容易获得并在 12 伏电压下标准化，因此从经济角度来看，电动汽车使用它们是有意义的。

　　因此，电动汽车有一个普通的 12 伏铅酸电池来为所有配件供电。为了保持电池充电，电动汽车需要 直流-直流转换器.该转换器从主电池阵列(例如，300 伏直流电)接收直流电源，并将其转换为 12 伏以给附件电池充电。当汽车打开时，配件从DC-DC转换器获取电源。当汽车关闭时，它们像任何汽油动力车辆一样从 12 伏电池获得电力。

　　DC-DC转换器通常是引擎盖下的单独盒子，但有时这个盒子内置在控制器中。

　　当然，任何使用电池的汽车都需要一种充电方式。

　　为电动汽车充电

　　打开加气口门，露出充电插头。

　　2008 HOWSTUFFWORKS任何使用电池的电动汽车都需要 充电系统 为电池充电。充电系统有两个目标：

　　在电池允许的范围内尽快将电力注入电池

　　监控电池并避免在充电过程中损坏它们

　　最先进的充电系统监控电池电压、电流和电池温度，以最大限度地缩短充电时间。充电器发送尽可能多的电流，而不会使电池温度升高太多。不太复杂的充电器可能只监控电压或安培数，并对平均电池特性做出某些假设。像这样的充电器可能会向电池施加最大电流，直到其容量的80%，然后将电流降低到最后20%的某个预设水平，以避免电池过热。

　　乔恩·莫尼(Jon Mauney)的电动汽车实际上有两种不同的充电系统。一个系统接受来自普通电源插座的 120 伏或 240 伏电源。另一个是通用/土星EV-1车普及的Magna-Charge感应充电系统。让我们分别看一下这些系统中的每一个。

　　普通的家用充电系统具有方便的优点——只要找到插座，就可以充电。缺点是充电时间。

　　普通家用 120 伏插座通常有一个 15 安培断路器，这意味着汽车可以消耗的最大能量约为 1，500 瓦，或每小时 1.5 千瓦时。由于乔恩汽车中的电池组通常需要 12 到 15 千瓦时才能完全充电，因此使用这种技术为车辆充满电可能需要 10 到 12 小时。

　　通过使用 240 伏电路(例如 电动烘干机)，这辆车可能能够在 30 安培或每小时 6.6 千瓦时下接收 240 伏特。这种布置允许显着加快充电速度，并且可以在四到五个小时内为电池组充满电。

　　在乔恩的车里，加气口已被拆除，取而代之的是充电插头。只需使用重型延长线插入墙壁即可开始充电过程。

　　插头特写

　　2008 HOWSTUFFWORKS

　　将汽车插入任何地方充电。

　　照片由乔恩·莫尼提供

　　在这辆车中，充电器内置在控制器中。在大多数自制汽车中，充电器是位于引擎盖下的单独盒子，甚至可以是与汽车分开的独立单元。

　　麦格纳充电系统

　　照片由乔恩·莫尼提供麦格纳充电系统由两部分组成：

　　安装在房屋墙壁上的充电站

　　汽车后备箱中的充电系统

　　充电站通过房屋的电路板硬连接到 240 伏 40 安培电路。

　　充电系统使用此向汽车供电 感应桨:

　　照片由乔恩·莫尼提供

　　拨片适合隐藏在汽车车牌后面的插槽中。

　　照片由乔恩·莫尼提供

　　桨充当变压器的一半。另一半在车内，位于车牌后面的插槽周围。当您插入桨时，它会与插槽形成一个完整的变压器，并将动力传输到汽车。

　　电感系统的一个优点是没有裸露的电触点。您可以触摸桨或将桨放入水坑中，没有危险。另一个优点是能够非常快速地将大量电流泵入汽车，因为充电站硬连接到专用的 240 伏电路。

　　竞争的大功率充电连接器通常被称为”阿夫康插头“，它被福特和其他人使用。它具有铜对铜触点而不是电感拨片，并具有精心设计的机械互连，可保持触点覆盖，直到连接器与车辆上的插座配接。将此连接器与 GFCI 保护 使其在任何天气下都安全。乔恩·莫尼指出了以下几点：

　　充电过程的一个重要特征是“均衡”。 电动汽车有一串电池(大约在 10 到 25 个模块之间，每个模块包含三到六个电池)。电池非常匹配，但它们并不相同。因此，它们的容量和内阻略有不同。一串中的所有电池都必须输出相同的电流(电定律)，但较弱的电池必须“更努力地工作”才能产生电流，因此它们在驱动器结束时处于略低的充电状态。因此，较弱的电池需要更多的充电才能恢复完全充电。 由于电池是串联的，它们也获得完全相同的充电量，使弱电池比以前更弱(相对)。随着时间的推移， 这导致一块电池在电池组的其他部分之前很久就坏了。最弱环节效应意味着该电池决定了车辆的续航里程，汽车的可用性下降。 该问题的常见解决方案是“均衡充电”。 轻轻地对电池过度充电，以确保最弱的电池充满电。诀窍是保持电池均衡，而不会因过度充电而损坏最强的电池。有更复杂的解决方案可以扫描电池，测量单个电压，并通过最弱的模块发送额外的充电电流。 该问题的常见解决方案是“均衡充电”。 轻轻地对电池过度充电，以确保最弱的电池充满电。诀窍是保持电池均衡，而不会因过度充电而损坏最强的电池。有更复杂的解决方案可以扫描电池，测量单个电压，并通过最弱的模块发送额外的充电电流。 该问题的常见解决方案是“均衡充电”。 轻轻地对电池过度充电，以确保最弱的电池充满电。诀窍是保持电池均衡，而不会因过度充电而损坏最强的电池。有更复杂的解决方案可以扫描电池，测量单个电压，并通过最弱的模块发送额外的充电电流。

　　进行转换

　　如今，道路上的大多数电动汽车都是“自制”改装车。对电动汽车感兴趣的人在后院和车库中将现有的汽油动力汽车转换为电动汽车。有许多网站谈论这种现象，并向您展示如何做到这一点，从哪里获得零件等。

　　典型的转换使用 直流控制器 和 直流电动机.进行转换的人决定系统将在什么电压下运行 - 通常是96伏到192伏之间的任何电压。电压决定控制汽车需要多少电池，以及汽车将使用哪种电机和控制器。家庭改装中最常用的电机和控制器来自电动叉车行业。

　　通常，进行转换的人有一个“捐赠工具”，它将充当转换的平台。几乎总是，捐赠车辆是普通的汽油动力汽车，可以转换为电动汽车。大多数捐赠车辆都有一个 手动变速器.

　　在电池技术方面，进行转换的人有很多选择。绝大多数家庭转换使用铅酸电池，并且有几种不同的选择：

　　船用深循环铅酸电池(这些在任何地方都可以买到，包括沃尔玛。

　　高尔夫球车电池

　　高性能密封电池

　　电池可以具有富液、凝胶或 AGM(吸收玻璃垫)电解质。富液电池往往成本最低，但峰值功率也最低。

　　一旦做出有关电机、控制器和电池的决定，就可以开始转换。以下是步骤：

　　从捐赠车辆上拆下发动机、油箱、排气系统、离合器，也许还有散热器。一些控制器具有水冷晶体管，而有些控制器是风冷的。

　　将转接板连接到变速器并安装电机。电机通常需要定制的安装支架。

　　通常，电动机需要 减速器 实现最高效率。创建齿轮减速的最简单方法是将现有的手动变速箱固定在一档或二档。创建定制的减速齿轮可以减轻重量，但通常它太贵了。

　　安装控制器。

　　为所有电池找到空间并构建支架以安全地容纳所有电池。安装电池。密封电池的优点是它们可以侧翻并安装到各种角落和缝隙中。

　　使用 #00 规格焊接电缆将电池和电机连接到控制器。

　　如果汽车有动力转向，请连接并安装电动马达，用于动力转向泵。

　　如果汽车有空调，请连接并安装用于空调压缩机的电动机。

　　安装一个小型电热水器进行加热，并将其插入现有的加热器芯中，或使用小型陶瓷电空间加热器。

　　如果汽车有动力制动器，请安装真空泵来操作制动助力器。

　　安装充电系统。

　　安装 DC-DC 转换器为附件电池供电。

　　安装某种电压表，以便能够检测电池组中的充电状态。该电压表取代了燃气表。

　　安装电位计，将它们挂在加速踏板上并连接到控制器。

　　大多数使用直流电机的自制电动汽车都使用内置在手动变速箱中的倒档。带有高级控制器的交流电机只需反向运行电机，并且需要一个简单的开关向控制器发送反向信号。根据转换，您可能需要安装某种反向开关并连接到控制器。

　　安装大型 中继 (也称为 接触)，可以将汽车的电池组与控制器连接和断开。这个继电器是你想驾驶汽车时“打开”汽车的方式。您需要一个可以承载数百安培电流的继电器，并且可以在不保持电弧的情况下断开 96 至 300 伏直流电。

　　重新接线点火开关，使其可以打开所有新设备，包括接触器。

　　一旦一切都安装并测试完毕，新的电动汽车就可以使用了!

　　如果使用所有新零件，典型的转换成本在 5，000 美元到 10，000 美元之间(不包括捐赠车辆或劳动力的成本)。成本细分如下：

　　电池 - 1，000 至 2，000 美元

　　电机 - $1，000 至 $2，000

　　控制器 - 1，000 至 2，000 美元

　　转接板 - $500 至 $1，000

　　其他(电机、接线、开关等) - 500 至 1，000 美元