电动汽车的优势及结构

图1: 电动汽车的代表性图像

由于如此猖獗地使用这些消耗性资源所产生的副作用，地球上脆弱的生态系统正面临严重危险。如果这些燃料从地球上消失，在所有会直接或间接影响消费者的行业中，最明显的就是汽车行业。为了给这些困境提供一个可行的解决方案，汽车工业领域的许多创新不时发生。其中之一就是“电动汽车”，这是一个更清洁、更健康的未来的解决方案。
历史
电动汽车是由电动机驱动的汽车，电动机的能量来自电池。它是“电动汽车”的一个子集，通常指仅在道路上行驶的车辆(其他可能是火车和船)。在19世纪晚期和20世纪早期，由于内燃机技术的快速发展，人们对它们失去了兴趣。电动汽车的起源可以追溯到19世纪25年代，当时罗伯特 · 安德森发明了第一辆原油电动车。托马斯 · 达文波特制造了第一辆小型火车头形式的电动汽车。到了世纪之交，有蒸汽、电动和汽油三种变种的汽车出现了，其中电动汽车占据了最高的市场份额。那时汽车只用于短途旅行。但是，随着人们对内燃机汽车兴趣的增加，电动汽车在1935年几乎消失了。
20世纪60年代和70年代，由于需要替代燃料汽车来减少内燃机的废气排放，人们对电动汽车技术的兴趣有了短暂的复苏。像 Battronic Truck Company，General Electric，Sebring-Vanguard and Elcar corp. ，American Motor Company 等公司利用这一需求推出了电动汽车和汽车。2000年的最后十年，许多国家采取了一些立法和监管措施，如排放标准法规、清洁空气法修正案(美国)等，这些措施有利于电动汽车技术的发展，使人们对电动汽车重新产生了兴趣。这个时代的一些车辆有雪佛兰 S-10，Geo Metro，福特 Ranger 皮卡，EV1等等。它的工作方式类似于时尚产业，旧的时尚被带回新的服装和时尚。

电动汽车的结构
电动车辆是自行驱动的机械运输的最简单形式之一。在基本设计中，汽车的传动系由电池组通过开关连接到电动机上。允许通过电动机和齿轮系统的电量受到控制，使电动机以最有效的方式驱动车轮。因此，区分电动汽车和其他汽车的关键因素是:
1.电动机: 汽车可以用交流或直流电动机运行。如果它使用直流电动机，汽车可以运行在任何电压之间的96v 和192v 的额定值约20kw。马达的工作原理是电磁感应的磁通量改变导致中心轴旋转。直流电动机可以在一个价值大大超过正常的运行点，从而提供短期爆发增加马力。长时间超速驾驶会导致发动机过热，以至于可能会损坏。在交流电动机的情况下，三相电动机通常运行在220-240伏交流电和300伏电池组。与直流电动机相比，交流电动机具有不同尺寸、形状和功率额定值的易用性，并且还具有再生制动功能，借助这一功能，电动机可以充当发电机，在制动时为电池充电。
2.电机控制器: 这是系统的一部分，根据油门踏板上的压力大小来控制电动机的电流。加速器与电位器相连，电位器作为可变电阻器，提供关于输出功率的信号。当油门上的压力为零时，没有动力传递，当踏板完全按下时，全部动力传递。在直流电动机的情况下，控制器将切断直流电源电压的值，以获得与加速器所受压力成正比的平均值的电流。这种震动或脉冲以每秒15000次以上的频率发生，以避免人类听觉范围内的嗡嗡声。在三相交流电动机的情况下，控制器需要产生3个伪正弦波，方法是从电池中提取 DV 电压，然后在每秒60次的极性反转时脉动开关。这需要6组晶体管，其中3组用于脉冲，另外3组用于三个信号的反转。这比一个简单的 DC/电机控制器要复杂一些。
3.电池: 电池是整个汽车运行的能量储备。它们以化学能的形式储存能量，并在需要时将其转化为电能。尽管技术有了很大的进步，电池仍然是这个链条中最薄弱的一环。铅酸蓄电池在今天的汽车中占主导地位。这些都是重，体积大，需要大量的时间来充电，但有限的能力和寿命。更好的更换形式的锂氢电池确实存在，这不仅使汽车的行驶里程翻了一番，而且使用寿命也大大延长，但目前投资太昂贵了。燃料电池是解决这些问题的最有吸引力的方案，同时也是环保的，但是在进入主流市场之前仍然需要大量的研发。

图2: 电动汽车电池使用示意框图

电动汽油车
电动汽车 vs 汽油汽车
在电动汽车的制造过程中，一些部件被替换掉了，而这些部件是从传统的汽油驱动汽车上取下来的。首先，内燃机被一个电动马达所取代。它的电源来自一个控制器，控制器进一步连接到一系列可充电电池上。在更高层次的抽象上，一辆汽油车可能看起来像一个有燃料管、排气管、软管等的管道工程，而一辆电动车可能看起来更像一个布线工程。对于站在外面的人来说，声音强度的差异可能是显而易见的，但是坐在里面的人会注意到电动车几乎是安静的，即使是在跑步的时候。电动部分由汽车的一些小变化来补充，比如燃油表被电压表取代，动力制动器中使用的发动机真空被真空泵取代，手动变速器被开关取代等等。虽然这些设计可能因供应商和汽车而异，前三个部分讨论是必不可少的任何电动汽车。除此之外，还有一些细微的差别，如下图所示。

Fig. 3:

图3: 突出电动车和汽油车的显著区别的图

如果仅从初始定价来比较这两者，汽油车总是占据上风。仔细观察电动汽车的性能，可以发现电动汽车每行驶一公里就有高达30% 的优势。每个电池组通常可以使用2到3年，可以跑25000公里。
好处
这些也有许多潜在的好处。首先也是最重要的是减少汽车的排放水平。污染已经成为一个祸根，对生态造成了不利影响，并且使得每个人都不得不忍受它。通过几乎为零的尾气排放，温室气体排放到大气中的量减少了。与此同时，任何一个国家对电动汽车的依赖减少了它对外国燃料供应的依赖，这直接影响到国家的经济状况。此外，与内燃机相比，电动机的转换效率高达75% ，而内燃机最大转换效率仅为汽油能量的20% 。
尽管电动汽车有着更加绿色的前景，但它还没有进入汽车的主流。它在被所有人采用方面面临着一些障碍和限制。使人们放弃这种选择的第一个因素是汽车的初始成本。成本的主要组成部分是电池组。随着大规模生产，预计利率将会下降。但是，基于预期的投资风险很高，没有多少人愿意这样信心大增。其他因素是缺乏公共基础设施来克服“行驶里程焦虑”，驾驶员担心电池可能在到家之前就用完了，周围没有充电点。大多数电动汽车都不能高速行驶。
截至2011年，市场上只有少数几种能够通过高速公路的车型。电动汽车旨在减少化石燃料的使用。但这让我们思考，发电的能量从何而来？许多发电厂仍然依靠化石燃料来运行锅炉。因此，只有在进行巨额投资以取代现有基础设施及其对矿物燃料的依赖时，才有可能实现全面移徙。大多数人会在晚上不使用汽车的时候给汽车充电。这也可能导致电网潜在的负荷问题。此外，电池将充电使用传统的220v 插座，因此将需要更多的时间来充电。一个可能的解决方案是有一个智能的能源计划，在2级240伏的充电器上充电，而不是传统的120伏充电器，减少充电时间，为此，一个大的负载将被给予电网。燃料电池在减轻重量、提高电池性能、延长电池寿命、提高电池容量等方面都有很大的潜力，是一个活跃的研究领域。氢气作为燃料可以将有害排放降低到零，而且储量相当充足。
当前情况
美国、英国和中国等几个国家已承诺为电动汽车和电池提供联邦补助，以加快这一进程。地方***提供税收优惠、补贴和激励措施，以降低电动汽车的购买价格。许多欧盟成员国为购买电动汽车的人提供减税和免税。许多公司，如美国电动，通勤汽车，埃尔比勒诺格，飞博，全球电动汽车(GEM) ，Modec，REVA 等已推出各种电动汽车型号。影响如此之大，以至于即使是内燃机汽车制造商也开始制造电动汽车的变种。一些常见的名字是丰田，现代，马亨德拉，本田，雪佛兰，尼桑等。
尽管***采取了各种营销策略，推动电动汽车在民众中普及，但并不是每个人都理解现在转向替代能源解决方案的重要性。在制造成本降低，性能提高到可以直接与汽油车竞争并超越它们的水平之前，这种情况预计将保持下去。这又回到了电动汽车制造链中最薄弱的环节，电池。但是我们需要理解这种需求，即使不是为了我们，也是为了后代。电动汽车就是这样一种投资！
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