电动汽车的优势及结构

电源

如果有一天我们花费了这么长时间的燃料消失了，汽车还能用什么呢？地球曾经是一个充满了像煤和石油这样的可消耗化石燃料储备的星球。但是，随着人类的进步和能源需求的提高，人们对能源的需求已经达到了极大的程度，而且距离工业革命还不到三个世纪，人们强烈要求保护这些自然资源并寻找替代能源。

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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