來源：第一電動網 ? ? ?特約作者：42號車庫

本視頻由 Learn Engineering 制作，“試譯寶”推薦的譯員翻譯，“科普天天向上”配音、加字幕，42號車庫已獲得中文轉載授權。

該視頻長 10 分 52 秒，字幕內容約 2300 字。

以下是字幕內容：

市面上的電動汽車越來越多，電動汽車沒有尾氣污染、噪音低、性能高，預計 2025 年就能把汽油和柴油汽車擠出市場。特斯拉 Model S 型電動汽車如今是世界上加速度最快的量產汽車，這個視頻介紹特斯拉 Model S 型電動汽車所采用的技術。

為了讓大家明白電動汽車是如何獲得超高的性能，本視頻將分別分析電動汽車中的感應電動機，逆變器，鋰離子電池，以及整個汽車是如何協(xié)同工作的。

▌感應電動機

特斯拉汽車由感應電動機驅動，感應電動機是尼古拉·特斯拉在一個世紀前發(fā)明的，特斯拉汽車的名字也是為了紀念尼古拉·特斯拉而取的。

感應電動機有兩個主要的部件，定子和轉子。轉子由橫著的多根導電桿，兩端的導電圓盤，以及夾在導電圓盤之間的多個硅鋼片組成。定子連接到三相交流電上，線圈中的三相交流電產生旋轉的磁場，從而在電機中產生具有 4 個磁極的磁場，旋轉的磁場在轉子的導電桿中產生感應電流。因為導電桿中有電流，所以導電桿在磁場中轉動。

在感應電動機中，轉子的轉速始終小于磁場的旋轉速度，感應電動機中沒有電刷，也沒有永磁體，但動力強勁。感應電動機的優(yōu)點是：感應電動機的轉速取決于交流電的頻率，所以，只要控制交流電的頻率，就可以控制電機的轉速，從而控制汽車驅動輪的轉速?？刂屏蓑寗虞喌霓D速，就控制了電動汽車的車速，這種控制方式簡單可靠。

電機具有變頻驅動模塊，用以控制電機的轉速，電機的轉速范圍為 0 到 18000 轉/分鐘，這個轉速指標大大優(yōu)于采用汽油或柴油發(fā)動機的汽車。對于汽油和柴油發(fā)動機來說，扭矩符合要求時，轉速不一定符合要求，因此，發(fā)動機不能直接連接到驅動輪上，發(fā)動機必須與變速器配合，才能使驅動輪達到所需要的轉速。

而感應電動機在輸出所需的扭矩的同時，還能輸出所需的轉速，能在轉速范圍內一直保持較高的效率，所以，電動汽車就不需要變速器。

另外，發(fā)動機無法直接產生旋轉運動，而是將活塞的上下直線運動轉換成旋轉運動，而將直線運動轉換為旋轉運動時，會出現(xiàn)機械平衡方面的問題。

發(fā)動機還有兩個問題，一個問題是，發(fā)動機不能像感應電動機那樣自己啟動，而是需要啟動電機進行啟動，另一個問題是，發(fā)動機無法均勻地輸出動力。為了解決這兩個問題，發(fā)動機要配備發(fā)電機給蓄電池充電，而蓄電池可以為啟動電機提供電力，發(fā)動機還要配備飛輪，從而盡量均勻地輸出動力。

而感應電動機不僅可以直接產生旋轉運動，而且可以均勻地輸出動力，所以感應電動機可以省去發(fā)動機上的很多部件。因此，感應電動機重量比發(fā)動機輕，響應速度比發(fā)動機快，動力比發(fā)動機強，使得電動汽車具有超強的性能。

▌逆變器

感應電動機的動力從哪兒來呢？來自電池組。

但感應電動機需要的是交流電，所以，需要逆變器把電池組輸出直流電，變成感應電動機所需要的交流電。逆變器同時控制其所輸出的交流電的頻率，從而控制電機的轉速。另外，逆變器甚至能控制交流電的電壓，從而控制電機的動力。

因此，逆變器就像電動汽車的 CEO ，執(zhí)行著對電動汽車的控制。

▌鋰離子電池

我們現(xiàn)在研究一下電池組。你可能會驚奇地發(fā)現(xiàn)，電池組是由許多節(jié)日常生活中使用 18650 充電電池組成，“18” 表示電池直徑為 18 毫米，“65” 表示電池長度為 65 毫米，“0” 表示電池是圓柱形。這些電池通過串聯(lián)和并聯(lián)，為電動車提供動力。電池之間有扁平的金屬管，內裝冷卻液，用于給電池進行冷卻。

特斯拉的一個創(chuàng)新之舉是采用大量的小電池，而不是幾個大的電池塊，從而確保能對電池進行有效冷卻，使得發(fā)熱點盡量地小，溫度分布均勻，從而延長電池組的使用壽命。

多節(jié)電池構成這種可拆卸的電池模塊，整個電池組共有16個這樣的可拆卸電池模塊，共包含大約 7000 節(jié)電池，位于車頭的散熱器用于對電池組中的冷卻液進行冷卻。

另外，因為電池組安裝在車身較低的位置，從而降低了汽車的重心，汽車重心降低則大大提高了汽車行駛時的穩(wěn)定性。電池組分布于汽車的整個底部，電池組堅固的結構有助于汽車抵抗側面的撞擊。

▌動力傳動系統(tǒng)

現(xiàn)在我們繼續(xù)研究特斯拉的動力傳動系統(tǒng)。

電機產生的動力通過齒輪箱傳輸到驅動軸，因為電機本身的有效轉速范圍比較寬，所以，特斯拉使用的是簡單的單速變速器。電機輸出的速度通過齒輪，進行了 2 次降速。

電動汽車的倒車也含簡單，只需要改變電源相位的順序就可以了。電動汽車采用變速器的唯一目的，就是通過犧牲轉速來獲得更大的扭矩。

齒輪箱中的另一個重要的部件是差速器，動力通過齒輪輸送到差速器。這是一個簡單的開放式的差速器，但開放式的差速器在牽引控制方面有缺陷。

這么先進的電動汽車為什么要使用開放式差速器，而不使用限滑差速器？原因是開放式差速器更結實，能夠傳輸更大的扭矩。

有 2 個方法可以消除開放式差速器的缺陷，一是選擇性制動，另一個是切斷電源供應。對于汽油和柴油發(fā)動機，通過切斷油路來切斷動力見效慢，而對于感應電動機，切斷電源的效果立竿見影，從而可以有效地進行牽引控制。

特斯拉可以利用最先進的算法，結合傳感器、控制器進行牽引控制，簡而言之，特斯拉汽車利用智能軟件取代了復雜的機械硬件系統(tǒng)。

你是否知道，即使只使用油門踏板，也能高效地控制行駛中的電動汽車，這歸功于特斯拉強大的動力回收系統(tǒng)。也就是說，制動時，汽車巨大的動能被轉換為電能，而不是被轉換為剎車片上的熱能被浪費掉。

行駛時，“油門”踏板一旦被松開，電動汽車便啟動動力回收系統(tǒng)，在動力回收系統(tǒng)工作時，感應電動機變成了發(fā)電機。此時，車輪驅動感應電動機的轉子，在轉子的轉速小于磁場的旋轉速度時，感應電動機作為電機輸出動力，當轉子的轉速大于磁場的旋轉速度時，感應電動機就變成了發(fā)電機。

此時逆變器起到關鍵的作用，逆變器降低輸入到電機的電流的頻率，從而降低磁場的旋轉速度，使得轉子的轉速高于磁場的旋轉速度。從而使電動機變成了發(fā)電機，產生的電流是交流電，轉換為直流電后，就可以存儲到電池組中，發(fā)電的同時，轉子受到反向的電磁力，從而給驅動輪施加了阻力，從而降低了驅動輪的轉速和車速。

這樣，行駛中，僅僅通過油門踏板就可以精確地控制車速，而剎車踏板用于將汽車完全停下來。

由于動力回收系統(tǒng)和剎車踏板的共同作用，使得電動汽車比汽油和柴油汽車更安全，電動汽車的保養(yǎng)和使用比汽油和柴油汽車便宜很多，隨著技術的不斷進步，電動汽車現(xiàn)有的缺點會逐漸被克服，未來將是電動汽車的天下。

返回第一電動網首頁 >