電動汽車總是出現(xiàn)在各類新聞中。人們對電動汽車的興趣不減，有以下幾個原因：

• 電動汽車產(chǎn)生的污染比汽油動力車要少，因此從環(huán)保方面考慮，電動汽車是汽油動力車的一種合適的替代方案（特別是在城市中）。
• 任何有關(guān)混合動力車的新聞報導(dǎo)通常也會談?wù)摰诫妱悠嚒?
• 由燃料電池提供動力的車是電動汽車，而燃料電池現(xiàn)已在新聞中受到了廣泛的關(guān)注。

典型電動汽車的功率為50千瓦的控制器

電動汽車是一種由電動馬達而不是汽油發(fā)動機提供動力的汽車。消聲器、催化轉(zhuǎn)化器、排氣管和油箱一起拆下。

從外觀上看，您可能完全不知道汽車是電動的。大多數(shù)情況下，電動汽車都是由汽油動力車改裝過來的，因此在這種情況下很難分辨出來。駕駛電動汽車時，通常唯一能夠讓您認清這輛車的真實面目的方法是：電動汽車開起來幾乎是無聲的。

在發(fā)動機罩的下面，汽油車和電動汽車之間存在許多差異：

• 汽油發(fā)動機已被電動馬達替換。
• 電動馬達從控制器獲取動力。
• 控制器從一組可充電的蓄電池獲取動力。

汽油發(fā)動機及其油管、排氣管、冷卻管和進氣歧管看起來就像一個管道工程。 而電動汽車完全是一個布線工程。

為了對電動汽車的一般工作原理有個認識，先讓我們看一下典型的電動汽車，以了解其構(gòu)造。下面顯示的是供我們本次討論的電動汽車：

這是一輛典型的電動汽車，車身貼了一些特別漂亮的貼紙（請參見電動汽車挑戰(zhàn)賽，了解這一針對中學(xué)生的比賽）。

這輛電動汽車是從一輛普通的1994 Geo Prism汽油動力車改裝過來的。以下是將該汽車變成一輛電動汽車所做的改裝：

• 將汽油發(fā)動機連同
• 將離合器總成拆下。現(xiàn)有手動變速器保留在原位，并固定在二擋。
• 通過一個固定板使用螺栓將新的交流電動馬達固定到變速器上。
• 增裝一個電動控制器以控制交流馬達。

50千瓦的控制器可以輸入300伏的直流電并輸出240伏的交流電（三相）。標有“U.S. Electricar”的盒子即為控制器。

• 在汽車底板上安裝蓄電池底座。
• 在蓄電池底座中放入五十個12伏的鉛酸蓄電池（分為兩組，每組25個鉛酸蓄電池，可以產(chǎn)成300伏的直流電）。
• 為以前從發(fā)動機獲取動力的各個裝置增裝電動馬達來提供動力：水泵、動力轉(zhuǎn)向泵和空調(diào)。
• 為動力制動器增裝真空泵（在汽車裝有發(fā)動機的情況下，動力制動器會使用發(fā)動機真空）。

真空泵位于中間居左的位置。

• 手動變速器的換擋桿用一個偽裝成自動變速器換擋桿的開關(guān)替換，以控制前進和倒退。

自動變速器換擋桿用于選擇前進和倒退。它包含一個小開關(guān)，用于向控制器發(fā)送信號。

• 增裝了一個小的電熱水器以提供熱能。

熱水器

• 增裝了充電器，以便能夠?qū)?a href="http://auto./battery.htm" s_oc="null">蓄電池進行充電。實際上，這輛獨特的汽車具有兩套充電系統(tǒng)：一套系統(tǒng)連接通常的120或240伏的壁裝電源插座，另一套系統(tǒng)連接Magna-Charge感應(yīng)充電板。

120/240伏的充電系統(tǒng)

Magna-Charge感應(yīng)板充電系統(tǒng)

• 燃油表替換成了電壓表。

電動汽車中的“燃油表”既是一個簡單的電壓表，又是一個比較復(fù)雜的計算機，用于跟蹤進出蓄電池組的電流。

汽車的任何其他設(shè)備保持不變。當您進入汽車后，將車鑰匙插入點火裝置中，并將其旋轉(zhuǎn)到“on”位置，即可發(fā)動汽車。將換擋桿推入到“D”（行進）位置，踩下加速踏板即可開動汽車。汽車的表現(xiàn)和普通的汽油車很相似。以下是一些有趣的統(tǒng)計數(shù)據(jù)：

• 這輛汽車可以行駛80公里。
• 將時速從0提高到96公里/小時大概需要15秒鐘。
• 在汽車行駛了80公里之后，需要對汽車充電約12千瓦時。
• 蓄電池的重量大約為500公斤。
• 蓄電池的壽命為三到四年。

若要比較汽油車和電動汽車每公里的行駛成本，可以參照下面的示例。美國北卡羅萊納州現(xiàn)在的電費約為8美分/千瓦時（如果您采用分時段計帳方式并在晚上進行充電的話，則電費約為4美分/千瓦時）。這就意味著，電動汽車每充滿一次電需要花費1美元（如果采用分時段計帳方式，則需花費50美分）。因此，電動汽車每公里的行駛成本為1.2美分或0.6美分（如果采用分時段計帳方式）。如果汽油的價格為0.26美元/升，并且汽車使用1升汽油可以行駛10公里，則汽油車每公里的行駛成本為2.6美分。

顯而易見，電動汽車每公里的“燃油”成本比汽油車的要低得多。而且，對于許多人來說，80公里的行駛范圍也不具有局限性，城市或郊區(qū)的普通居民每天的行車距離很少超過50或60公里。

不過，為了保證絕對公平，我們也應(yīng)考慮到蓄電池的更換成本。如燃料電池中所述，蓄電池目前是電動汽車的一個薄弱環(huán)節(jié)。更換這輛電動汽車的蓄電池需要花費約2,000美元。蓄電池將可以供汽車行駛大約32,000公里，即每公里要花費大約6美分?，F(xiàn)在，您就知道為什么燃料電池如此讓人興奮了——燃料電池解決了蓄電池問題。有關(guān)燃料電池的更多詳細信息將在本文后面的內(nèi)容中討論。

電動汽車的核心部分由以下幾個部件組成：

• 電動馬達
• 馬達的控制器
• 蓄電池

連接蓄電池與直流馬達的是一個簡單的直流控制器。如果駕駛員將油門踏板踩到底，則此控制器會將來自蓄電池的全部96伏電壓傳送到馬達。如果駕駛員將腳從油門上移開，則此控制器不會向馬達傳送電壓。對于這二者之間的任何設(shè)置，控制器每秒鐘會將96伏電壓“切掉”幾千次以獲得介于0和96伏之間的平均電壓。

控制器從蓄電池獲取電力并將其傳送給馬達。油門踏板與一對電位計（可變電阻器）相連，這些電位計會發(fā)出信號以告知控制器其認為可能傳送的電力?？刂破骺梢圆粋魉碗娏Γó斖Ｖ蛊嚂r）、傳送全部電力（當駕駛員將油門踏板踩到底時）或介于這二者之間的任何電力級別。

當您打開發(fā)動機罩時，首先映入眼簾的就是控制器，如下圖所示：

標有“U.S. Electricar”的盒子就是這輛電動汽車的電壓為300伏、功率為50千瓦的控制器。

在這輛汽車中，控制器將從電池組獲取300伏的直流電。它會將獲取的直流電轉(zhuǎn)換為最多240伏的交流電（三相）以發(fā)送給馬達?？刂破魍ㄟ^使用非常大的晶體管來做到這一點，晶體管可以快速打開或關(guān)閉蓄電池電壓以生成正弦波。

當您踩下油門踏板時，踏板的纜線會連接到這兩個電位計：

電位計與油門踏板相連并向控制器發(fā)送信號。

來自電位計的信號將告知控制器向電動汽車的馬達傳送的電力數(shù)。為了安全起見，電動汽車中安裝了兩個電位計?？刂破鲗⒆x取這兩個電位計并確保二者的信號相同。如果二者的信號不同，則控制器不會運行。這樣安排是為了預(yù)防一個電位計在全滿位置失效的情況發(fā)生。

粗的電纜（左側(cè)）用于連接蓄電池組和控制器。中間是一個非常大的閉合開關(guān)。右側(cè)的一束小的電線用于傳送由蓄電池之間的電位計提供的信號，并為用于保持蓄電池處于冷卻和通風狀態(tài)的風扇提供電力。

連接控制器輸入和輸出端的粗大電線

控制器在直流電電動汽車中的作用很容易理解。讓我們假定蓄電池組包含12個電壓為12伏的蓄電池，并用串聯(lián)的方式連接在一起以產(chǎn)生144伏的電壓?？刂破鲗⒔邮?44伏的直流電，并通過可控方式將其傳送給馬達。

最簡單的直流控制器應(yīng)是通過電線連接油門踏板的大的閉合開關(guān)。當您踩下油門踏板時，此開關(guān)將打開；而當您松開油門踏板時，此開關(guān)將關(guān)閉。作為一名駕駛員，為了保持給定的車速，您必須踩下和松開油門以脈沖的方式打開和關(guān)閉馬達。

顯然，雖然這種開關(guān)方法可行，但是對于駕駛來說是痛苦的，因此控制器將為您調(diào)制脈沖。控制器會從電位計讀取油門踏板的設(shè)置并相應(yīng)地調(diào)整電力。讓我們來談?wù)撘幌聦⒂烷T踩下一半的情況?？刂破鲿碾娢挥嬜x取到此設(shè)置，并快速打開和關(guān)閉供給馬達的電力，以便馬達一半時間處于打開狀態(tài)，另一半時間處于關(guān)閉狀態(tài)。如果您將油門踏板踩下四分之一，則控制器會使電力脈沖輸出，以便馬達在25%的時間處于打開狀態(tài)，75%的時間處于關(guān)閉狀態(tài)。

大多數(shù)控制器脈沖輸出電力的頻率超過15,000次/秒，目的在于使脈動保持在人類聽覺的范圍之外。脈沖電流會導(dǎo)致馬達外殼按該頻率振動，因此當脈沖頻率高于15,000次/秒時，控制器和馬達對于人的耳朵來說是無聲的。

交流控制器連接到交流馬達。通過使用六組電力晶體管，控制器可以接收300伏的直流電并會生成240伏的交流電（三相）。有關(guān)三相電力的討論，請參見電力網(wǎng)的工作原理。此外，控制器還額外提供了一個用于蓄電池的充電系統(tǒng)，以及一個用于對12伏附件蓄電池進行充電的直流到直流轉(zhuǎn)換器。

在交流控制器中，這項工作會更復(fù)雜一點，但思路是一樣。控制器會生成三段偽正弦波，并通過從蓄電池獲取直流電壓，然后以脈沖方式打開和關(guān)閉此電壓來做到這一點。在交流控制器中，還需要每秒將電壓的極性反轉(zhuǎn)60次。因此，實際上您需要在交流控制器中使用六組晶體管，而只需在直流控制器中使用一組晶體管。在交流控制器中，對于每一相，您需要一組晶體管來脈沖輸出電壓，并需要另一組晶體管來反轉(zhuǎn)極性。由于您對三相要重復(fù)三次操作，因此共需要六組晶體管。

電動汽車中使用的大多數(shù)直流控制器來自電力叉車行業(yè)。上圖所示的Hughes交流控制器與GM/Saturn EV-1電動汽車中使用的交流控制器類型相同。該控制器最多可以向馬達傳送50,000瓦電力。