『深度解析』鲜为人知的电动汽车内部结构系统
随着公众对电动汽车的认可度不断提升，电动汽车的市场占有率稳步上升。电动汽车作为一个新兴低碳产业，2017年再度迎来了高速发展的春天，同时也对纯电动知识普及意识带来了更大的挑战。本文介绍了电动汽车电力驱动系统、能源系统及辅助工作系统的相关问题，揭秘了驱动电机、电动控制器等内部结构特点作用及相互的联系，提出了纯电动意识在低碳出行环境节能等方面的重要性，并以充电设施运营商自身角度出发进行了展望。
电动汽车主要由电力驱动系统、能源系统和辅助工作系统三大部分组成。纯电动汽车电力驱动系统主要由电子控制器、驱动电动机、电动机逆变器、各种传感器（加速踏板位置传感器、制动踏板开关、转向盘转角传感器等）、机械传动装置（变速器和差速器）和车轮等组成。电动汽车能源管理系统是对电动汽车动力系统能源转换装置的工作能量进行协调、分配和控制的软、硬件的系统。辅助工作系统承载着“汽车服务员”的角色，她提供的是空调、照明、辅助动力源等所谓的“其它的”功能，可以提高汽车整体的可操作性和驾驶员的舒适感，此部分基本和普通燃油车类似。
驱动电机
驱动电机的作用是将蓄电池电能转化为机械能，通过传动系统驱动汽车运行的装置。同时，大部分电动汽车在刹车状态下，电机又会扮演“发电机”的角色，将多余的机械能回馈给电池进行充电。市面上，电机可以分为直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。譬如，特斯拉用的是异步电机，起步加速较快，而且不会出现噪音；北汽EU260则用的是永磁同步电机，因为其轻便易于安置。
电动控制器
电动控制器是为电动汽车的变速和方向变换等而设置，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。通过均匀改变电动机的端电压，控制电动机的电流，从而实现电动机的无极调速，这一过程称之为晶闸管斩波调速。
在电动汽车的旋向变换控制中，直流电动机是通过接触器改变电枢或磁场的电流方向而实现旋向变换。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。
传动和行驶装置
电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，然后再由行驶装置（车轮、轮胎和悬架等）转化为对地面的作用力，从而带动车轮行驶。电动机可以带负载启动，一般燃油车上的离合器可以取消安装。而且驱动电机可以通过电路控制实现旋向变换，所以燃油车变速器中的倒档也可以省去。相对于燃油车更为简便的还有，采用电动机无极调速控制时，电动汽车可以忽略变速器；采用电动轮驱动时，可以省略差速器，所以电动汽车在很大程度上简化了内部构造。
蓄电池
蓄电池是电动汽车一切工作的能量源泉，不但将电能转化成行驶的动能，其他的车载装置能源也悉数来源于此。市面上，蓄电池种类丰富，铅酸、镍氢、磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂、三元材料、多元复合材料等并存。其中纯电动乘用车三元动力电池为主流，装机量可以达到76%；电动客车中，磷酸铁锂电池更占优势，有超过60%的装机量。电动汽车安装蓄电池的基本考虑，通常是比能量高，充电技术成熟、时间短，连续放电率高、自放电率低，适应车辆运行环境，安全可靠，寿命长易维护。
能量管理系统
能量管理系统扮演着“能量协调员”的角色，在汽车行驶过程中，对能源进行有效分配管理，协调各个部分工作管理，从而达到能源最大限度的利用率。在车体制动过程中的能量回收，能量管理系统也有参与，协助控制装置进行工作，提高电动汽车续航能力。同时，它还会实时监控蓄电池的温度、端电压、放电电流等参数，避免电池过充、过放电，有效提高电池的寿命。
充电器
充电器装置是将外部电网的交流电转化成相应电压的直流电储存在蓄电池中，同时控制充电电流。充电过程中三个阶段，恒流段、恒压段和浮充段，都是由此进行控制的。充电桩是电动汽车充换电系统中最重要的设施，一般固定在路边或停车场内，利用专用充电接口，采用传导方式为电动汽车的车载电池组提供电能，实际使用中，一般有交流充电桩和直流充电桩两种形式，对于商业用途的充电桩还会包括相应的联网通讯、刷卡计费、使用预约等功能。
一体式直流充电桩 : 45KW/60 KW/ 90KW/120KW/180KW
产品特点： 双枪定制；充电模块多样化
安全可靠；防雷防雨及漏电保护
具备上行通讯接口;可进行多桩群集中管理
动力转向系统
转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，它由方向盘、转向器、转向机构与转向轮等组成。为了提高驾驶员可操作性，可采用电子控制动力转向系统EPS。
近两年，互联网、移动支付、共享经济等一系列名词已不再遥远，大城市的出行方式悄然改变了，纯电动环保出行成为了很多人的最佳选择。随着国家对于机动车纯电动普及力度的不断加大以及政策的扶持，充电市场得到了加速推进。与此同时，国网、普天、特来电等企业的充电平台相继覆盖全国充电网络。高陆通作为充电平台运营商，已将如何更科学、高效地建设、运营电动汽车公共充电站作为己任，努力推广纯电动意识，共同促进新能源产业发展。
如果充电5分钟就能开200公里，你会改变对电动车的看法吗？
当电池容量不可能无限制增长时，快充技术就一定会发展起来。智能手机的发展已经证明了这一路径的可行性，那么电池技术进步更加缓慢的电动汽车，什么时候才会有快充技术的实质性进步呢？
面对电动汽车的续航焦虑，动力电池能量密度提升和充电速度提升，哪一个会率先发生跨越式突破？
如果从1990年通用EV1发布开始算起，在电动汽车发展的前25年里，提升电池能量密度都是行业关注的焦点，而核心思想就是不断探索新的电池正极材料。
但是，每一种电池材料都有其能量密度的理论上限，而且能量密度越高，电池特性越活泼，对于电池控制管理的要求也越高。到了2020年，磷酸铁锂电池又重新回到主流市场的视野，就是放弃了对能量密度的单一追求，转而全面考虑电池安全、成本与能量密度的平衡。
于是，对充电速度的提升开始得到更多的重视。
相比电池能量密度提升遇到的瓶颈，快充技术的发展事实上也有不少未知。这些未知，既存在于技术层面——电池、充电桩、功率元器件三者的协同，也存在于标准法规层面。
▎提升充电功率，先提升电压
在2019年之前，主流电动汽车的高压系统都是400V，而充电功率的提升就是对充电电流的提升。比如，特斯拉超充从第二代120kW提升至第三代250kW，就是在400V的电压平台下提升充电电流。
但是，当充电功率达到250kW时，最大充电电流已经超过500A，想要再进一步提升功率，只能靠提升电压。从目前公开的消息看，包括保时捷、奥迪、捷尼赛思等豪华品牌电动车均已宣布采用800V高压系统，通用的电动版悍马、领克浩瀚SEA架构也采用了800V高压系统。
从400V提升到800V，看起来很美好，但是意味着电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准，首当其冲的就是逆变器。
在电动车上，动力电池毫无疑问是最贵的零部件，排名第二的就是逆变器。
传统IGBT通常适应的高压平台在600-700V左右，到了800V高压就必须要采用碳化硅材料的MOSFET半导体。去年9月，德尔福宣布推出800V逆变器，并宣布将会为一家“全球高档品牌”在2022年推出的新车供货，比亚迪也在汉EV上首次采用碳化硅做高压系统，不过高压只达到了600V级别。
不过，碳化硅器件目前面临所有新事物都会存在的两个问题：供应量少、价格高。汉EV初期产能不足，碳化硅器件的供应跟不上是重要原因之一，德尔福碳化硅器件的初期订单也主要集中于欧洲豪华品牌，有足够的单车溢价能力支撑成本的提升。但是，产能提升和价格下降，同样也会呈现正相关。
想提升充电功率，先要提升电压。因此，800V高压平台在电动汽车自上而下的普及，会是电动车行业一大趋势。
▎大功率充电对电池有什么影响？
大功率充电要求动力电池有更高的充电倍率，这和传统意义上纯电动汽车采用能量型电池的特性是矛盾的。
以达到250kW的特斯拉第三代超充为例，最大充电电流约为520A，按照Model3长续航版电池216.2Ah的额定容量计算，充电倍率约为2.4C。随着充电功率进一步提升，对于充电倍率的要求也在提升。目前行业较为统一的认知，是充电倍率需要达到4C，才能满足400kW的充电功率。
但充电速度过快，电池内锂离子从正极向负极运动的速度就会加快，会在负极表面形成结晶，降低负极效率，从而降低电池的实际容量。
中国汽车技术研究中心曾经做过一个测试，将三台测试车在同样的初始条件下以不同的功率条件充至满电，然后进行同样的NEDC循环，计算续驶里程在慢充与快充条件下的差异。
结果表明，三台车快充后的续驶里程相比慢充分别下降了13.7%、16.5%、4.5%，差异最大的一台车，快慢充的续驶里程差距超过了40km。
电池组充电结束，取决于性能最差的电池单体，而不同的充电功率会造成电池组内各个电池单体电压不均衡。小功率充电下，充电时间长，电池包内部各个单体能够缓慢维持电压趋于均衡；而充电功率大幅增加时，单体无法在短时间内保持均衡状态，整个电池包电量未能达到最大容量就已无法继续充电。
还是以特斯拉超充为例，尽管V3超充相比V2超充最大功率高出一倍，但是在55%电量之后，两者充电功率几乎一致，也就是尽可能保证电量能够充满。
所以，在电池系统提高电压的瓶颈之外，电池充电倍率的提升以及为此而要解决的容量降低问题，将会是充电速度提升的另一个瓶颈。
▎标准落后于技术，厂家都在观望
目前，我国采用的电动汽车充电标准是2015年颁布的《电动汽车传导充电系统国家标准》，其中国标直流充电口参考了日本CHAdeMO组织开发、广泛应用于日本及北美等地的充电口设计，最大电压与电流分别为950V、250A。也就是说，在现有国标的框架下，最大快充功率被限制在240kW以内。
所以即便行业已经具备快充研发与配套的能力，但是国标的相对滞后，也会增加他们的观望情绪。此时，车企及充电供应商有两个选择：推行自有标准，或者等待国标更新。
在中国这个全球最大的电动车市场上，执行包括硬件接口、软件协议在内的自有标准，显然不是一件明智之举。一度选择自有充电接口的特斯拉，最终也换回了国标接口，对于其它体量较小的外资品牌而言更加不可能在这件事上自立门户。
所以，车企和充电供应商普遍选择了第二条路——等。星星充电已经给自家500kW的大功率充电桩进行了对口测验，普天新能源、特来电等也有400kW以上充电桩的技术储备，将根据国标的推进情况适时投放。
此时，新国标的发布计划就显得格外重要。而国标的推动，又与重点企业的技术推动紧密相关。根据此前媒体报道，新版快充标准预计会在明后年推出，电压和电流上限分别提高到了1500V和600A，最大功率可以达到900kW。
一旦新国标推出，相关企业目前的大功率充电桩就会稳步推进，车企也会加快对快充适配的步伐。
▎写在最后
早年间，大家对智能手机的要求，往往是电池够大，以保证使用续航。但是能量密度达到瓶颈后，近年来30W、60W乃至120W的快充宣传已经深入人心，成为智能手机行业的主流。因为充电功率的快速提升，量变产生质变，消费者使用手机的习惯也在发生变化，由此催生了很多新的生态。
电动汽车同样也是如此，现在长续航Model3可以在超充上5分钟充至120km的续航，其实已经改变了很多特斯拉消费者的用车习惯。而如果达到400kW以上充电功率的充电桩逐步普及，真正实现充电5分钟、续航200公里，将会对整个行业的技术走向、电动车的用车生态产生质的变化。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
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