不喝油的汽车,力气从哪来?
电动车把能量存进电池。开车时,电池通过电路给电动机供能;不断变化的磁场让电机转动,再带动车轮。
减速时,车轮有时能反过来带着电机发电,把一部分运动能量存回电池。电机并没有倒着转,改变的是能量流动的方向。
回收有损耗,也受车速和电量限制,所以不能白跑,更不能代替所有刹车。先看箭头从电池指向车轮,再看它怎样转回来。
自己试试:踩电门、看能量倒流
- 追能量箭头。 看加速和减速时,箭头分别从哪里出发、到哪里去。
- 看电池。 观察充电时各块电池一起变化,再想想:减速为什么只能拿回一部分能量?
更深一层
想细看:完整过程与器件说明
找找电动车的“油箱盖”——打开一看,里面没有加油口,是一个充电插口!它的“肚子”里也没有油箱,取而代之的是一大块扁扁的电池,铺在车底板上。
电池组不是一整块铁疙瘩,而是许多小电池模块拼成的。这辆演示车是 6 排 × 8 块、一共 3072 节小电池的一种排法——不同电动车的节数和排布并不相同。看动画时注意:所有模块的电量同时变多、变少,都听同一个总电量——这是理想均衡电池组的示意,真实电池组里各模组的电量不会每时每刻都严格相等(BMS 一直在做均衡管理)。充电是把能量存成电池里的化学能,开车时再通过电路送给电动机。管好这几千节小电池、不让它们吵架,是车里电脑(叫 BMS)的功课——哪一节太热、哪一节没吃饱,它都盯着。
力气来自电动机:控制器不断改变通电线圈里的电流,线圈周围的磁场跟着变化,转子被这个会变的磁场带着转起来——不是一块静止的磁铁把转子永远推下去。它有个本事:刚起步就能给出最大转矩,不用先把转速拉起来。踩得深,车冲得快;平稳地踩,它就平稳起步——并不是每次都“嗖”地窜出去。它还几乎不出声。
更好玩的是松开脚,有时能回充:下坡或松开踏板减速时,同一个电动机换成发电机的角色,车轮推着它转,把一部分速度变回电,存进电池。不过回收是有条件的:能收多少跟着车速和电量变;速度很低时几乎收不回,最后一下要靠普通的摩擦刹车,急刹车也不能只靠它。在平路、同一起终高程的同一段加速—减速里,回收进电池的能量小于刚才为加速取出的能量(每一环都有损耗);下坡就不一样——重力势能一并释放,电池电量反而可能增加。它省电,但代替不了所有刹车。
还要记住:动画里的快充、续航数字都是这辆演示车的样例(快充约半小时从 10% 到 80%、满电约 400 km),不同的车、不同的充电桩和天气都不一样;冷天电池会变“懒”,跑的距离会缩水。还有——电动车自己不冒尾气,但电是电厂发出来的,发电越干净,每公里对应的排放越低。
更细的操作
- 对比两种发动机。 第二章的曲线图:电动机一上来就是最大扭矩(绿线),汽油机要爬到高转速才出全力(橙线)。这就是电车起步快的原因。
- 看能量流动的方向。 踩“电门”,电流从电池流向车轮(金色);松开脚,箭头反过来变绿——速度正在变回电。
- 给电池做个体检。 千层饼视图里点亮每一层,看 BMS 怎么盯着每节小电池。
- 天冷了会怎样。 把温度滑块拖到冬天,看续航读数缩水。
- 调一调电的来源。 风、光、煤三个滑块一起变,右上角“绿度”告诉你这辆车到底有多干净。
先猜一猜:刹车时回收的电,够不够把车重新推回去?——不够:每次转换都有损耗,所以回收能省电,但不能白跑。
展开:回收制动省多少
城市工况下,回收制动大约能拿回刹车能量的 60–70%、总能耗的 10–25%(走走停停越多拿回越多)。能量每经一次“动能→电→化学→电→动能”的转换都要交“过路费”,所以这条有损耗的回收链拿回的能量小于原来的动能——这也正是它不能永动的原因。
展开:电池的脾气
锂电池怕两样:太冷(电解液变稠,能放出的功率变小)和太满太空(寿命缩短)。所以 BMS 会留出上下缓冲,冬天还会先给电池“热身”再允许大功率充电。本演示的“温度—续航”曲线是教学简化,实际还取决于空调、车速与路况。
展开:绿不绿要看电网
电动车本身零尾气,但发电有排放。按中国近年电网平均水平,一辆电车全生命周期的碳排放通常仍低于同级油车;若电来自风光水,差距更大。想看它的对手,见「汽油机」。
下次坐电动车,留意松开踏板时那一下轻轻的“拖拽感”——那是车轮带着电机发电,把一部分运动能量送回电池。电机仍沿原来的方向转,改变的是转矩和能量流动的方向。