電動汽車的電機，鋰電池，逆變器的工作原理

爲什麼現在互聯網公司都敢造車了? 掌握電動汽車的三大鍵, 你也可以造車了。 我們先來看電動汽車使用的電機, 這是一種常見的感應電機, 電機主要由兩部分組成, 分別爲釘子和轉子, 這是一個鼠籠形轉子, 轉子內部安裝了非常多的帶有凹槽的絕緣鐵片, 導體棒就位於這些凹槽內, 釘子的內部也有很多凹槽, 主要用於安裝繞組線圈, 當被線圈通入交流電時, 電機的轉子就會旋轉, 這是如何做到的呢? 這是一根導線, 當導線通入交流電時, 導線周圍就會產生變化的磁場, 現在我們再加入兩根導線進來, 每根導線相互位移120度, 這時產生的震盪磁場就會是這樣的, 然後我們將相鄰的磁場進行相加, 從而得到兩個組合的磁場, 隨着交流電的不斷變化, 產生的磁場也會發生相應變化, 如果將三組磁場進行比較, 你會發現磁場發生了逆時針的旋轉, 從而產生一個旋轉的磁場, 但是有個問題, 由於線圈間隙太大, 這會導致產生的磁場不均勻, 從而影響到電機的效率, 爲了解決這個問題, 我們可以添加更多的凹槽, 然後將繞組線圈進行串聯, 三組這種串聯的繞組線圈組合在一起, 接着將繞組線圈纏繞在釘子上, 就能產生一個四極旋轉磁場, 旋轉磁場會導致電機的轉子切割磁感線, 併產生感應電動勢, 從而使轉子產生感應電流, 感應電流與磁場相互作用, 就能產生轉矩, 從而使得轉子旋轉, 需要注意的是, 轉子的轉速是小於磁場的轉速的, 所以這種電機也被稱爲異步電機, 現在有個問題, 電機使用的交流電來自哪裏呢? 電機的交流電主要來源於鋰電池, 當將一個鋰電池展開時, 你會發現, 鋰電池主要分爲三層, 分別爲鋰電池的正極, 電解質層以及負極, 負極主要是石墨層, 石墨主要爲層狀晶體結構, 正極是含鋰的金屬氧化物, 鋰的活性非常強, 它的最外層只有一個電子, 爲了保持穩定, 鋰總想扔掉最外層的電子, 當在導線之間接上電源時, 電源的正極會吸引金屬氧化物中鋰原子的電子, 從而導致這些電子沿着導線進行流動, 而鋰原子由於失去電子, 變成鋰離子, 由於電解質層不允許電子通過, 但是允許鋰離子通過, 所以鋰離子會向負極進行流動, 負極的石墨會將鋰離子嵌入到它的層狀結構中, 一旦所有的鋰離子到達石墨層, 電池就充滿電了, 放電過程則剛好相反, 當將充電施加的電源換成電燈後, 鋰離子會通過電解質重新回到正極, 而電子則通過導線移動到正極, 如果電池內部溫度出現異常, 這會導致電解質乾涸, 正負極之間就會出現短路, 從而導致火災發生, 爲了避免這種情況, 需要在電解質中間再放置一層絕緣層, 在實際的電池中, 石墨和金屬氧化物是分別 塗附在銅箔和鋁箔上的, 而電解液則是一種有機的鋰鹽, 它被塗附在隔膜上, 然後將它們三個纏繞成一個圓柱體, 一節電動車的鋰電池就完成了, 這些電池以串聯和並聯的方式連接, 組成一個模塊, 一共16個模塊, 從而形成一個完整的電池組, 另外鋰離子電池在運行過程中 會產生大量的熱量, 所以還需要使用冷卻劑 對電池進行冷卻, 以保持電池的最佳溫度, 那鋰電池產生的電量是直接提供給電機使用嗎? 其實並不是, 鋰電池產生的是直流電, 而電機使用的是交流電, 還需要進行轉換, 這就需要使用電控系統, 電控系統有個核心部件稱爲逆變器, 它能將鋰電池產生的直流電 轉換爲交流電, 我們看一下它是如何做到的, 這是一個比較簡單的電路, 它上面有四組開關, 開關可以進行打開和關閉, 其中AB兩點連接着電機, 爲了方便分析, 我們將電機用這個負載來表示, 當S2和S3斷開, S1和S4連接, 電流的走向是這樣的, S1和S4斷開, S2和S3連接, 電流的走向剛好相反, 我們不斷這樣切換開關, 就能產生一組方波交流電, 但是常用電機的交流電頻率 一般都是50Hz, 也就是說開關每秒需要切換100次, 那如何做到這麼快的切換呢? 這就要用到晶體管, 晶體管每秒鐘可以開關幾千次, 問題是方波交流電的電壓 一直在突變, 這樣會嚴重影響電機的壽命, 所以還需要將方波 轉換成平滑的正弦波, 這是一個特定的方波, 然後取每小時內脈衝的平均值, 平均值連起來後, 你會發現, 這個曲線非常接近正弦交流電的曲線, 也就是說, 我們只需要產生這種特定的方波曲線, 就能得到想要的正弦波型, 但是怎麼才能產生這種方波曲線呢? 現在我們在電路上 再加上兩個比較器, 像這樣連接後, S1和S2就能控制A點電壓, 而S3和S4 則控制B點電壓, 爲了防止短路, 在這兩個位置分別還有一個飛門電路, 它可以確保S1和S2, 以及S3和S4中 只有一個開關能打開。 轉換波形時, 我們使用一個正弦波 與比較器的三角波進行比較, 比如這一部分, 三角波位於正弦波上面, 所以三角波的值比較大, 記錄爲0, 而這一部分, 三角波位於正弦波下面, 所以正弦波的值比較大, 記錄爲1, 然後所有的曲線都按照這種方式做對比, 最終就能形成我們想要的方波了, 這是A點產生的方波, B點也是用一樣的方式進行比較, 從而得到B點的方波, 然後將A點和B點的方波相減, 就會得到一個這種形狀的波形, 產生的方波越細, 曲線就會越平滑, 所以爲了得到更平滑的波形, 還需要添加無源律波器, 來改變信號的頻率, 最終就能得到我們想要的正弦曲線了, 逆變器就是這麼將直流電 轉換爲交流電的, 產生交流電後, 然後將交流電輸入到電機, 電機就能轉動起來了。