【編者按】本文作者廖子韜，就讀于伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）EE專業(yè)，在特斯拉實習半年電機控制器以及BMS自動化測試，現(xiàn)在在德國做變速箱ECU實習。

游俠電動車之所以遭到那么多質疑，主要就是他們的團隊資質，以及他們所給的發(fā)展計劃時間違背了很多汽車技術研發(fā)的客觀事實。

現(xiàn)在國內經(jīng)常提“用互聯(lián)網(wǎng)思維造車”，從另一個角度發(fā)展汽車工業(yè)固然好，但是造車畢竟還是造車。車是一個安全性，可靠性要求特別高的產(chǎn)品，因此更新的速度相對于瞬息萬變的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)簡直就是慘不忍睹。

那么，電動汽車要跑起來，在動力系統(tǒng)和電池箱上都有哪些要求？特斯拉又是怎么做到的呢？

任何一個車的核心技術都是動力鏈系統(tǒng)

汽油車就是引擎，變速箱，以及一系列將引擎的動力傳遞到輪子上的系統(tǒng)。對于電動車來講就是電機、逆變器、直流轉換器、電池箱等將電機的動力傳到輪子上的部件。

踩下加速器的那一瞬間，其實是給了逆變器（inverter，或者可以直觀地稱為電機控制器）一個電信號，這個電信號的電壓大小決定了逆變器給電機輸出多少功率，電機就會輸出相應的扭矩來驅動車輛。逆變器的英文名是inverter，功能是將直流電逆轉成交流電。那為什么要轉換成交流電呢？因為電動車大多數(shù)用的都是交流電機，而電池只能輸出直流電（即電流只有一個流動方向）。

其中永磁電機和感應電機是應用最多的兩種電機。

永磁電機的定子（即電機中不會轉的一部分）是永久磁性材料，電機內磁場強度高，能量轉換效率高，單位質量輸出功率大。感應交流電機在定子部分用的也是和轉子一樣的線圈，雖然效率和單位質量輸出沒有永磁電機高，但是建造成本低，建造速度快，并且結構非常可靠。感應交流電機由尼古拉.特斯拉發(fā)明，一直到現(xiàn)在基本架構和原理都沒變。特斯拉電動車也是因此而得名。

（電動車動力系統(tǒng)基本架構）

電動車的另一核心就是電池箱。電池箱是由電池本身和電池管理系統(tǒng)構成。

一般電池包都是由一節(jié)節(jié)小電池組成。小的鋰電池，分為圓柱體和長方體兩種，電壓大約在3-4V。小電池通過串聯(lián)來達到較高的額定電壓，比如400V左右，然后通過并聯(lián)來達到較高電流的需求。

電池箱為了可靠性和安全性，一般采取模塊化的設計，即由小的電池包組成大的電池箱。每一個小的電池包內部有一個電磁開關，如果該電池包內有小電池異常，這個電磁開關就由電池管理系統(tǒng)的控制電路打開。這樣這個有問題的電池包就被切斷于整個系統(tǒng)之外。

另外鋰電池充電放電的特性和溫度非常相關，所以在機械設計中也要充分考慮如何有效的平衡電池間的溫度。

電池管理系統(tǒng)（bms）主要的功能有兩個，一個是上述所說的通過采集各個小電池的電壓，電流，溫度等信息來決定開啟保護電路，第二個就是平衡小電池之間的電量。

為了避免單個鋰電池過度充電和放電，電池管理系統(tǒng)需要用一些電路來平衡電池之間的能量。最常見的有主動和被動平衡兩種平衡方式。被動平衡就是在小電池電壓過高的時候，通過放電電阻慢慢消耗多余的能量來平衡。主動就是在電池組上加上小的直流轉換器，讓能量在電池之間流動而不是簡單的在電阻上消耗。

雖然主動平衡聽上去比被動平衡要好很多，但是在現(xiàn)實的工程生產(chǎn)中，最佳的設計不一定是符合最佳理論設想的設計。被動平衡雖然確實會浪費一些能量，但是考慮到鋰電池生產(chǎn)一致性非常高，充電放電過程中小電池的電壓也不會相差太多，所以在放電電阻上的能量損耗也不會太高。

被動平衡系統(tǒng)的硬件和軟件都比主動平衡系統(tǒng)簡單可靠很多，在成本上也少很多。所以現(xiàn)在被動平衡還是工業(yè)界的主流。

電池管理系統(tǒng)在采集了所有電池的電壓、溫度、電流之后，一般會進行一些統(tǒng)計計算。比如說通過算方差來評估小電池數(shù)據(jù)的一致性。電池上的每一個傳感器都有自己的“地址”，這樣電池管理系統(tǒng)可以知道哪一個電池電壓過低過高，溫度過高，電流過高等來判斷開啟哪里的安全電路。

（常見電動車電池箱架構）

直流轉換器的作用，就是將主電池箱比較高的400V的直流電轉到24V或者12V來給車內其他電路供電。比如說娛樂系統(tǒng)、其他的電子控制單元等等。這里就不做詳細介紹了。

以上是電動車的一些關鍵部分的介紹。

不論是汽油車還是電動車，在設計電路的時候都要比設計手機電腦等消費電子產(chǎn)品考慮的問題多。

首先因為汽車的工作環(huán)境千變萬化，車上的電路要經(jīng)得起高低溫的考驗。

一般電子控制單元（electronic control unit，即ECU）的設計公司，都會把ECU放在低至零下40度，高達150攝氏度的環(huán)境下測試，確保關鍵功能在極限環(huán)境下保持正常，所以在選擇電路的部件時要求更高。

汽車在行駛過程中車身一直在震動，這些機械上的震動可以通過線束和連接點傳輸?shù)诫娐防?。比如說，車身的震動傳到了電池的連接口上，那ECU接到的電池的電壓就會因為接口接觸不良而上下浮動。在設計電路的時候，要考慮到這個波動，然后相應設計一些穩(wěn)定電壓的電路。電磁干擾也是設計時經(jīng)?？紤]的因素。只要有電流就會有電磁波，所以比如我在車里面聽收音機，ECU 不應該釋放出能干擾收音機信號的電磁波。反過來，收音機的電磁波也會影響ECU信號的傳遞，所以在設計測試ECU 時也要考慮減小外界電磁波對內部信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>

每多一個設計考慮就會多出很多成本。

設計本身要求更“耐操”的部件，所以部件成本增加。設計完了之后要測試，電磁的測試儀器設備，高溫高壓的測試設備等等，都是非常非常貴的。傳統(tǒng)汽車電子供應商有很多項測試指標，一步一步測試，測了發(fā)現(xiàn)問題馬上改，改了再測，往復循環(huán)。

特斯拉能在相對于傳統(tǒng)汽車廠比較短的時間內完成這么高質量的產(chǎn)品確實不易。特斯拉的電機控制器，以及電池等一套動力系統(tǒng)，從roadster開始對電池bms和電機進行設計的驗證，到08年金融危機之后給奔馳的b-class做代工，到后來買舊工廠，做車身，一步一步積累技術，十年磨一劍。在這其中人力物力的代價可想而知。

汽車工業(yè)在自己的圈子里發(fā)展了一百多年，突然出來一個特斯拉來攪局，發(fā)現(xiàn)其實互聯(lián)網(wǎng)的用戶體驗，新能源的動力鏈，和傳統(tǒng)的機械也能結合得如此好。這確實給了整個工業(yè)界很多啟示，大廠商也開始動用更多財力、人力來更大膽地改進自己的汽車產(chǎn)品。而一些互聯(lián)網(wǎng)公司，在談將互聯(lián)網(wǎng)思維運用到汽車工業(yè)之前，首先應該想想如何迅速吸收汽車工業(yè)的行業(yè)經(jīng)驗，造出一輛靠譜的車?；ヂ?lián)網(wǎng)功能在汽車身上確實只是錦上添花，所以千萬不要本末倒置。

雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權禁止轉載。詳情見轉載須知。