【編者按】本文作者廖子韜，就讀于伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UIUC）EE專業(yè)，在特斯拉實(shí)習(xí)半年電機(jī)控制器以及BMS自動(dòng)化測(cè)試，現(xiàn)在在德國做變速箱ECU實(shí)習(xí)。

游俠電動(dòng)車之所以遭到那么多質(zhì)疑，主要就是他們的團(tuán)隊(duì)資質(zhì)，以及他們所給的發(fā)展計(jì)劃時(shí)間違背了很多汽車技術(shù)研發(fā)的客觀事實(shí)。

現(xiàn)在國內(nèi)經(jīng)常提“用互聯(lián)網(wǎng)思維造車”，從另一個(gè)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(gè)安全性，可靠性要求特別高的產(chǎn)品，因此更新的速度相對(duì)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(dòng)汽車要跑起來，在動(dòng)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(gè)車的核心技術(shù)都是動(dòng)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(dòng)力傳遞到輪子上的系統(tǒng)。對(duì)于電動(dòng)車來講就是電機(jī)、逆變器、直流轉(zhuǎn)換器、電池箱等將電機(jī)的動(dòng)力傳到輪子上的部件。

踩下加速器的那一瞬間，其實(shí)是給了逆變器（inverter，或者可以直觀地稱為電機(jī)控制器）一個(gè)電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)的電壓大小決定了逆變器給電機(jī)輸出多少功率，電機(jī)就會(huì)輸出相應(yīng)的扭矩來驅(qū)動(dòng)車輛。逆變器的英文名是inverter，功能是將直流電逆轉(zhuǎn)成交流電。那為什么要轉(zhuǎn)換成交流電呢？因?yàn)殡妱?dòng)車大多數(shù)用的都是交流電機(jī)，而電池只能輸出直流電（即電流只有一個(gè)流動(dòng)方向）。

其中永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)是應(yīng)用最多的兩種電機(jī)。

永磁電機(jī)的定子（即電機(jī)中不會(huì)轉(zhuǎn)的一部分）是永久磁性材料，電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度高，能量轉(zhuǎn)換效率高，單位質(zhì)量輸出功率大。感應(yīng)交流電機(jī)在定子部分用的也是和轉(zhuǎn)子一樣的線圈，雖然效率和單位質(zhì)量輸出沒有永磁電機(jī)高，但是建造成本低，建造速度快，并且結(jié)構(gòu)非常可靠。感應(yīng)交流電機(jī)由尼古拉.特斯拉發(fā)明，一直到現(xiàn)在基本架構(gòu)和原理都沒變。特斯拉電動(dòng)車也是因此而得名。

（電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)基本架構(gòu)）

電動(dòng)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(gòu)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(dá)到較高的額定電壓，比如400V左右，然后通過并聯(lián)來達(dá)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(shè)計(jì)，即由小的電池包組成大的電池箱。每一個(gè)小的電池包內(nèi)部有一個(gè)電磁開關(guān)，如果該電池包內(nèi)有小電池異常，這個(gè)電磁開關(guān)就由電池管理系統(tǒng)的控制電路打開。這樣這個(gè)有問題的電池包就被切斷于整個(gè)系統(tǒng)之外。

另外鋰電池充電放電的特性和溫度非常相關(guān)，所以在機(jī)械設(shè)計(jì)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(gè)，一個(gè)是上述所說的通過采集各個(gè)小電池的電壓，電流，溫度等信息來決定開啟保護(hù)電路，第二個(gè)就是平衡小電池之間的電量。

為了避免單個(gè)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(dòng)和被動(dòng)平衡兩種平衡方式。被動(dòng)平衡就是在小電池電壓過高的時(shí)候，通過放電電阻慢慢消耗多余的能量來平衡。主動(dòng)就是在電池組上加上小的直流轉(zhuǎn)換器，讓能量在電池之間流動(dòng)而不是簡單的在電阻上消耗。

雖然主動(dòng)平衡聽上去比被動(dòng)平衡要好很多，但是在現(xiàn)實(shí)的工程生產(chǎn)中，最佳的設(shè)計(jì)不一定是符合最佳理論設(shè)想的設(shè)計(jì)。被動(dòng)平衡雖然確實(shí)會(huì)浪費(fèi)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(huì)相差太多，所以在放電電阻上的能量損耗也不會(huì)太高。

被動(dòng)平衡系統(tǒng)的硬件和軟件都比主動(dòng)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(dòng)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(huì)進(jìn)行一些統(tǒng)計(jì)計(jì)算。比如說通過算方差來評(píng)估小電池?cái)?shù)據(jù)的一致性。電池上的每一個(gè)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(gè)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(dòng)車電池箱架構(gòu)）

直流轉(zhuǎn)換器的作用，就是將主電池箱比較高的400V的直流電轉(zhuǎn)到24V或者12V來給車內(nèi)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(xì)介紹了。

以上是電動(dòng)車的一些關(guān)鍵部分的介紹。

不論是汽油車還是電動(dòng)車，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候都要比設(shè)計(jì)手機(jī)電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品考慮的問題多。

首先因?yàn)槠嚨墓ぷ鳝h(huán)境千變?nèi)f化，車上的電路要經(jīng)得起高低溫的考驗(yàn)。

一般電子控制單元（electronic control unit，即ECU）的設(shè)計(jì)公司，都會(huì)把ECU放在低至零下40度，高達(dá)150攝氏度的環(huán)境下測(cè)試，確保關(guān)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(shí)要求更高。

汽車在行駛過程中車身一直在震動(dòng)，這些機(jī)械上的震動(dòng)可以通過線束和連接點(diǎn)傳輸?shù)诫娐防?。比如說，車身的震動(dòng)傳到了電池的連接口上，那ECU接到的電池的電壓就會(huì)因?yàn)榻涌诮佑|不良而上下浮動(dòng)。在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，要考慮到這個(gè)波動(dòng)，然后相應(yīng)設(shè)計(jì)一些穩(wěn)定電壓的電路。電磁干擾也是設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)?？紤]的因素。只要有電流就會(huì)有電磁波，所以比如我在車?yán)锩媛犑找魴C(jī)，ECU 不應(yīng)該釋放出能干擾收音機(jī)信號(hào)的電磁波。反過來，收音機(jī)的電磁波也會(huì)影響ECU信號(hào)的傳遞，所以在設(shè)計(jì)測(cè)試ECU 時(shí)也要考慮減小外界電磁波對(duì)內(nèi)部信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

每多一個(gè)設(shè)計(jì)考慮就會(huì)多出很多成本。

設(shè)計(jì)本身要求更“耐操”的部件，所以部件成本增加。設(shè)計(jì)完了之后要測(cè)試，電磁的測(cè)試儀器設(shè)備，高溫高壓的測(cè)試設(shè)備等等，都是非常非常貴的。傳統(tǒng)汽車電子供應(yīng)商有很多項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)，一步一步測(cè)試，測(cè)了發(fā)現(xiàn)問題馬上改，改了再測(cè)，往復(fù)循環(huán)。

特斯拉能在相對(duì)于傳統(tǒng)汽車廠比較短的時(shí)間內(nèi)完成這么高質(zhì)量的產(chǎn)品確實(shí)不易。特斯拉的電機(jī)控制器，以及電池等一套動(dòng)力系統(tǒng)，從roadster開始對(duì)電池bms和電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，到08年金融危機(jī)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(shù)，十年磨一劍。在這其中人力物力的代價(jià)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(gè)特斯拉來攪局，發(fā)現(xiàn)其實(shí)互聯(lián)網(wǎng)的用戶體驗(yàn)，新能源的動(dòng)力鏈，和傳統(tǒng)的機(jī)械也能結(jié)合得如此好。這確實(shí)給了整個(gè)工業(yè)界很多啟示，大廠商也開始動(dòng)用更多財(cái)力、人力來更大膽地改進(jìn)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(yùn)用到汽車工業(yè)之前，首先應(yīng)該想想如何迅速吸收汽車工業(yè)的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，造出一輛靠譜的車。互聯(lián)網(wǎng)功能在汽車身上確實(shí)只是錦上添花，所以千萬不要本末倒置。

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