一直以来,关于电动车的争议就不断,甚至大有与信不信中医,能不能吃转基因食品的话题相提并论所以一直以来,很想说说我对电动车的看法,以下是我的一些浅薄的,也许有误的看法,今天小编就来聊一聊关于电动汽车的电机为什么要有电?接下来我们就一起去研究一下吧!
电动汽车的电机为什么要有电
一直以来,关于电动车的争议就不断,甚至大有与信不信中医,能不能吃转基因食品的话题相提并论。所以一直以来,很想说说我对电动车的看法,以下是我的一些浅薄的,也许有误的看法。
我是个文科理工男,学法律,文科生,但爱好动手,爱好科学,喜欢机械。我喜欢汽车,对于引擎的轰鸣,有着十分的热情。我也是自然吸气发动机的拥趸,即使我买不起,我还是执迷于大排量自吸,那种低沉的轰鸣,行云流水的加速,是爱到不行的。甚至随着F1赛车对于发动机的越来越严苛,改用了排量小的涡轮增压发动机,我甚至冲淡了对于F1的热情。我以为我会在大排量发动机的爱好中不断见证这个发动机类型的落幕。但是,显然我不是那么长情,我直接从自吸,跳到了电动机。这个转变令我自己都颇感意外。
开始只是为了每天长距离的通勤而购买的电动车,但购买前,还是研究了很多的电动车的知识,我想,电动车才是未来的汽车。
陈清泰(中国汽车百人理事会理事长)曾经说过:21世纪的无人驾驶电动汽车可能会以我们想象不到的程度改变世界,就像20世纪的内燃机车一样。近些年,挪威、荷兰、德国、法国等国家,都陆续发布了停止销售燃油车的时间表,注意到这里有德国,德国是传统汽车强国,大家熟知的BBA都是来自于德国,德国提议在2030年,禁止销售燃油汽车,这也就意味着,不到十年,大众,宝马,奔驰都将不再生产燃油汽车。
那么燃油车和电动车相比,谁更有优势?在我看来,一定是电动车。下面,我们就电动车几个关键部分展开讲一讲。
一、 电机
先来说说电动汽车的发动机,也就是电机。市场上的电动汽车基本采用永磁电机和感应电机两种,这两种互有优劣,在这里我们以蔚来的两种电机为参考,也就是240KW的异步感应交流电机和160KW的永磁同步交流电机。这里引用并感谢知乎 网友辣笔小星的回答,并引起用其图片作为示例。
我们简单说说,异步感应电机比较与永磁同步电机有哪些不同呢,异步感应电机具有更高的转速,可以达到15000转/分,有更强的过载能力,可以达到额定值5倍的过载。此外,感应电机结构坚固性号,成本低,可靠性好……(简单说,就是耐用。)
但他也有短板,峰值效率对于永磁电机来说略低,这是由于转子导体上有电流会产生欧姆损耗,对应永磁电机转子永磁体的涡流损耗,这在低速差别比较明显,感应电机效率会差。当然了,感应电机外形尺寸在同等功率下会比永磁电机更大。(简单说,就是费电和占地。)
异步感性电机性能高,es8就采用前后各240KW的感应电机,蔚来采用了铜笼技术和电机水冷技术,进一步提高了感应电机的功率。异步感应电机尺寸大,在整车时也成为挑战,蔚来也是通过专利技术优化电机总成体积,解决了前后布局的问题。为了对异步感应电机体积优化,es8中将传统的三相电更新成了更高功率密度的六相电机,通过专利对于逆变器的优化,将电机总成缩小,逆变器内部功率板从轴纵向布置变为垂直于轴向布置,并且采用高性能IGBT模块成为优化关键。
关于电机这块,Fellow通常不会讲太多,毕竟这一块技术上的事情比较多,总结起来,蔚来的电机有三个技术特点:一体集成电机、齿轮箱和逆变器高度集成;异步感应电机体积优化;逆变器体积优化。这意味着蔚来是为数不多的掌握高性能感应电机的车企,并非如传闻中所说的,只能找人代工的“造车新势力”。
说完了异步感应交流电机,再来说说永磁同步电机。永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,永磁体作为转子产生旋转磁场,三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应,感应三相对称电流。 此时转子动能转化为电能,永磁同步电机作发电机(generator)用;此外,当定子侧通入三相对称电流,由于三相定子在空间位置上相差120,所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场,转子旋转磁场中受到电磁力作用运动,此时电能转化为动能,永磁同步电机作电动机(motor)用。
永磁同步电机更为节能、效率高。由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的,从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗(铜耗);异步感应电机由于单边励磁,产生单位转矩需要的电流较多,因此能耗较大。永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机,其在轻载时效率值要高很多,这是永磁同步电机在节能方面,相比异步电机最大的一个优势。因为通常电机在驱动负载时,很少情况是在满功率运行,这是因为:一方面用户在电机选型时,一般是依据负载的工况来确定电机功率,而工况出现的机会是很少的,同时,为防止在异常工况时烧损电机,用户也会进一步给电机的功率留有裕量;另一方面,设计者在设计电机时,为保证电机的可靠性,通常会在用户要求的功率基础上,进一步留一定的功率裕量,这样导致在实际运行的电机90%以上是工作在额定功率的70%以下,这样就导致电机通常工作在轻载区。对异步电机来讲,其在轻载时效率很低,而永磁同步电机在轻载区,仍能保持较高的效率,其效率要高于异步电机20%以上。
对于新能源汽车来说,一般而言永磁同步电机比异步电机节能20%以上,这也意味着在不增加电池组容量的情况下,同等车况下,采用同步电机的汽车可比采用异步电机的汽车续航里程适当增加。
永磁电机还具有小体积与轻量化的特点。由于异步感应电机的转矩密度低于永磁同步电机,使得小体积、轻量化难以实现。而对于新能源汽车,尤其是混合动力汽车,小体积与轻量化至关重要。轻量化进一步实现了汽车的节能进而降低能耗、延长续航里程。小体积对于混合动力汽车至关重要,因为其除驱动电机系统外还有燃油驱动系统,体积过大会大大增加其汽车电路设计难度。永磁同步电机实现小体积与轻量化的原因主要有三个。原因:永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限制,在电机配套系统允许的情况下,可以将电机的极数设计的更高,相应电机的体积可以做得更小。第二个原因:电机效率的增高,相应地损耗降低,电机温升减小,则在采用相同绝缘等级的情况下,电机的体积可以设计的更小。第三个原因:电机结构的灵活性,可以省去电机内许多无效部分,如绕组端部,转子端环等,相应体积可以更小。
当然,有人可能会说永磁电机退磁是个问题,从有关资料来看,钕铁硼这一档的永磁体也还是比较耐用的,基本上在汽车使用寿命内,不用太担心。
总的来说,异步感应电机和永磁同步电机各有优势,因此,在es6和全新es8上同时搭载了两种电机技术,来根据工作状态充分发挥各自的优势,倾向于高速高性能异步交流电机放在后轴,而更擅长与低速高效率的永磁同步电机布置于前轴,当中低车速时,永磁同步电机工作,发挥其高效优势,获得更长续航,当高速路况时,双电机同时工作,优化车辆加速性能。当减速时也是通过制动需求进行电机调配。普通制动由永磁同步电机进行能量回收,急减速则由双电机同时提供制动扭矩时回收能量。
啰嗦了这么多,再来比较电动车与燃油车。我们很容易发现,电动车的驱动效率更高,能量回收更好。单凭驱动效率方面讲,传统燃油车发动机最高的热效率点目前已知40%多点,实际使用上也就是30%多,大部分的燃油能量被当做废气排放掉了。而电机 电机控制器最高效率大于95%,实际使用上也超过了85%,(实际使用工况参照NEDC工况),所以说电机总成的驱动效率是很高的。例如某A级电动车以及同平台的燃油车,电动车百公里电耗是14kwh/100km,百公里油耗量是8L/100km。已知汽油热值是42MJ/kg,换算百公里消耗能量是4.54*10^8 焦耳能量,而电耗是百公里消耗量是14*3.6*10^6=5.04*10^7焦耳能量,大概是汽油车的1/10,由此可见电动车是更高效的。同时目前的新能源车型都有一个共同点,就是有电机参与驱动。学过高中物理我们都知道,电机又是电动机(电生磁)又能当发电机(磁生电)。在传统车行车过程中,制动的建立是踩制动踏板建立液压,让制动摩擦片和制动盘接触产生制动的,从能量流向的角度上看,就是车子的动能转化为制动器的热能实现制动的,但是在新能源车型中,制动时电机断电、切割磁感线产生反方向电流并提供负扭矩(磁生电,详见高中物理),此时的反向电流就流向电池被储存起来,同时电机的负扭矩可以帮助车辆实现制动。说白了就是传统车在制动时候的动能被转化为摩擦片的热能被带走了,而新能源车可以把车辆的部分动能转为电能储存在电池中,能量回收对里程的贡献率,根据实车测试见过的最高可达20%左右(NEDC工况)。
从以上来看,从电机整体效率上,从系统的匹配上,从电动车的特质上来看,新能源汽车其实更加高效。科技发展的总趋势,总是以更少的能量达到更高效的成果,电动车取代燃油车吗,符合这个规律。
注:以上部分文字参考来自知乎和蔚来官方网站