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高性能电车 = 电机多?没这么简单!

发布时间:2023-10-01 11:48:54   来源:博亿堂娱乐官方网站

  前段时间,极氪推出了一款高性能版本 001 FR,在四颗电机的加持下,跑出了 2 秒出头的加速和 280km/h 的极速,刷新了不少人对高性能电车的认知。

  src=不过,很多人也就此认为,想要做高性能电车,只需要无脑增加电机就可以了,这种方法甚至比研发高性能油车还要简单无脑。事实真是如此吗?

  有一点得承认,电机的数量确实和电车的性能有一定关系,比如双电机版车型普遍比单电机版性能高。

  src=但从三电机布局开始,高性能电车对电机的要求也开始全方位提升,这导致车企不能再简单靠增加电机数量来提升电车性能了。

  功率密度的大小取决于两点,其一是功率本身,其二则是电机重量。电机功率越大&重量越轻,功率密度越大。

  对比之下,极氪 001 FR 的后轴双永磁电机直接干到了 4.4kW/kg,这可是对众多技术、工艺、材料优化后才得到的成绩。

  src=比如其转子采用了六磁极双 V的设计,其中磁极数量对应电机转速高低,双 V 则是为增加磁通量,而磁通量越大电流越大,相当于输出功率也越大。

  而定子内部则做了 6 层扁线绕组,虽然数量上不及特斯拉的 10 层扁线,但一样能最大化槽满率,而槽满率越高,电机的功率也就越高。

  另外,极氪 001 FR 的电驱系统还升级了 SiC 功率半导体,这又帮助整个电驱系统实现了某些特定的程度的轻量化,也对功率密度的提升起到了帮助。

  src=这使得极氪 001 FR 的前、后双电机电驱系统的重量分别达到了 121kg 和 140kg,而它们俩的峰值功率分别为 310kW 和 620kW。

  作为对比,蔚来 ET7 后感应电机电驱系统的重量为 135kg,峰值功率 仅有 300kW,是不是对比很明显了?

  src=当然,如果只论功率密度,定位高性能的极氪 001 FR 也不是最高的,比如飞凡 F7 的永磁电机功率密度就达到了 7.2kW/kg,它在电机工艺、材料和技术上的投入并比极氪更高,不过篇幅有限,这里就不展开了。

  在没有变速箱的前提下,电车的极速和电机转速正相关,但更高的转速就需要转子承载更大的电流,对转子的材料强度有很大压力。

  这点可以借鉴智己 LS6。它的后永磁电机的峰值功率为 400kW,最高转速 21000rpm,极速 252km/h,而这主要得益于 800V 和 SiC 功率半导体的应用。

  src=800V 的作用很好理解,因为电压平台升高了,带动了整颗电机功率的上升,并且电机电轴的性能也能伴随提升。

  使用了 SiC 功率半导体的元器件有着高频率的特点,类似一个闲不下来的急性子,所以这也给了电机提升转速的机会。

  另外,由于高性能电机都在追求轻量化和小型化,所以在转子尺寸缩小的同时,强度也受到了影响,这又导致在承受高转速时,会有解体的风险。

  src=对此,特斯拉 Model S Plaid 和极氪 001 FR 都对转子包裹了一层轻量化、高强度的碳纤维外壳,这样就能维持住转子结构不变形。

  智己据说也有一颗雪藏的高性能永磁电机,也会用到碳纤维转子外壳,而它的峰值功率据说能接近 500kW。

  如果说家用电车可以靠限制性能规避散热压力,那么高性能电车就只能硬着头皮上了。

  高性能电车的散热压力主要来自于两点,第一是极速性能,因没有变速箱,极速和电机转速直接挂钩。

  src=第二是加速性能,因为电机的扭矩在转速中段之后就开始下降了,而此时车子的时速往往不低,既要驱动笨重的车身,又要抵抗更高的风阻,压力属实不小。

  在过去,电机散热主要是依靠液冷,但这种冷却方式类似于 隔靴搔痒 ,比较治标不治本。所以如今追求性能与效率的电车往往都使用油冷散热。

  src=而油冷技术的难点主要在于,如何给精密的电机结构内部增加冷却管路,并且保证这些管路是能够深入到散热核心的,这就对电机的制造工艺提出了很高的要求。

  比如主流的定、转子双油冷技术,在定子铁芯内做一圈油液管路,转子轴内部空心,也做出油液管路,这样就能把电机内部的热量传递出来。

  src=另外,包括极氪、智己等车企还推出了直瀑油冷 技术,也就是在定子 + 转子油冷的基础上,能够把油液喷淋到定子的扁线绕组上,更逐步提升散热。

  很多人可能不知道,电车想要做到高性能,并不能只堆砌电机性能,如果电池的放电倍率达不到要求,那么电机的峰值功率再高也没用。

  这就好比一个专业跑步运动员,虽然他的肺活量更大,但如果让他在空气稀薄的地方跑步,他也没法发挥全力。

  src=对比充电倍率,放电倍率确实是个冷门概念,因为大家普遍还是更关注电车的续航问题。通常来说,电池的充电倍率和放电倍率是差不多大的。

  但在高性能电车领域,这条常识肯定行不通,而车企一般也没有公布放电倍率的习惯,所以具体数值如何,只能自己估算猜测。

  比如极氪 001 FR 的放电倍率,不太负责的讲,我个人估算应该能达到 10C,因为它的电池容量为 100kWh,而四电机的综合峰值功率达到了 930kW。

  src=不过更高的放电倍率也会给电池带来更多技术和安全层面的难点,比如电池在放电时也会大量产生热量,需要更高效散热和热管理系统控制。

  另外,比如高性能车常见的 蹦直线 和 跑赛道 ,这两种场景会让电池电压在极短的时间内快速降低,而在放电低于标称电压之后,就非常有可能出现过放电,从而使电池内电阻增加、电化学性能下降,进而直接影响到电池寿命。

  例如极氪 001 FR 和仰望 U8,由于四颗电机独立驱动四个车轮,相当于要配备四组电驱模块,硬件成本和体积相对更高了。

  src=虽然四个车轮都交由对应的独立电机驱动了,但管理四轮扭矩分配的矢量控制管理系统,就需要有相当大的计算量和计算效率。

  这就相当于让一个人同时炒四盘菜一样,虽然听起来效率非常之高,但如果对每盘菜的火候和节奏掌握不好,不仅菜会炒糊,甚至人都会崩溃。

  另外,高性能电车电池 快充更快放 的特性,也更需要电控去操心它的安全和寿命。

  src=比如如何保证电池电芯的一致性。电车的电池实际是用很多小电芯组合起来的,所以想让电池安全且长寿,就得保证这些电芯在充电和放电时,都能 一碗水端平 。

  但如果电控不给力,部分电芯就会在放电时被更快地消耗,尤其是高性能电车这种放电大户,可能一脚 油门 下去,你电池里的某几个电芯就提前退休了。

  除了三电以外,高性能电车实际还有很多难点,比如在激烈驾驶时会产生比高性能油车更夸张的 G 值,需要在车身结构、悬架形式和材料上做调整和升级;另外更大的轮端扭矩和车辆自重也会给轮胎多重压力,又需要车企联合供应商研发更高性能的轮胎。

  src=所以对电车来说,想要做到高性能,其难度并不比油车简单,靠 码电机 实现高性能的说法,自然更靠不住脚。