前阵子,在一个车友技术交流论坛里,遇到一位车友说电动汽车,采用变速箱才代表了先进!理由是:一个是某百公里加速2秒内的电动超跑(因为太小众,所以暂且不提了);一个是保时捷taycan。他们都用了变速箱。保时捷都在用的技术路线,难道不先进??
实话讲,每次听到类似的言论,心里都五味陈杂。主要是感觉到民间有太多车友还没放下“品牌迷信”,而我曾无数次强调过“再伟大的工程师也绕不开物理定律的限制”这句话,看来是没起到效果。既然如此,不妨今天就再来破一破这个“品牌迷信”,看看电动汽车用变速箱,到底是代表了先进,还是无奈!
电动汽车的“终极形象”:
“4个轮子4台电机”
请问:如何塞下4台变速箱?
理想中,运动基因最强大的汽车,必然是“四轮全驱”结构,也就是我们所说的全时四驱。因为全时四驱系统无论雨天、雪地,它的抓地稳定性都是最强的,毫无疑问。但传统燃油车因为考虑到车体结构、配重、机械复杂化等原因,一般只有个别品牌会费力气做全时四驱车。
而这些困扰在电动汽车上完全不存在:比如传统汽车为了控制重心,会用到复杂的水平对置发动机,而电动汽车的电池在车底最下方,所以全车重心也在最底部。想要玩全时四驱?简单!4个轮子配4台电机就是了!
比如我们可以采用最成熟的“轮边电机”方案,就是高速电机 齿轮减速,就能直接驱动车轮。同时让4台电机工作在“恒功率自适应”工况,每一台电机都会根据运行阻力而灵活自动调节转速,无需人工特别干预。
如果你觉得这样还不够,还想着变速箱,那你告诉我:你如何在一台车上,塞进去4台完整的变速箱??或者请保时捷或者所谓的超跑企业来为大家表演此般绝技如何?——答案是:他们也做不到!那你一定会质疑我:既然如此,人家为啥非要玩变速箱不可?
电动车竟然会想到用变速箱
本质是“无理想电机可用”
1. 异步电机:效率太低
其实真正的原因就2个字:无奈!无奈在何处?——在工程师们不得不面对的“无理想电机可用”的尴尬!比如早期特斯拉坚持用异步电机,这种电机调速技术很成熟,启动性能也很好,配合变频器简直不要太方便!
但是异步电机不管你怎么改进,先天缺陷永远绕不开:效率低!尤其是轻载,或者起步瞬间、还有起步后的低转速区间……即使特斯拉花了老鼻子力气去改进它,高转速效率提高了不少,但起步、轻载、低速时的效率……特斯拉哭昏在厕所……
那时候马斯克整天都想着干脆给特斯拉配一台“2挡变速箱”得了!企图用这办法尽量让电机维持高转速。但结构越搞越复杂,想想还是放弃算了!要不然后来特斯拉在MODEL 3和MODEL Y上全系采用全新的同步磁阻电机?这么说您总明白了吧?
2. 永磁同步电机:依赖稀土
高温有退磁危险
无法连续大功率、大扭矩
而国内国外其他“主流”车企则纷纷选择了效率更高的——永磁同步电机!不为别的,因为这种电机,纸面参数看起来很漂亮,而且技术难度不大(能造无刷电机的厂家都能造)。更关键的是轻载、低速时的效率已经很高,看起来一切都很美好。
但是永磁同步电机是否就没缺点了呢?当然不是!它的主要缺点有3个:第一个缺点是需要占用国家珍贵的稀土矿物资源,完全不符合长久发展之计;第二个缺点是它不允许长期大扭矩连续输出;第三个缺点是它压根就无法自己启动(启动时需要用别的电机带动)!
第一个缺点咱就不展开说了。第二个缺点也很好理解:永磁电机在连续大扭矩、大功率输出后,电机温度会升的很高,而稀土永磁材料对高温敏感,会有永久性损伤的巨大风险!虽说电机外壳可以冷却,但转子独立冷却的技术难度不低,稀土永磁材料又刚好在转子上……咋办?限制功率和扭矩呗!
3. 永磁同步电机:启动方式特殊
频繁启停非常耗电
第三个缺点就几乎没人知道了!永磁同步电机是没有“自己起步的能力”的!说它“启动时需要用别的电机带动”其实一点都没错:事实上永磁同步电机的转子上,通常都有“异步启动绕组”。——其实这个“异步启动绕组”就相当于是一台“异步电机”。
电机起步时,“异步启动绕组”先旋转起来,把整个转子的转速拉起来,一直等到转子的转速接近电机的“同步转速”后,整台电机才进入到“同步状态”(这时候效率极高!),之后“异步启动绕组”才“功成身退”。(在电机进入“同步状态”之前,效率是很低的!)
所以永磁同步电机虽然低转速、中转速、高转速下,效率都很高。但是在起步的瞬间,效率是低的吓人的(和异步电机接近,只有约30%左右的效率)!——可以想得到,如果一台车遭遇拥堵,一会儿起步一会儿停下,那永磁同步电机在这种情况下,一丝一毫的效率优势都没有!
“存在于理想中的电机”还没有
因此用变速箱解决效率和扭矩问题
商用车上十分普遍,并不神秘
又想要电机尽可能长时间的连续爆发大功率、大扭矩;还想尽可能让电机维持在高效率区间,怎么做?——2条路:要么找到其他原理,综合性能更好的电机!要么……很简单嚒!加上变速箱不就完了?
要说“存在于理想中的电机”一定是混合励磁/电励磁双凸极电机(开关磁阻电机的变种),需要配合非常先进的数字矢量控制技术。但要大规律运用还有距离(这种电机啥都好,就是噪音实在有点感人),等到解决噪音问题,未来必成主流!
一条路暂时走不通,那就剩下另一条路了——变速箱!其实纯电动车 变速箱,这件事情在我看来是一点都不稀奇!有什么可觉得神秘高端的?如果你熟悉商用车(大巴车、大卡车、油罐车那些……),你去看看国内的上汽红岩石、济南重汽他们,电动水泥车、电动自卸车,只要是用永磁同步电机的,哪一台没有变速箱?法士特6挡AMT变速箱用的不要太多哦!说到这里,还觉得保时捷技术很超前么?
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