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让特斯拉秒杀超跑 电动车的电机为啥这么猛?

张屹鹏 向Ta提问

来源:网通社 原创 2018-03-05 07:00

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酷暑难耐,红灯下的我自以为胯下新买的摩托所向披靡,指望它用扑面之风带来些许清凉,但绿灯闪现的刹那却被一旁的电摩抢先冲出,并留下了蔑视的目光。这一刻的失败,电机才是幕后的操盘手,也就是这回我要聊的纯电动车“三电”之一。

新时代下,当大家都把焦点放在续航里程上时,殊不知电动车若没有电池这货拖后腿,也许早就篡位登基当上了主人。那么问题来了,可以让电摩风驰、让电车电掣的电机身上有什么可以仔细品味的干货?它将拥有怎样的未来?

↓ 题外话:一个有意思的事儿 

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与搭载6.2L机械增压V8发动机、峰值扭矩875牛米的大切比拼后,我们来看看特斯拉与超跑的对决。我们邀请到了特斯拉MODEL S P100D和兰博基尼Huracan LP580-2这二位,前者无论是功率、扭矩还是最终的百公里加速时间,都对传统超跑完成了超越,关键售价还便宜很多。对此明眼人都瞧得出来,造成这种结果是因为纯电动车和传统能源车的特点所致,说白了就是电机和内燃机的特性不同,两者最主要的工作就是驱动车辆前进,来自不同世界的二位有着不同的优缺点,而如果要单说加速能力,则正中电机的下怀。

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在聊正事儿之前先扯会儿闲篇儿,要说电机的诞生,就不得不提交流电与直流电之间的PK。爱迪生想必大家都认识,就是那个“电灯泡之父”,他是直流电的死忠,后来还成立的“爱迪生电器公司”让美国人民享受到了这个福利。不过,有个人却不这么认为,他有个耳熟能详的名字——特斯拉,尼古拉·特斯拉,克罗地亚人,后移民美国,正经的科班儿出身,曾就职于爱迪生公司且贡献不小,后来由于报酬等原因特斯拉把爱迪生给炒了,出来单干四年后发明了交流电。

说到这儿好戏才刚刚开始,特斯拉发明的“三相交流电输电线路”有着较直流电更方便转换电压、低热消耗的特点,后来被威斯汀豪斯电气公司给买了,于是乎成为了爱迪生公司最大、最直接的竞争对手。后来,爱迪生同学气急败坏,通过一系列不太光彩的手段去诋毁交流电,期间甚至发生过蓄谋电死人和动物的事情。当然,最后的结果是爱迪生没有抵挡住科学的力量,爱迪生公司最终也改用交流电,并变成了后来的GE,也就是通用电气。

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扯完闲篇儿回归正题,之前我就说过,纯电动车之所以加速给力,最主要原因是因为电机驱动特性决定的。说白了,电机的应用原理我们上学那会儿都学过,那就是电磁感应原理,其是应用这个原理运行的旋转电磁机械,最主要的工作和任务是将电能转化为机械能,吸收电功率并向机械系统输出机械功率。

如上图所示,电机在零转速下便可以输出非常大的扭矩,虽然后期也会衰减,但从0开始的最大扭矩输出特性决定了其要比传统内燃机更加“直给”!并且,这一切还是建立在高效率与零排放的基础上。不过电机这货也不是轻易就可以从完美数据到大规模应用的,其必须要具备轻量化、可靠性高、成本低、效能高等特点。

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要说我们最熟悉的电机类型,莫过于应用最为广泛的永磁同步电机,包括宝马丰田日产本田,以及国内自主品牌荣威腾势、北汽、比亚迪等,旗下新能源车都在使用。简单来说,永磁同步电机的核心是永磁体,永磁体可以建立磁场,其是磁化后撤去外磁场而能长期保持较强磁性的物质。永磁同步电机有着效率高、功率密度大、结构简单、可靠性高等特点,当然,他的缺点也很明显,那便是成本高。

此外,交流异步电机也应用比较广泛,这个就是我们俗称的感应电机,其可以产生旋转的磁场,在旋转磁场的作用下,转动力就出来了。交流异步电机的核心是转子和定子,顾名思义,转子是转动的导体,定子则不动,主要任务是产生一个旋转磁场。交流异步电机的优点是可靠性高、成本低、体积和质量小,说白了就是耐操!高速的电动车一般都会用它,比如特斯拉。但是他也有缺点,比如功率因数低、控制复杂、易受影响、调速性能差、范围窄等。

所以,究竟这两种电机谁优谁劣,套用特斯拉电机工程师 Wally Rippel的观点:

1、永磁电机的转子产生的热量小,效率也略高于感应电机。但是永磁电机存在退磁的问题,在低负荷的条件下效率会减少。

2、感应电机虽然最高效率小于永磁电机,但是平均效率表现得更好。

3、感应电机不容易控制,在研发成本上是增加的,但是原材料成本要小于永磁电机。

所以,两者的最明显区别在于一个有磁一个没磁,永磁同步电机依靠永磁体制造磁,而交流异步电机则是通过转子和定子形成磁场。两者不分胜负,没有谁更厉害,也没有谁是无敌的。

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众所周知,特斯拉此前一直采用的是三相4极交流异步电机(三相交流电:由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统)。不过让人感到意外的是,特斯拉在 Model 3上放弃了它的使用,转而改用永磁同步电机。这不免让九泉之下的尼古拉·特斯拉有些尴尬,毕竟特斯拉这个名字,当初就是为了纪念发明了感应电机的尼古拉·特斯拉。

那么,特斯拉这个改变的原因是什么?我们通过永磁体需要的材料——钕铁硼也许可以找到答案。钕铁硼是永磁同步电机上永磁体需要的稀土材料,其是目前磁性最强的永久磁铁,中国占据了全球钕铁硼产量的90%。那么,此次改变,是否意味着特斯拉未来将更倾向于中国市场,甚至落地中国?如此看来,这个技术上的调整或许真没那么简单。

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谈到未来,和电池技术一样,电机技术也在寻求更广阔的天空。无论是混合励磁电机、双定子永磁电机、记忆电机磁性齿轮永磁无刷复合电机,还是非晶电机,都在为本体永磁化、控制数字化以及系统集成化而努力着,在保证轻量化、高可靠性、高效性的同时,还要进一步降低成本、噪音以及提升耐久性与应用范围。

写在最后:现阶段是电池技术在拖电机的后腿,有朝一日,电池技术也会朝着成熟与前端大踏步前进,其与电机未来是否可以碰撞出更精彩的火花,可否打出漂亮的配合,这是近忧。除了纯电动车,燃料电池车也是电机的重要应用对象,可否适应更多、更先进的新能源车,将是电机面临的远虑。(图/文 网通社 张屹鹏 部分图片来源于网络)

文章标签: 纯电动车 电动机 特斯拉 加速 电机 责任编辑:张屹鹏
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