电池越大,续航越高?电机与电控也会影响续航里程

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电池越大,续航越高?电机与电控也会影响续航里程

近两年来,中国市场中出现了不少纯电动车型,有像蔚来ES8这种全新品牌、全新平台打造的纯电动车型,也有一些像长安、北汽等传统车企在原燃油车基础上改造而来的纯电动车型。一时间,国内的电动车如雨后春笋般的出现在我们面前,但很多消费者在购车时对纯电动车依然望而却步,究其原因还是担心续航能力问题。

我们一直想通过纯电动车的发展实现中国汽车制造业的“弯道超车”,毕竟相对于传统内燃机车型,纯电动车不会涉及发动机与变速箱这两项技术,要知道一辆普通汽车上技术壁垒最高的就是发动机与变速箱了。不过,也不要以为发展纯电动车是一件很简单的事情,如何提升车辆性能的同时提高车辆的续航里程,也是工程师们要面临的难题。

大多数人都会认为是电池决定了车辆的续航能力,电池越大,续航越高,车也就越好。事实上,一辆纯电动车能上路行驶,需要电机、电池以及电控组成的三电系统协同工作,电机与电控能否有着最佳的表现也会直接影响纯电动车的续航里程。

与发动机一样,电机对于一个研发纯电动车型的品牌也算得上是核心技术之一,目前纯电动汽车上的电机技术主要分为两大类:感应异步交流电机与永磁同步交流电机。类似发动机可分为自然吸气发动机与涡轮增压发动机,这两种电机的外观长相非常相似,基本结构也大致相同,都是由定子、转子、电机外壳等常见部件组成。

感应异步电机

感应异步电机的转子由铜、铝等导电性好的材质制成,且多采用鼠笼式结构。工作时通过分别给定子与转子通电,此时定子产生了旋转磁场,与转子的感应电流相互作用产生电磁转矩,进而使得转子转动。之所以称之为“异步”,是因为转子的转速总是小于旋转磁场的速度。

永磁同步电机

与感应异步电机不同,永磁同步电机的转子是由带有永久磁场的钢制成,电机工作时只需给定子通电,使其产生旋转磁场后,有着永磁体的转子会受旋转磁场力的转动而转动。其中的“同步”的意思也是表明电机在稳定运行时,转子的旋转速度与磁场的旋转速度同步。目前市面上大多数电动车采用的都是永磁同步电机。

原理觉得简单,但事实上里面也有很多门道,这就与我们知道燃油发动机的工作原理是吸气、压缩、做功、排气四冲程一样,而要真能把发动机做到极致的高效,也是件很不简单的事情。由于自身的物理特性,这两种电机也有着不同的优缺点。

常见的永磁同步电机有着功率密度大,低速、高速工况均有着较高的能量转换效率的优点。功率密度大意味着同样的功率条件下,它的体积更小,重量更轻,能为车辆整体重心布局带来不小优势,同时前机舱与后备厢也能有更多的储物空间,底盘上也可以为动力电池多拓展一些空间。工作效率高也是它的一大优点,相比热效率只有35-40%左右的汽油发动机来说,永磁同步电机的电能转换率可以达到90%以上,而更高的效率也使其有着更低的能耗,同样条件下有着更长的续航能力。

相比感应异步电机,永磁同步电机的缺点则是成本相对较高,且性能会受温度变化影响。因为永磁同步电机的转子中需要稀土材料,成本造价会更高一些。再有就是永磁材的转子会随着温度的变化出现退磁现象,这也会使得电机的性能产生较为明显的下降。

感应异步电机其实我们也比较常见,像一些老年代步车、公园里的电瓶车等使用的都是感应异步电机,而这也充分说明了这种电机成本相对较低的一大优点。主要因为感应异步电机无需使用昂贵的永磁材质来制造转子。其次,就是其转子的磁场是通电之后形成的电磁场,所以几乎不会存在永磁同步电机的退磁现象,不会因环境温度的影响而导致电机性能下降的情况出现。

缺点也跟永磁同步电机相反,感应异步电机的能耗相对较高,体积更大,低速性能也比较一般。想要感应异步电机有更大的扭矩与功率输出,电机内部的转子就要多缠绕导线,体积与重量自然也会增加,所带来的副作用就是要侵占更多的储物或乘坐空间,同时车重增加也会增加能量损耗。感应异步电机更适应高速时的工况,低速时的能效转换率相对较低,如果是在城市中走走停停的路况下,感应式异步电机的电耗会比永磁同步电机要大。

特斯拉Model S采用的就是感应异步电机,其出色的性能让我们难以想象它与老年代步车用的是同种电机(只是种类相同,技术不同),得益于较大电池容量以及卓越的电控管理系统,弥补了电机电耗大的不足,保证了其优秀的续航能力。

简单总结一下,永磁同步电机与感应异步电机两种交流电机有着“性格相反”的优缺点,而对于我们日常用车环境来看,城市代步时低速工况、走走停停的情况比较多,所以众多厂商都选择了能耗低,低速性能好的永磁同步电机作为动力源,至于其制造成本高的问题,两种电机的成本差价其实对整台车的制造成本不会产生较大影响。

多说一句,制造永磁转子的材质——钕铁硼,属于稀土资源,而我国有全球70%的稀土资源,钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%,我们的邻国日本,虽没有什么矿产资源,但同样有着丰富的稀土资源。其实特斯拉也知道感应异步电机在低速工况下存在能耗相对较高的劣势,可是钕铁硼在美国却是稀缺资源,所以只能依靠感应异步电机打下的“技术壁垒”。反观我国的纯电动车型,使用永磁同步电机的成本也会相对较低。

小结

空谈误国,实干兴邦,“弯道超车”不应只是个口号,更应是我们奋斗的目标。天时,我国正处于经济飞速发展的阶段,人们的消费水平越来越高,汽车早已成为大家的“日用品”;地利,有着广大的市场,同时资源也非常丰富;人和,国人对我们自己物美价廉的产品,认可度非常高。

对于汽车厂商来说,三电系统都要有自己的核心技术,构建技术壁垒,这样才能有更好的销量。对于消费者来说,未来会有更多更好的纯电动车可以选择,同时更加绿色、环保的出行也会让我们的生活环境更加宜居。

本文转自:电池越大,续航越高?电机与电控也会影响续航里程

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