前陣子,在一個車友技術交流論壇裡,遇到一位車友說電動汽車,采用變速箱才代表了先進!理由是:一個是某百公裡加速2秒内的電動超跑(因為太小衆,所以暫且不提了);一個是保時捷taycan。他們都用了變速箱。保時捷都在用的技術路線,難道不先進??
實話講,每次聽到類似的言論,心裡都五味陳雜。主要是感覺到民間有太多車友還沒放下“品牌迷信”,而我曾無數次強調過“再偉大的工程師也繞不開物理定律的限制”這句話,看來是沒起到效果。既然如此,不妨今天就再來破一破這個“品牌迷信”,看看電動汽車用變速箱,到底是代表了先進,還是無奈!
電動汽車的“終極形象”:
“4個輪子4台電機”
請問:如何塞下4台變速箱?
理想中,運動基因最強大的汽車,必然是“四輪全驅”結構,也就是我們所說的全時四驅。因為全時四驅系統無論雨天、雪地,它的抓地穩定性都是最強的,毫無疑問。但傳統燃油車因為考慮到車體結構、配重、機械複雜化等原因,一般隻有個别品牌會費力氣做全時四驅車。
而這些困擾在電動汽車上完全不存在:比如傳統汽車為了控制重心,會用到複雜的水平對置發動機,而電動汽車的電池在車底最下方,所以全車重心也在最底部。想要玩全時四驅?簡單!4個輪子配4台電機就是了!
比如我們可以采用最成熟的“輪邊電機”方案,就是高速電機 齒輪減速,就能直接驅動車輪。同時讓4台電機工作在“恒功率自适應”工況,每一台電機都會根據運行阻力而靈活自動調節轉速,無需人工特别幹預。
如果你覺得這樣還不夠,還想着變速箱,那你告訴我:你如何在一台車上,塞進去4台完整的變速箱??或者請保時捷或者所謂的超跑企業來為大家表演此般絕技如何?——答案是:他們也做不到!那你一定會質疑我:既然如此,人家為啥非要玩變速箱不可?
電動車竟然會想到用變速箱
本質是“無理想電機可用”
1. 異步電機:效率太低
其實真正的原因就2個字:無奈!無奈在何處?——在工程師們不得不面對的“無理想電機可用”的尴尬!比如早期特斯拉堅持用異步電機,這種電機調速技術很成熟,啟動性能也很好,配合變頻器簡直不要太方便!
但是異步電機不管你怎麼改進,先天缺陷永遠繞不開:效率低!尤其是輕載,或者起步瞬間、還有起步後的低轉速區間……即使特斯拉花了老鼻子力氣去改進它,高轉速效率提高了不少,但起步、輕載、低速時的效率……特斯拉哭昏在廁所……
那時候馬斯克整天都想着幹脆給特斯拉配一台“2擋變速箱”得了!企圖用這辦法盡量讓電機維持高轉速。但結構越搞越複雜,想想還是放棄算了!要不然後來特斯拉在MODEL 3和MODEL Y上全系采用全新的同步磁阻電機?這麼說您總明白了吧?
2. 永磁同步電機:依賴稀土
高溫有退磁危險
無法連續大功率、大扭矩
而國内國外其他“主流”車企則紛紛選擇了效率更高的——永磁同步電機!不為别的,因為這種電機,紙面參數看起來很漂亮,而且技術難度不大(能造無刷電機的廠家都能造)。更關鍵的是輕載、低速時的效率已經很高,看起來一切都很美好。
但是永磁同步電機是否就沒缺點了呢?當然不是!它的主要缺點有3個:第一個缺點是需要占用國家珍貴的稀土礦物資源,完全不符合長久發展之計;第二個缺點是它不允許長期大扭矩連續輸出;第三個缺點是它壓根就無法自己啟動(啟動時需要用别的電機帶動)!
第一個缺點咱就不展開說了。第二個缺點也很好理解:永磁電機在連續大扭矩、大功率輸出後,電機溫度會升的很高,而稀土永磁材料對高溫敏感,會有永久性損傷的巨大風險!雖說電機外殼可以冷卻,但轉子獨立冷卻的技術難度不低,稀土永磁材料又剛好在轉子上……咋辦?限制功率和扭矩呗!
3. 永磁同步電機:啟動方式特殊
頻繁啟停非常耗電
第三個缺點就幾乎沒人知道了!永磁同步電機是沒有“自己起步的能力”的!說它“啟動時需要用别的電機帶動”其實一點都沒錯:事實上永磁同步電機的轉子上,通常都有“異步啟動繞組”。——其實這個“異步啟動繞組”就相當于是一台“異步電機”。
電機起步時,“異步啟動繞組”先旋轉起來,把整個轉子的轉速拉起來,一直等到轉子的轉速接近電機的“同步轉速”後,整台電機才進入到“同步狀态”(這時候效率極高!),之後“異步啟動繞組”才“功成身退”。(在電機進入“同步狀态”之前,效率是很低的!)
所以永磁同步電機雖然低轉速、中轉速、高轉速下,效率都很高。但是在起步的瞬間,效率是低的吓人的(和異步電機接近,隻有約30%左右的效率)!——可以想得到,如果一台車遭遇擁堵,一會兒起步一會兒停下,那永磁同步電機在這種情況下,一絲一毫的效率優勢都沒有!
“存在于理想中的電機”還沒有
因此用變速箱解決效率和扭矩問題
商用車上十分普遍,并不神秘
又想要電機盡可能長時間的連續爆發大功率、大扭矩;還想盡可能讓電機維持在高效率區間,怎麼做?——2條路:要麼找到其他原理,綜合性能更好的電機!要麼……很簡單嚒!加上變速箱不就完了?
要說“存在于理想中的電機”一定是混合勵磁/電勵磁雙凸極電機(開關磁阻電機的變種),需要配合非常先進的數字矢量控制技術。但要大規律運用還有距離(這種電機啥都好,就是噪音實在有點感人),等到解決噪音問題,未來必成主流!
一條路暫時走不通,那就剩下另一條路了——變速箱!其實純電動車 變速箱,這件事情在我看來是一點都不稀奇!有什麼可覺得神秘高端的?如果你熟悉商用車(大巴車、大卡車、油罐車那些……),你去看看國内的上汽紅岩石、濟南重汽他們,電動水泥車、電動自卸車,隻要是用永磁同步電機的,哪一台沒有變速箱?法士特6擋AMT變速箱用的不要太多哦!說到這裡,還覺得保時捷技術很超前麼?
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