高性能电车=电机多?没这么简单!

汽车洋葱圈 2023-09-13 10:50:34

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。

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?

电机:数量≠质量

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。

而在双电机之上,又有三电机的特斯拉Model S Plaid、Lucid Air Sapphire这样更强悍的性能怪物。

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

油车讲究升功率,电车讲究功率密度。

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。

比如蔚来ET7,它的后感应电机的功率密度为2.22kW/kg,而采用后轴双永磁电机的特斯拉Model S Plaid则为2.96kW/kg。

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。

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则是为了增加磁通量,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,但同样可以最大化槽满率,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一定程度的轻量化,也对功率密度的提升起到了帮助。

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,是不是对比非常明显了?

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。

高转速

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。

这点可以参考智己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。

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。

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。

散热

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源于两点,第一是极速性能,因为没有变速箱,极速和电机转速直接挂钩。

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。

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。

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,更进一步提升散热。

更高的放电倍率

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。

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。

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短时间内快速降低,而在放电低于额定电压之后,就有可能出现过放电,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。

这就需要高性能电车的车企在电池材料、技术、工艺上投入更多成本和精力。

电控:更复杂的矢量控制

电机数量的增加和性能的上涨,对电控系统带来的压力和技术难点同样很大。

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。

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,虽然听起来效率极高,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。

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。

总结

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、悬架形式和材料上进行调整和升级;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。

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。

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评论列表
  • 2023-09-13 11:54

    无脑增加电机不如无脑增加电池呢[汗]

汽车洋葱圈

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