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如何定义新能源豪华车?还得看新“三大件”

2019年10月24日 11:06:01
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来源:买车大师

豪华品牌是靠什么让大家趋之若鹜的?想必大家首先就会说是品牌影响力,而支撑他们品牌影响力的其实是一些独家科技。和很多以整合供应商零部件为主的普通品牌不同,豪华车企会开发更多的科技来支撑品牌溢价。例如,奥迪的大灯和四驱技术,宝马的发动机和操控调校技术等等。

不过,随着电气化时代的到来,汽车的结构发生了翻天覆地的变化,原来的“发动机,变速箱,底盘”三大件变成了“电池、电机、电控”三电系统。要想在这个新时代进一步定义豪华,车企们也要在三电系统上做一些新文章,在这方面走在最前沿有奥迪保时捷这些老牌豪门,也有特斯拉、蔚来等新生力量。

保时捷Taycan:史上最强三电温控系统

开过电动汽车的读者都知道,虽然电动汽车没有迷人的声浪,但起步却非常快,开起来要比燃油车更有激情。不过,到了赛道上,大部分电动汽车并不是燃油车的对手,因为电机在频繁地大功率用电时,电池会非常容易过热“歇菜”,即便是特斯拉也会如此。

那么,如何让电动汽车也能在赛道撒欢呢?一般电动汽车,会针对电池设计一套液冷系统,而保时捷Taycan则给出了一套能够覆盖整个三电系统的温控方案。

Taycan的三电系统搭载了两套冷却器和导流设备,拥有三套相互独立的热管理回路:高压组件低温回路、驱动模块中温回路和高压加热高温回路,保证整个三电系统能实现快速地调剂温度。除此之外,保时捷还为Taycan设计了空调导流管,通过功率超10kW的马勒高功率空调压缩机进行更强劲的风冷散热。

强大的散热能力让Taycan拥有持续的高性能表现以及全球领先的超充能力。它可以连续26次0-200 km/h加速性能零衰减,以均速200 km/h的速度在24小时内完成3425公里的耐力测试。而Taycan的快充功率可达350kW,比特斯拉最新的第三代超充还要高出100kW,充电电压高达800V,快充15分钟即可从较低电量充至80%,续航提升400公里。

蔚来ES6:永磁同步+交流异步混搭

初中物理课本告诉我们,电可以生磁,磁也可以生电,这也是驱动电机的主要工作原理。目前电动汽车上最主流的驱动电机是永磁同步电机,其次是交流异步电机(也叫感应电机)。这两种电机都由定子和转子组成,主要区别在于励磁方式(也就是产生磁场的方式)的不同。

永磁同步电机

永磁同步电机的定子设有线圈绕组,转子则由永磁体制成。当线圈通电后就产生不断变化的磁场,吸引定子产生转动。永磁体的转动速度与磁场变化的速度相同,这就是“同步”的含义。

交流异步电机

而交流异步电机的定子和转子都有线圈绕组,电池组中的直流电经过逆变器后转变为交流电,并输送到定子绕组线圈上,定子周围的空间中便产生不断旋转的磁场。

受磁场影响,闭合的转子绕组线圈中就会有电流产生,电流再次产生磁场,并与定子旋转磁场相互作用,转子因此受到旋转的力矩作用,便开始沿旋转磁场的方向旋转起来。但是,转子的转速永远不会与旋转磁场的转速同步。

就像自吸和涡轮发动机一样,永磁同步电机和交流异步电机各有各的长处,也各有各的短板。永磁同步电机效率更高,更省电,但高速巡航时比较费电。而交流异步电机在高转时的效率更高,但中低速运转时却是个耗电大户,二者类似于“你有我无,你无我有”的存在。

为了提高用电效率,蔚来ES6性能版(以及首发纪念版车型)同时搭载了这两种电机,将二者的优势互补,并规避它们的劣势。车辆中低速行驶主要用永磁同步电机,高速巡航则倾向于使用交流异步电机。

这样混搭的驱动方式能够带来显而易见的好处,相比搭载了两台永磁同步电机的ES6基准版,ES6性能版在相同容量的电池组规格下,不仅百公里加速快了近1秒,续航也更长。可以说是“吃的不多,跑的却更快、更远”。

特斯拉Model 3:永磁开关磁阻电机

特斯拉向来是不按常理出牌,除了三番五次的调价,其产品定位也非常“离经叛道”。比如,Model 3的技术含量却比更高级、更贵的Model S和Model X更高。首先是Model 3的电池采用了最新的21700电芯,电子电路系统更先进,最重要的是,它的驱动电机升级到了特斯拉最新研发的永磁开关磁阻电机。

开关磁阻电机

在讨论这种与众不同的电机之前,我们先把“永磁”二字去掉,看一下普通的开关磁阻电机。开关磁阻电机的定子和转子均由硅钢片压制而成,转子既没有线圈绕组,也没有永磁体,定子的凸极上设有线圈绕组。当定子上的线圈通电时,就会吸引转子的凸极靠近,产生转动,线圈在开关装置的控制下轮流通电,转子就会持续转动。

开关磁阻电机拥有结构紧凑、成本低,调速性能好、效率高等众多优点,就像是一种集成了永磁同步电机和交流异步电机的所有优点、同时又规避了缺点的形态。

但开关磁阻电机始终没有被大规模推广开来,主要是因为它有一种叫作扭矩脉动的先天缺陷,这就导致电机会有较大的振动和噪音。直到近几年,人们才发现在定子上加入一些稀土永磁材料,可以大幅缓解扭矩脉动,开关磁阻电机因此迎来了快速发展。

左)开关磁阻电机

右)Model 3的永磁开关磁阻电机

就在人们以为Model 3的开关磁阻电机也会采用这种措施的时候,特斯拉再次出其不意,反而在转子上加入了稀土永磁体。传统的永磁同步电机的永磁材料广泛分布在转子表面上,而在Model 3的电机中,永磁体是少量嵌入在转子表面下方的,这样的设计比在定子中加入永磁体效果更好。据了解,Model 3的永磁开关磁阻电机寿命可达160万公里,比Model S的交流异步电机更小、更轻,能量转换效率达89%,比Model S高出6%。

其实,宝马i3雪佛兰Bolt也应用了这种永磁开关磁阻电机,但特斯拉采用了独特设计的钕铁硼磁体,让电机的综合表现变得更好。

写在最后

传统的燃油车经过了一百多年的发展已经变得非常成熟,很多车迷都对各家车企的发动机、底盘技术如数家珍。而汽车电气化革命刚刚掀起,驱动电机、动力电池的故事也刚刚拉开帷幕。各家车企、尤其是豪华品牌都在想方设法地让驱动电机更小、更强、更长久,让电池容量更大、更安全,各种创新技术层出不穷。究竟哪种电机、哪种电池才是未来的主流,恐怕只有时间才能给出答案。

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