開聊電動汽車-電機篇

現(xiàn)在這年景，許是真的像魯迅先生筆下那位“九斤老太”說的：一代不如一代了。曾幾何時，相聲、脫口秀、喜劇人搞得熱火朝天，只要是能讓人笑出來的節(jié)目，人們就愿意掏大價錢買樂。

由此也拉開了轟轟烈烈的造富運動。在這場運動中，最是賺得盆缽盈滿的當屬那位“舉頭望明月”的郭德綱。雖然有一次他在節(jié)目里說過自己“不止十幾億身價”，但仍然一直謙虛地說自己只是相聲界的一名小學(xué)生。

和郭德綱先生的謙虛相比，國內(nèi)造車新勢力那股子敢把牛皮吹破天的勁兒，就顯得格外扎眼了。

1、百公里加速

這幾年來，各路造車新勢力、自主品牌、傳統(tǒng)巨頭紛紛殺入智能電動汽車這個領(lǐng)域，你方唱罷我登場，一個個擼起袖子加油干，頗有一種天地轉(zhuǎn)光陰迫，一萬年太久只爭朝夕的既視感。

這些電動汽車的新秀們，膽子肥，干勁足，同時也臉皮壯，吹起牛來個頂個地不遑多讓。

每每發(fā)布一款要和諸多小白鼠車主一起打磨、靠后期OTA打補丁的新車時，都會拿出百公里加速這個指標來，彰顯自己的屌炸天。

不知道從什么時候開始，電動車的百公里加速基本都在四秒以下了。更激進的，蔚來EP9百公里加速2.7秒。特斯拉roadster2百公里加速1.9秒。

要知道，在內(nèi)燃機時代，超級跑車百公里加速能夠進入3秒內(nèi)，都相當了不得了。比如百公里加速2.5秒的布加迪威航，2.8秒的蘭博基尼V12超級跑車，各個用的都是汽車界最頂尖的發(fā)動機技術(shù)，為了把風阻降低，車內(nèi)空間已經(jīng)被擠壓得令人發(fā)指了。

但是，且慢，這些沒什么技術(shù)底蘊的新勢力們搞出來的車，竟能秒殺有著百年積淀的傳統(tǒng)燃油車巨頭了？

事出反常，必有蹊蹺！各位瓜友，莫要急，莫要燥，看看下面這張圖，您就一目了然了。

這是新勢力扛把子小鵬汽車的P7和某款燃油車發(fā)動機的扭矩外特性曲線對比圖。看出來沒，電動汽車之所以可以“大力出奇跡”，將你牢牢地按在座椅上，完全是電機的功勞。

因為，牛頓老先生告訴我們：F=ma。

這個公式可謂經(jīng)典力學(xué)的靈魂。初中英語老師解讀為：Bigger,Stronger,Faster，星爺《功夫》里的油炸鬼則說：能力越大，責任越大！

正是電機加速階段的恒轉(zhuǎn)矩特性，使其可以瞬間輸出大力矩，產(chǎn)生爆表的加速度，才會帶來極致的推背感，秒殺一眾內(nèi)燃機車！

各位特斯拉的友商們，不要再貪天之功了好不好？

2、電機

輕彈琴，慢煮茶，今天拉拉電機的呱！

在我們的日常生活里，空調(diào)、洗衣機、吹風機、電風扇、各類電動工具，雖然我們看不到摸不著，卻哪哪都離不開電機。

這幾年經(jīng)常有人說起這樣的話：如果你覺得歲月靜好，那是因為有人在替你負重前行。沒錯，電機就是那個默默扛下所有、隱身幕后的英雄。

從汽車動力總成的架構(gòu)上來看，燃油車和電動車都是一邊吃，一邊拉，儲能系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)兩把抓。在電動汽車里，驅(qū)動系統(tǒng)的核心便是電機。

它就是那個先對電池包來個吸星****，再來一招乾坤大挪移，把電能轉(zhuǎn)換成動能的無忌哥哥。

講完作用，再講原理。

電機的原理是法拉第老爺子發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)定律：電生磁，磁生電。

您可不要把它理解為中國古人常說的蛋生雞，雞生蛋。蛋雞背后的哲學(xué)本質(zhì)是無中生萬有，道中生萬物，而電磁背后的哲學(xué)本質(zhì)則是電磁不可分割，永世糾纏交織的共生共滅。

電動汽車里的電機為交流電機，分享一個動圖，大家體會一下它是怎么動起來的。

一言以蔽之：三相定子繞組疊加產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，吸引著轉(zhuǎn)子追著不斷旋轉(zhuǎn)的磁場一直轉(zhuǎn)。

大家可以想象一頭驢在拉磨，它想磨洋工，想偷懶，主人就會在它前面掛上一根蘿卜，吸引著它，又讓它偏偏吃不著，于是，這頭傻驢就追著蘿卜轉(zhuǎn)了一圈又一圈。。。

沒錯，定子繞組就是那根蘿卜，轉(zhuǎn)子就是那頭傻驢！

關(guān)于這三個定子繞組是怎么產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，大家看這張動圖時，需要同時具備“空間”和“時間”兩個視角。

從空間上來看，ABC三相繞組在360度空間上依次排開，空間上的相位差為120度，這是一目了然的。

從時間上來看，ABC三相繞組電壓的波形在時間上相差了三分之一個周期，比如說繞組電壓的頻率為50Hz，一個時間周期對應(yīng)20毫秒，ABC三相在時間上便是各自相差了6.67毫秒。

空間位置相差120度、時間相位相差三分之一個周期的三個正弦型的繞組電壓，合成的空間電壓矢量便是一個幅值恒定、旋轉(zhuǎn)頻率等于繞組電壓頻率的圓形軌跡。

考慮到有的瓜友想燒燒腦，在這里，筆者用一些簡單的初中數(shù)學(xué)，給大家做一個推導(dǎo)。

設(shè)U_m為相電壓幅值，ω為電源頻率，則有：

那么，合成空間矢量Us(t)可以表示為：

看到了吧，合成的空間矢量的幅值為相電壓幅值的1.5倍，而且，其旋轉(zhuǎn)速度為相電壓的電源頻率，所以它的軌跡就是電機領(lǐng)域里常說的矢量圓。就是它，一直帶著轉(zhuǎn)子愉快且平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)的。

插句題外話，電機有單相、雙相、三相、四相。。。為什么選擇三相，是因為老子在道德經(jīng)里說了：“道生一，一生二，二生三，三生萬物。。?！?/span>

‘三’可是一個“小滿未滿、充滿了古人智慧”的好數(shù)字??！

不過，定子合成的磁場在旋轉(zhuǎn)，倘若轉(zhuǎn)子沒有磁鏈，電機也照樣玩不轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子上的磁可以來自于電，也可以來自轉(zhuǎn)子的先天。在電動汽車里，轉(zhuǎn)子上纏繞組，不僅電生磁還要磁生電的，就是交流感應(yīng)電機（AICM），轉(zhuǎn)子本身帶永磁體，先天就帶著磁鏈的，便是永磁同步電機（PMSM）。

電機類型那么多，咱嘮的便是AICM和PMSM這倆嗑。

3、AICM和PMSM

交流感應(yīng)電機又叫交流異步電機。稱之“交流”，因為定子繞組通的是“交流電”；稱之“感應(yīng)”，因為轉(zhuǎn)子磁場是通過電流“感應(yīng)”而來；稱之“異步”，因為轉(zhuǎn)速和定子通電頻率不同，兩者“異步”，有個轉(zhuǎn)差。

永磁同步電機，稱之“永磁”，因為轉(zhuǎn)子上不纏繞組，由永磁體制成；稱之“同步”，因為轉(zhuǎn)速和定子通電頻率相同，兩者“同步”。

這兩款電機都在電動汽車上大放異彩。

比如蔚來ET7，它的動力系統(tǒng)是前置永磁同步電機，最大功率180千瓦，后置感應(yīng)電機，最大功率300千瓦。特斯拉神車Model 3也是“前永磁、后感應(yīng)”的雙電機配置。

之所以這么搭檔，是因為ACIM動力性能更強，PMSM效率更高，雙電機配置可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

這兩款電機的優(yōu)缺點也都比較明顯。

交流異步電機定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊壓而成，皮實抗造，價格低廉，繞組銅線耐高溫，從而高速性能顯著，但由于轉(zhuǎn)子繞組需要電勵磁，所以效率較低。永磁同步電機轉(zhuǎn)子不用繞組勵磁，效率較高，但永磁體的成本高，且不耐高溫，容易出現(xiàn)高溫退磁，電機穩(wěn)定性較差。

綜合來看，永磁電機效率高，能保證更長的續(xù)航，但成本高，所以整體功率占比較低；感應(yīng)電機成本低，整體功率占比較高，同時它耐高溫，能保證更強的性能表現(xiàn)。

頭幾年，特斯拉還只用交流感應(yīng)電機的時候，還能聽到永磁同步電機和交流感應(yīng)電機之爭，以及稀土永磁供應(yīng)鏈的陰謀論，現(xiàn)在大家的中高端車型都用雙電機了，ACIM+PMSM成了行業(yè)標配，這方面的爭論也就淡下來了。

目前，車用電機的主要發(fā)展趨勢是扁線、油冷技術(shù)、碳化硅控制器。

扁線技術(shù)是在繞組上用扁線取代圓線，在相同的空間內(nèi)便可以塞下更多根電線，從而提高功率密度。

油冷技術(shù)為大功率散熱而生，在定子疊片上設(shè)計出油孔，向繞組上不斷噴油帶走高溫。水冷？想想永磁電機的高溫退磁。

碳化硅控制器則是為了應(yīng)對高速轉(zhuǎn)動而生的。據(jù)說，IGBT的開關(guān)頻率快要不足以支撐地表最強電機的高轉(zhuǎn)速了。。。。

電機的嗑還能再嘮一大車，有機會再跟大家慢慢說！

文：蘭陵笑笑生