不久前,在一个汽车朋友技术交流论坛上,我遇见了一位汽车朋友,说电动汽车必须采用变速箱才能代表先进。原因是:一是什么100公里加速2秒以内的电动超跑(因为太小,暂时不提)。一个是保时捷泰坎。他们都用了变速箱。保时捷都在使用的技术路线,是不是很先进?嗯?
说实话,每次听到类似的言论,心里都很奥妙。感觉民间有太多的车友还没有放下“品牌迷信”,我无数次强调过“再伟大的工程师也绕不过物理定律的限制”,似乎没有效果。那么,今天再来打破这一“品牌迷信”,看看电动汽车用变速器是否代表先进,或者说没有办法!
电动车的“终极形象”:
“四个轮子四个马达”
对不起:我怎么插四个变速箱?
理想情况下,运动基因最强大的汽车将是我们称之为全时四驱的“四轮传承”结构。毫无疑问,全时四驱系统不管雨天和雪地,抓住的稳定性最强。但是,传统燃油车考虑到车身结构、配重、机械复杂化等因素,一般只依靠个别品牌的会费力量进行全时四轮车。
这种苦恼在电动汽车中根本不存在。例如,传统汽车为了控制中心,使用复杂的水平对齐引擎,电动车的电池在车的底部,所以整个车的中心也在底部。你想全时开4个驱动器吗?很简单!四个轮子装有四部马达!
例如,我们可以采用最成熟的“车轮马达”方案,就是高速马达齿轮减速后可以直接驱动车轮。同时,如果让4台电机在“恒定功率自适应”状态下工作,每台电机将根据工作阻力自动调整转速,因此不需要人工操作。
如果你认为这还不够,想想变速箱,你对我说。“你怎么在一辆车上塞了4个完整的变速箱?(威廉莎士比亚、变速箱、变速箱、变速箱、变速箱、变速箱、变速箱、变速箱)?或者邀请保时捷或者所谓的超级跑步企业为大家表演这种绝技?——答案是:他们做不到!那么你肯定会质疑我:那么,人们为什么要做变速箱呢?
电动车想用变速箱。
本质是“不能使用理想的马达”。
异步电动机:效率太低
事实上,真正的原因是两个字:无助!不得不在哪里?——工程师们不得不面对的“没有理想马达”的尴尬!比如早期特斯拉坚持使用感应电机,这个电机调速技术非常成熟,启动性能也非常好,不太方便配合变频器!
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但是异步电机不管你怎么改进,先天缺陷永远绕不开:效率低!尤其是轻载,或者起步瞬间、还有起步后的低转速区间……即使特斯拉花了老鼻子力气去改进它,高转速效率提高了不少,但起步、轻载、低速时的效率……特斯拉哭昏在厕所……
那时候马斯克整天都想着干脆给特斯拉配一台“2挡变速箱”得了!企图用这办法尽量让电机维持高转速。但结构越搞越复杂,想想还是放弃算了!要不然后来特斯拉在MODEL 3和MODEL Y上全系采用全新的同步磁阻电机?这么说您总明白了吧?
2. 永磁同步电机:依赖稀土
高温有退磁危险
无法连续大功率、大扭矩
而国内国外其他“主流”车企则纷纷选择了效率更高的——永磁同步电机!不为别的,因为这种电机,纸面参数看起来很漂亮,而且技术难度不大(能造无刷电机的厂家都能造)。更关键的是轻载、低速时的效率已经很高,看起来一切都很美好。
但是永磁同步电机是否就没缺点了呢?当然不是!它的主要缺点有3个:第一个缺点是需要占用国家珍贵的稀土矿物资源,完全不符合长久发展之计;第二个缺点是它不允许长期大扭矩连续输出;第三个缺点是它压根就无法自己启动(启动时需要用别的电机带动)!
第一个缺点咱就不展开说了。第二个缺点也很好理解:永磁电机在连续大扭矩、大功率输出后,电机温度会升的很高,而稀土永磁材料对高温敏感,会有永久性损伤的巨大风险!虽说电机外壳可以冷却,但转子独立冷却的技术难度不低,稀土永磁材料又刚好在转子上……咋办?限制功率和扭矩呗!
3. 永磁同步电机:启动方式特殊
频繁启停非常耗电
第三个缺点就几乎没人知道了!永磁同步电机是没有“自己起步的能力”的!说它“启动时需要用别的电机带动”其实一点都没错:事实上永磁同步电机的转子上,通常都有“异步启动绕组”。——其实这个“异步启动绕组”就相当于是一台“异步电机”。
电机起步时,“异步启动绕组”先旋转起来,把整个转子的转速拉起来,一直等到转子的转速接近电机的“同步转速”后,整台电机才进入到“同步状态”(这时候效率极高!),之后“异步启动绕组”才“功成身退”。(在电机进入“同步状态”之前,效率是很低的!)
所以永磁同步电机虽然低转速、中转速、高转速下,效率都很高。但是在起步的瞬间,效率是低的吓人的(和异步电机接近,只有约30%左右的效率)!——可以想得到,如果一台车遭遇拥堵,一会儿起步一会儿停下,那永磁同步电机在这种情况下,一丝一毫的效率优势都没有!
“存在于理想中的电机”还没有
因此用变速箱解决效率和扭矩问题
商用车上十分普遍,并不神秘
又想要电机尽可能长时间的连续爆发大功率、大扭矩;还想尽可能让电机维持在高效率区间,怎么做?——2条路:要么找到其他原理,综合性能更好的电机!要么……很简单嚒!加上变速箱不就完了?
要说“存在于理想中的电机”一定是混合励磁/电励磁双凸极电机(开关磁阻电机的变种),需要配合非常先进的数字矢量控制技术。但要大规律运用还有距离(这种电机啥都好,就是噪音实在有点感人),等到解决噪音问题,未来必成主流!
一条路暂时走不通,那就剩下另一条路了——变速箱!其实纯电动车+变速箱,这件事情在我看来是一点都不稀奇!有什么可觉得神秘高端的?如果你熟悉商用车(大巴车、大卡车、油罐车那些……),你去看看国内的上汽红岩石、济南重汽他们,电动水泥车、电动自卸车,只要是用永磁同步电机的,哪一台没有变速箱?法士特6挡AMT变速箱用的不要太多哦!说到这里,还觉得保时捷技术很超前么?
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