進入2025年,新能源汽車充電效率越來越高,電機功率也越來越大。
比如在目前的新能源汽車上,有些車型的單電機峰值功率已經來到580kW,跟燃油時代V10、V12發動機的功率相差無幾,堪稱恐怖。
很多人擔心:如此高的電機功率水平放在非性能車上,"馬路殺手"會不會暴增?
其實也別被新能源汽車電機功率完全嚇到了,我們今天聊點基礎內容。
峰值功率還是額定功率?
首先?新能源汽車的電機峰值功率和燃油車發動機的峰值功率實際上并不能相提并論。
關于電機這里面有兩個概念,一個是車企喜歡宣傳的峰值功率,一個是額定功率。
峰值功率就是我們在車輛配置表上能夠看到的數據。
但受限于電機的散熱、電池的放電效率等原因,比如電機的功率輸出本質是電能到機械能的轉化,這個過程中因為焦耳損耗、鐵損等會產生大量熱量。
如果長期高功率輸出,電機產生的熱量可能會超過散熱系統能力,會導致電機絕緣層、永磁體退磁等永久性損壞。
這種工作特性決定了電機高功率輸出的時間不會很長,通常在30秒以內。
額定功率就是指電機在正常工作條件下,長期運行時所允許的最大輸出功率。
通俗點理解,峰值功率決定純電車的零百加速、爬坡、超車這些非常規場景,而額定功率和純電車日常駕駛以及高速持續巡航的能力有關。
類似比亞迪漢L EV功率最大的后驅電機,它的峰值功率為580kW,額定功率為300kW,額定功率超過峰值功率的50%,已經是很優秀的水平了。
一些純電車型電機的峰值功率和額定功率可能會相差很大,甚至達到一倍以上。
因此,我們也能夠看到很多純電動車,雖然它的零百加速很強,但極速卻沒有燃油車高,一部分原因也在這。
除了沒有變速箱調節轉速,電機在更高速度下峰值功率反而還會下降,導致最高車速上不去。
發動機這里也有兩個概念,一個是最大(額定)功率,一個是最大凈功率。
只是和電機不同的是,發動機的工作特性不會有散熱、功率輸出受限等問題。
所以發動機最大功率和凈功率的區別,僅僅是排除掉燃油車上發電機和空調等附加設備的功率損耗。
其最大功率和凈功率相差很小,我們在燃油車車輛銘牌也能看到實際發動機凈功率數據。
只是對于新能源車來說,我們在車輛銘牌上看到的基本是電機峰值功率,而非額定功率。
電機峰值功率越來越高,額定功率也會越高,就目前純電車峰值功率動輒媲美燃油車V6、V8動力水平的情況下,即便額定功率和峰值功率相差較大,對于我們日常使用來說其實也足夠了。
交流異步電機和永磁同步電機?
純電動車的電機也分不同類型,比如我們最常聽到的基本是永磁同步電機和交流異步電機兩種。
兩種電機在基礎結構一樣的,包括一個固定的“定子”,一個旋轉的“轉子”。
當定子通電即產生一個旋轉磁場,旋轉磁場將切割定子中的轉子,從而使轉子產生感應電流。
而產生感應電流的轉子本身又在定子旋轉磁場中產生電磁力,進而在電機轉軸上形成電磁轉矩,從而把電能轉換成機械能驅動電動機旋轉。
這種通電導體(產生感應電流的轉子)在磁場中受力運動的過程中就是電機的工作原理。
這也是交流異步電機的基本工作原理,交流異步電機的轉子纏繞有大量繞組線圈,產生感應電流進而在磁場中旋轉。
所以交流異步電機又被稱為感應異步電機。
異步是什么意思?
線圈繞組的轉子和定子的旋轉磁場始終存在速度差,兩者轉速相同后,就不存在轉子切割磁感線運動了,也就沒有感應電流存在。
沒有感應電流轉子就沒了感應磁場,轉子就不轉了。
轉子一停,切割磁感線運動又出現了,也就是說:轉子的運動和定子旋轉磁場總會差上一步。
交流異步電機
永磁同步電機和感應異步電機的不同就在于,永磁同步電機的轉子本身就是永磁體。
它本身已產生固定方向的磁場,只要定子通電,定子的旋轉磁場就能一直帶著轉子旋轉,兩者一直保持同步轉速,所以稱之為“永磁同步”。
且因為轉子和定子旋轉磁場始終同步,永磁同步電機功率密度、扭矩密度、低速大扭矩輸出的響應也都更好,也更易控制。
只要控制定子的電流頻率大小,即可控制轉速。
相比起交流異步電機,永磁同步電機省去中間的轉子感應帶電進而再產生磁場的過程,還提升了能量轉化效率。
交流感應電機的轉子感應是通過在轉子上線圈繞組產生的,線圈繞組其實會帶來電阻損耗。
而永磁同步電機轉子是永磁體,沒有了線圈繞組,也就沒有了這部分損耗產生。
另外,永磁同步電機采用永磁體轉子,而非線圈繞組感應轉子,一般體積也比較小,再加上能量轉化效率高,在續航表現上會有一定優勢。
從目前車輛應用上,永磁同步電機占比非常高,從宏光MINIEV(參數丨圖片)到保時捷Taycan都能看到它的身影。
不過因為永磁同步電機中的永磁體需要用到釹鐵硼(NdFeB)等稀土原料,在永磁同步電機中,永磁體要占整個電機成本的一半左右。
相比之下,用不到永磁體做轉子的交流異步電機成本就低很多,日常生活中的洗衣機、電風扇等基本是交流異步電機。
此外,永磁同步電機還存在一個問題,高速狀態下電機需要進行弱磁控制,也就是生成一個逆向磁場來削弱永磁體的磁場,這會降低電機高速效率。
而交流異步電機的轉子磁場是感應產生的,所以減少電流輸入即可。
永磁體還易受高溫影響,因為高溫會不可逆的消磁。
在電機高轉速、高負載情況下,永磁同步電機相比交流異步電機就沒了優勢了。
之前只采用永磁同步電機的純電動車,極速性能往往限制在180km/h左右。
保時捷Taycan雖然采用前后永磁同步電機,極速也超過200km/h,但它是通過一臺放置于后軸的2擋變速箱來解決這個問題。
類似于蔚來ET5、ET7,特斯拉Model 3等車的四驅版本,電機通常則是后永磁同步+前交流異步電機的方案,既能保證低速狀態下的動力響應、能耗等,也能保證高速性能。
不過也有異類,比如特斯拉Model X是前永磁同步+后交流異步電機的搭配。
大概是因為永磁同步電機體積更小的原因,所以近十年前誕生的特斯拉Model X竟然也能具備183L的前備廂容積。
其實除了主流的交流異步電機和永磁同步電機,市場上還有少數的車企比如寶馬采用的勵磁電機。
勵磁電機在原理上和永磁同步電機差不多,都是同步電機。
寶馬第六代勵磁電機(后)
差異在于磁場的產生方式:勵磁電機是把轉子上提供磁場的永磁體換成了電勵磁線圈,可以通過直接調整線圈的電流改變磁場強度,相當于功率輸出與勵磁電流直接相關,根據運行工況提供合適的勵磁即可。
所以勵磁電機對于電機功率輸出控制也更為線性,低速性能優異,高轉速下也可以做到穩定、持續的功率以及扭矩輸出。
不過勵磁電機是需要一個滑環碳刷裝置將勵磁電流引入,也就是電刷。
這個東西會磨損產生粉塵對電機有影響,讓電機有了一定維護周期,所以這類電機能否成為主流也要看車企的技術迭代了。
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