開(kāi)聊電動(dòng)汽車(chē)-電機篇

現在這年景，許是真的像魯迅先生筆下那位“九斤老太”說(shuō)的：一代不如一代了。曾幾何時(shí)，相聲、脫口秀、喜劇人搞得熱火朝天，只要是能讓人笑出來(lái)的節目，人們就愿意掏大價(jià)錢(qián)買(mǎi)樂(lè )。

由此也拉開(kāi)了轟轟烈烈的造富運動(dòng)。在這場(chǎng)運動(dòng)中，最是賺得盆缽盈滿(mǎn)的當屬那位“舉頭望明月”的郭德綱。雖然有一次他在節目里說(shuō)過(guò)自己“不止十幾億身價(jià)”，但仍然一直謙虛地說(shuō)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，國內造車(chē)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(lái)，各路造車(chē)新勢力、自主品牌、傳統巨頭紛紛殺入智能電動(dòng)汽車(chē)這個(gè)領(lǐng)域，你方唱罷我登場(chǎng)，一個(gè)個(gè)擼起袖子加油干，頗有一種天地轉光陰迫，一萬(wàn)年太久只爭朝夕的既視感。

這些電動(dòng)汽車(chē)的新秀們，膽子肥，干勁足，同時(shí)也臉皮壯，吹起牛來(lái)個(gè)頂個(gè)地不遑多讓。

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

不知道從什么時(shí)候開(kāi)始，電動(dòng)車(chē)的百公里加速基本都在四秒以下了。更激進(jìn)的，蔚來(lái)EP9百公里加速2.7秒。特斯拉roadster2百公里加速1.9秒。

要知道，在內燃機時(shí)代，超級跑車(chē)百公里加速能夠進(jìn)入3秒內，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(chē)，各個(gè)用的都是汽車(chē)界最頂尖的發(fā)動(dòng)機技術(shù)，為了把風(fēng)阻降低，車(chē)內空間已經(jīng)被擠壓得令人發(fā)指了。

但是，且慢，這些沒(méi)什么技術(shù)底蘊的新勢力們搞出來(lái)的車(chē)，竟能秒殺有著(zhù)百年積淀的傳統燃油車(chē)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(chē)的P7和某款燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機的扭矩外特性曲線(xiàn)對比圖?？闯鰜?lái)沒(méi)，電動(dòng)汽車(chē)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(gè)公式可謂經(jīng)典力學(xué)的靈魂。初中英語(yǔ)老師解讀為：Bigger,Stronger,Faster，星爺《功夫》里的油炸鬼則說(shuō)：能力越大，責任越大！

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

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、洗衣機、吹風(fēng)機、電風(fēng)扇、各類(lèi)電動(dòng)工具，雖然我們看不到摸不著(zhù)，卻哪哪都離不開(kāi)電機。

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

從汽車(chē)動(dòng)力總成的架構上來(lái)看，燃油車(chē)和電動(dòng)車(chē)都是一邊吃，一邊拉，儲能系統、驅動(dòng)系統兩把抓。在電動(dòng)汽車(chē)里，驅動(dòng)系統的核心便是電機。

它就是那個(gè)先對電池包來(lái)個(gè)吸星****，再來(lái)一招乾坤大挪移，把電能轉換成動(dòng)能的無(wú)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)現的電磁感應定律：電生磁，磁生電。

您可不要把它理解為中國古人常說(shuō)的蛋生雞，雞生蛋。蛋雞背后的哲學(xué)本質(zhì)是無(wú)中生萬(wàn)有，道中生萬(wàn)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(dòng)汽車(chē)里的電機為交流電機，分享一個(gè)動(dòng)圖，大家體會(huì )一下它是怎么動(dòng)起來(lái)的。

一言以蔽之：三相定子繞組疊加產(chǎn)生一個(gè)旋轉的磁場(chǎng)，吸引著(zhù)轉子追著(zhù)不斷旋轉的磁場(chǎng)一直轉。

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

沒(méi)錯，定子繞組就是那根蘿卜，轉子就是那頭傻驢！

關(guān)于這三個(gè)定子繞組是怎么產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)的，大家看這張動(dòng)圖時(shí)，需要同時(shí)具備“空間”和“時(shí)間”兩個(gè)視角。

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

從時(shí)間上來(lái)看，ABC三相繞組電壓的波形在時(shí)間上相差了三分之一個(gè)周期，比如說(shuō)繞組電壓的頻率為50Hz，一個(gè)時(shí)間周期對應20毫秒，ABC三相在時(shí)間上便是各自相差了6.67毫秒。

空間位置相差120度、時(shí)間相位相差三分之一個(gè)周期的三個(gè)正弦型的繞組電壓，合成的空間電壓矢量便是一個(gè)幅值恒定、旋轉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(jiǎn)單的初中數學(xué)，給大家做一個(gè)推導。

設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(shuō)的矢量圓。就是它，一直帶著(zhù)轉子愉快且平穩地旋轉的。

插句題外話(huà)，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(shuō)了：“道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物。。?！?/span>

‘三’可是一個(gè)“小滿(mǎn)未滿(mǎn)、充滿(mǎn)了古人智慧”的好數字??！

不過(guò)，定子合成的磁場(chǎng)在旋轉，倘若轉子沒(méi)有磁鏈，電機也照樣玩不轉。

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

電機類(lèi)型那么多，咱嘮的便是AICM和PMSM這倆嗑。

3、AICM和PMSM

交流感應電機又叫交流異步電機。稱(chēng)之“交流”，因為定子繞組通的是“交流電”；稱(chēng)之“感應”，因為轉子磁場(chǎng)是通過(guò)電流“感應”而來(lái)；稱(chēng)之“異步”，因為轉速和定子通電頻率不同，兩者“異步”，有個(gè)轉差。

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

這兩款電機都在電動(dòng)汽車(chē)上大放異彩。

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

之所以這么搭檔，是因為ACIM動(dòng)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(diǎn)也都比較明顯。

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

綜合來(lái)看，永磁電機效率高，能保證更長(cháng)的續航，但成本高，所以整體功率占比較低；感應電機成本低，整體功率占比較高，同時(shí)它耐高溫，能保證更強的性能表現。

頭幾年，特斯拉還只用交流感應電機的時(shí)候，還能聽(tīng)到永磁同步電機和交流感應電機之爭，以及稀土永磁供應鏈的陰謀論，現在大家的中高端車(chē)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(lái)了。

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

扁線(xiàn)技術(shù)是在繞組上用扁線(xiàn)取代圓線(xiàn)，在相同的空間內便可以塞下更多根電線(xiàn)，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對高速轉動(dòng)而生的。據說(shuō)，IGBT的開(kāi)關(guān)頻率快要不足以支撐地表最強電機的高轉速了。。。。

電機的嗑還能再?lài)Z一大車(chē)，有機會(huì )再跟大家慢慢說(shuō)！

文：蘭陵笑笑生