2019-04-28 18:51:35 佚名

A彬彬有愛

F1方程式賽車已經是混合動力，電動汽車也有F·E方程式賽車。

用電動汽車進行F1等級賽事可能是很多人沒有了解和難以置信的，但事實確實有而且同樣屬於FIA國際汽車聯合會，全稱為【FIA formula E championship】，是以為E級方程式錦標賽，目前的關注度僅次於F1。

電動機的運行原理相比普通內燃機有明顯的優點但對於賽車而言也有明顯的不足，恆扭矩發力電機的主要特點，在通電之後電磁場形成的瞬間可以讓電機爆發峰值扭矩，這是任何內燃機都做不到的。

不過電機也有恆功率扭矩下滑嚴重的問題，民用車不需要極高的車速但F1賽車不同，在高功率運行中轉速提高扭矩下降車輛的加速能力會嚴重降低，所以FE方程式的車速被限制在了250km/h以下。

極速過低會導致賽車的觀賞性下降，而且幾乎所有的車輛動力元以及電池技術都在同一個瓶頸，主要區別是變成了汽車的空氣動力學設計，這就導致了FE賽車更像是一場“選美大賽”，對於駕駛技術的要求會越來越低。

重點這場比賽還是“無聲”的進行，電機不存爆燃也就幾乎沒有震動而震動是聲音的基礎，傳統的F1賽車作為觀眾體驗的不僅是視覺效果和對駕駛技術的分析，更重要是賽車的咆哮非常能刺激神經，沒有了聲音的賽車運動是有些食之無味的。

所以FE賽車的關注度並沒有F1高，而且F1和FE同屬國際汽聯也不好重合，所以FE短期內不會有更大的發展、F1也不會純電動化，不過混動是必然的。

民用車使用的油電混合技術源自F1賽事，很多先進的技術也都是在這場賽事中催生最終應用與民用車。F1賽車在節能減排的硬性要求下導致了發動機缸數越來越少、排量越來越小，小到用六缸1.6L，想要在這樣一臺發動機上充分榨取動力只能利用混動技術。

主流的F1發動機為1.6L V6 HEV，在發動機的基礎上增加兩臺電機，第一臺電機與發動機的曲軸相連，其作用是在加速時輔助發力；這種結構也就是混動汽車裡所謂的MHEV輕混，只不過F1賽車使用的電機不會像量產車一樣小到只有10kw左右，按照KERS系統的要求限定值為60kw，該電機以恆扭矩發力的特點體現了對加速的重要性。電機消耗的電力為電機本身製造，這種電機叫做BSG發電啟動一體機自帶發電功能，其次動能回收也是F1賽車獲取電能的重要環節之一。

另一臺電機是與渦輪增壓器相連，F1賽車要求車輛只能只用單渦輪增壓器，該增壓器在發動機排氣量不足夠大之前轉速難以升高，在初期階段利用電渦輪升高增壓器轉速也能夠獲取更早、更快、更大壓縮程度的進氣，這臺電機的作用等於電輔助渦輪。

這一系統屬於高級別的輕混系統，概念屬於混合動力但還沒有真正的純電驅動系統，BSG電機並不能做到以電機獨立帶動曲軸運轉，所以F1方程式賽車仍然屬於燃油車。

在FIA複雜的管理下F1很難實現全面電動化，但隨著電動汽車關注的提升最終FE是可以和F1分庭抗禮的，只是如何讓FE沒有那麼安靜是個難題。

（上文由天和Auto撰寫，僅代表個人觀點；禁止站外轉載，平臺內歡迎轉發。）

天和Auto

F1賽車，以及WEC（世界耐力錦標賽）最高的LMP1組別賽車，作為人類賽車金字塔頂尖的賽事，已經進入混動時代很多年了。

近年來，電動汽車逐步普及，大家都知道電動汽車加速很快。但是為什麼電動賽車遲遲不能進入大眾的視野，是什麼技術的瓶頸，阻礙了電動賽車的發展？

先來看一下，現在大家能聽到的一些電動賽事。

Formula E 電動方程式錦標賽

其實純電動的方程式比賽在2014年就已經誕生了。Formula E全名為國際汽聯電動方程式世錦賽 (FIA Formula E Championship)，其揭幕戰還是在北京奧林匹克中心街區舉辦的。

但是和F1不同，FE的比賽有一點奇怪——

首先，FE賽車的續航里程較短。

與F1賽車頻繁換胎不同，FE賽車更加戲劇化。在前四季FE賽事中，正賽期間，車手必須強制進站換車一次。F1賽車可以一口氣跑300多公里，而FE賽車28kWh的電量僅僅只能夠跑完半場比賽。

其次，雖說是賽車，但輸出功率並不大。

賽車在正賽中會開啟“節電模式”，最大輸出功率將被限制在150kW。只有贏得FanBoost的車手，才可以獲得5秒額外30kW的動力輸出（每輛車），將賽車動力暫時提高到180kW。

（FanBoost：FE也是全球首個允許粉絲切實參與到賽事中的競技項目。粉絲可以通過這一FE獨有的互動機制為自己喜愛的車手投票，票數排名前三的車手能在比賽中獲得額外的能量，並且有機會在比賽中使用一鍵加速按鈕。）

180kW是什麼概念？大概瞭解一下，雖說各大車隊都不公佈，2018賽季F1賽車動力系統MGU的輸出功率在730kW左右；或者說一輛售價25w左右的凱迪拉克ATS-L的發動機，差不多就是180kW……

最後，F1和FE的自主開發程度相差甚遠。

F1賽車是完全自主設計，代表了一個品牌的極端實力，不僅是品牌宣傳，更是試金石。現在看來非常普通的渦輪增壓、ESP等都是從F1開始發展，逐漸進入民用車型的。技術的積累與實踐，就是這麼一步步探索出來的。

對比之下，FE賽車還相差甚遠，或者說，是在和民用高性能車的技術同步進步。在第一賽季（2014-2015年），FE參賽的賽車全部由統一的供應商提供，各車隊沒有進行自主研發，冠名車隊，執行的更多是賽事運營方面的任務，蔚來車隊在第一賽季中獲得最佳車手這件事和電動賽車技術，好像也沒太大關係。

從第二賽季起，FIA規則對動力總成中除電池以外的部件開放了研發和修改的權限，允許車隊自行開發電機、逆變器和變速箱，FE第五賽季（2018-2019）開始使用二代賽車，相信各車隊的技術實力也能可見一斑。

但根據國際汽聯電動方程式錦標賽中文官方網站目前公佈的車隊信息來看，代表中國出戰的隊伍只有一支，那就是在第三個賽季加入該賽事的鈦麟車隊，而蔚來車隊依舊是披著英國隊的戰衣，這有點令人費解。

中國大學生電動方程式汽車大賽

大學生電動方程式大賽，由於面向的參賽者是在校的汽車專業學生，所以在汽車業內的知名度較高。

同類型的賽事，在德國、英國、奧地利等賽車運動高度發達的國家都有舉辦。2012年起，這項賽事在中國也已經落地生根。

這項賽事中，各參賽車隊的在校大學生們，按照賽事規則和賽車製造標準，在一年的時間內自行設計和製造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優異表現的小型單人座純電動方程式賽車，能夠成功完成全部賽事環節的比賽。

千萬不要小看大學生製造的賽車哦，電動汽車百公里加速的世界紀錄，就是由大學生方程式電動賽車打破並保持的。

說出來怕嚇到大家，其所創造的世界紀錄是1.513s。相比之下，自由落體的百公里加速時間大概是2.8s，F1賽車的百公里加速時間則是2.3s左右。要完成1.51s的百公里加速，不能光靠動力強勁，電機精準快速的扭矩控制，底盤、輪胎、空氣動力的精準調節都不可少，天氣和道路狀況也很重要。

時速0 - 100 公里只要1.5 秒！學生打造電動車破世界紀錄

可以說，大學生組成的團隊能實現這一的技術突破，實屬不易，值得關注。但是，畢竟這項賽事的車手由大學生來擔任。賽車只需要完成一項時長為22分鐘的耐久賽事，其續駛里程與FE不不可同日而語。而且其為了確保完成22分鐘的耐久賽，往往會主動限制電機的功率。

Electric GT

相較於FE，Electric GT賽事是嶄新的面孔。這項賽事，將以高達778hp並大幅輕量化的Tesla P100D作為統一規格的賽車，首場賽事2018年11月4號開跑。這將是在FE之後，第二個世界級電動車賽事，也是世界性的首個電動房車GT賽事。

全新一季的Electric GT將由八場分戰巡迴賽事組成，賽道皆為FIA賽事認證。賽事規則為每場20臺車同場競技，每一戰賽事將包含排位賽，與兩場60分鐘的正賽。

回到技術層面，電動賽車，既要跑得快，又要跑得遠（至少150km），在賽事的舉辦過程中，是什麼限制了賽車的動力和里程？工程師們究竟面臨了什麼樣的技術難題？

第一個難題 · 裝多少電池與續駛里程之間的矛盾

賽車與民用車不同，要考慮動力性，空氣動力學特性，不能一味降低阻力；想要跑到足夠遠，只有增加電池的能量。

最簡單的辦法，當時是堆更多的電池。但是賽車領域，尤其是高級別的方程式賽車在設計時，對於重量是錙銖必較的。考慮到方程式賽車的佈置，電池只能佈置在尾側廂、動力單元兩側特定區間內，如果重量過大，會導致賽車前後配重不平衡，或者繞Z軸的轉動慣量過大等問題，從而變得難以操控。

第二個方法，是在能量密度上做文章。電池的能量密度，是電池平均單位體積或質量所釋放出的能量。

重量受限，空間受限？能量密度上去了，同樣的重量和空間裡，就能儲存更多的能量。話說著簡單，但要做到這一點，首先需要電化學技術，以及隔膜正負極封裝工藝等有著整體的上升。這是汽車行業的內功，真實世界裡沒有“九陽神功”可以練，只能踏踏實實一步一步來。一味追求能量密度的提升，或許會“走火入魔”，帶來後面的問題。

第二個難題 · 電池的能量密度與放電倍率之間的矛盾

有時候，我們能見到用“功率型”或者“能量型”來描述一款電池。這種描述背後的潛臺詞是——充放電功率和能量密度在某種程度上是一種矛盾，在充放電功率不變的情況下，增大電池能量密度很難。

能量型：以高能量密度為特點，主要用於高能量輸出的蓄電池

功率型：以高功密度為特點，主要用於瞬間高功率輸出、輸入的蓄電池

提高電池能量密度最直接的方法就是提高正極活性物質佔比，在一定的體積和重量限制下，我們希望正極活性物質多一些，再多一些。因此能量密度高的電池，電極表面活性材料更厚，壓實密度更大。而充放電倍率和鋰離子遷移速度直接相關，塗層增厚會降低鋰離子擴散速度，壓實密度增大，會使粒子間隙變小，也不利於鋰離子快速擴散，從而降低充放電倍率。

另一方面，採用更輕更薄的隔膜材料，更纖細的BUSBAR線束和焊接工藝，直接降低電池質量，也能有效的增大電池能量密度。但在減輕電池的重量和體積的同時，也不可避免的使電池散熱能力降低。

初中物理老師告訴我們：

P=U*I（功率=電壓*電流）

W=I^2*R（電池內阻堆積的熱量與電流的平方呈正比）

電池造好之後，輸出的母線電壓等級U是不變的，功率P和通過電流I成正比。在大功率放電時，P增大，I增大，導致W增大，會有大量的熱量堆積在電池內部。

通過減重的方式增加能量密度，降低電池散熱能力，會導致大功率放電時的熱量無法快速傳遞出去，嚴重時甚至會發生熱失控等不可挽回的情況。所以，在電池內部技術獲得踏實進步之前，一味追求賽車電池的能量密度是存在很大風險的。

以上假設是基於電池電壓等級不變的前提下的。那直接改變電池的串並聯結構，將電壓等級提升，不就行了麼？

第三個難題 · 電池電壓與功率電子元件耐壓等級的矛盾

這麼簡單的道理，工程師們當然也想得到。但是，你得考慮承受電壓的高壓元器件與功率電子元器件的感受。

自從有了“電力電子學”這門學科以來，人類便擁有了隨意調節電壓和頻率的能力。但是這一切都是基於開關元器件每秒鐘高達上萬次的開和關來實現的。這些辛勞開關，是以硅為主要材料的電力電子功率半導體器件。它們是純電動汽車和混合動力汽車電力驅動系統的重要組成部分，然而由於材料限制，傳統硅基功率器件在許多方面已經逼近甚至達到其材料的本徵極限，如電壓阻斷能力、正向導通壓降、器件開關速度等，尤其是在高頻和高功率領域更顯示其侷限性。電壓平臺的上升，帶來熱量積壓等問題。當施加的電壓超過元件的耐壓，就會導致元件被直接擊穿。

以碳化硅（SiC）為主的寬禁帶半導體器件，突破了硅材料半導體器件在耐壓等級、工作溫度、開關損耗和開關速度上的極限，能顯著提高電力電子變換器的電壓、減小重量和成本。

碳化硅（SiC）材料具有2倍於硅的電子飽和速度，使得碳化硅器件具有極低的導通電阻。現有硅芯片的常規運行溫度是125度，碳化硅芯片可穩定運行在250度上，可以減小現有冷卻系統。受硅芯片運行特性限制，現有車用電機驅動開關頻率在10kHz（一秒鐘開關一萬次）左右，而碳化硅芯片能運行在50kHz（一秒鐘開關五萬次）以上，可以減小控制器運行過程中所需要的能量存儲，降低體積和重量。

看來，隨著功率半導體技術的提升，800V的曙光正在到來。

拜新能源汽車近年來的快速普及所賜，電驅、電池、電控技術有充分的動力得以快速發展。這三個難題正在逐步解決，2018年的許多消息，讓我們也看到了純電動賽事得以普及、比賽過程得以正常化的曙光——

保時捷退出WEC，奔馳退出DTM後紛紛加入FE、日產進軍電動賽車圈就是最好的證明。

FE從第五季開始，將使用全新的第二代賽車。整車和底盤依舊統一由法國斯帕克賽車技術公司（Spark Racing Technologies）和意大利著名的Dallara公司打造，但是新車的電機和電池性能明顯改善。

FE競賽第二代賽車

電機功率提升，其中標準模式功率200kW，高能模式功率225kW，FanBoost最大功率可以達到250kW，極速可以達到280km/h。

電池供應商也有所更換，由邁凱倫提供（電芯來自索尼），重量385kg，能量從28kWh提升到54kWh，續航里程翻倍，續航時間可從25分鐘提升到45分鐘。

電機、逆變器、變速箱這三項是屬於可開發領域（注意，仍然不包含電池）。也就是說車隊可以自己設計，或者從第三方面購買。

保時捷Taycan

大眾I.D.R Pikes Peak

此外，各個車企也在不斷研發自己的電動跑車，保時捷首輛純電動跑車Taycan將在2019年發佈，可能是首款採用800V等級電壓的量產車型。不久前的美國派克峰爬山賽上，大眾全新賽車I.D.R 最終以7分57秒148的成績打破了此項比賽電動賽車最好紀錄，甚至將比賽最短時間縮進了8分鐘以內。

綠芯工程師

F1在2009年就引入混動系統Kers—動能回收系統，它比現在量產的電動或混動汽車在技術方面要複雜很多，畢竟F1賽車可以說在很多方面都代表了人類賽車的最高科技，零部件的精密程度，抗壓性，空氣動力學套件都可以和航太級別媲美。

就拿Kers來說它使用飛輪旋轉儲能，從原理上來看就和我們把輪軸上有發條的玩具車往後倒一鬆手它就利用發條儲備的能量釋放獲得前進的動能，但對於F1來說每一公斤重量都不多餘，飛輪必須要造的足夠小，這樣就需要有足夠高的轉速才能儲備需要的動能，以至於飛輪的轉速可以超過每分鐘6萬轉，為了解決風阻和發熱問題把飛輪封裝在真空的盒子內，軸承的密封也是擁有專利的黑科技。諸如此類，所以F1目前還不太看得上FE也還是有道理的，畢竟速度上FE和F1差距還太大，FE依然受困電池能量密度的瓶頸，至少在短期內FE還不具有挑戰F1的實力，有益的部分也就是將電池管理技術回饋於民用。

其實說起F1的混動技術Kers當初的出現也是為了將F1的高科技像民用靠攏對量產汽車起到技術引領的作用。畢竟十年前F1 V10的年代，動輒百公里油耗60-80升，空氣動力學套件每站都在變化，1:1的風洞24小時不停運轉，數千萬歐元的投入對民用技術沒有任何幫助。

現在F1的Kers技術已經被量產車所使用，Volvo就使用了動能回收系統。

感觸汽車影像特效

第一，F1的全稱叫世界一級方程式。也就是說參賽車的條件是有限制的，只有符合這些條件的車才能參與F1的比賽。就連車重這樣無關技術的參數都有嚴格限制。

第二，F1希望車越輕越好，所以不會過多安裝一些額外的系統，不管是重量，技術整合，賽車調校，可靠性各個方面，於比賽都是不利的。混動相當於多一套動力系統，所以完整增加不現實。

第三，F1上有類似的系統，也叫動力回收系統。感興趣的可以自行百度一下，原來叫KERS。只不過它不是一個完整的電動車系統而已。

幾乎所有的民用技術都來自於頂尖賽事，軍工，航空航天這三大燒錢基地。所以民用技術在這些領域裡不會找不到影子，只是有些他們淘汰了，或者不適合沒有采用而已。

眼鏡鬍子叔

首先，目前F1已經是混動的了！從2014年開始採用

F1推出的目的

F1賽車的推出，其中的目的或許沒有我我們想象的那樣崇高，並不是為了推進汽車工業的技術發展。在早期，廠商熱衷於參與F1混動，可能還是展現自己的技術實力，但發展到現在，卻是純粹的商業化觀賞或者和廣告營收的推動。但從F1的動力系統的方案，可以看出未來十年民用發動機的設計方向。比如前些年F1車型純粹的小排量渦輪增壓發動機的採用，目前在民用發動機上已經普遍推廣。