S將換永磁電機,唐EV在驅動的未來又領先了一步

動力,是汽車的靈魂,只不過,當我們還在焦慮續航里程的時候,卻忽略了純電汽車動力的重要性。而現在,隨著優秀純電汽車產品在續航能力上的突破,消費者開始更多關注純電汽車的動力表現。實際上,在純電汽車驅動技術路線上,早已形成了“東方”和“西方”兩大陣營,一方曾經的代表是特斯拉,讓交流感應式電機(以下簡稱交感)被大家熟知;而另一方,也是目前市場佔有率最大的,使用永磁同步電機的純電產品,以比亞迪作為代表,一直堅持永磁同步電機的技術路線,並且對應其全球第一的出貨量,帶動了這一技術路線的普及。

一般認為,老款特斯拉Model S/X所採用的交感電機具有抗過載能力強、成本低的特點,說通俗點就是輸出的動力強、還很“抗造”!這也幫助特斯拉開局就用4秒級的破百加速能力,樹立了純電動汽車的性能標杆身份。而超高性能和可靠性,也是永磁系產品在發展初期很難實現的。在驅動技術路線競爭的上半場,特斯拉或者說交感電機贏了,以至於很多急於用性能標籤招攬用戶的造車新勢力們紛紛效仿。​

特斯拉Model X/S將換永磁電機,唐EV在驅動的未來又領先了一步

特斯拉Model 3後輪已經採用永磁電機但體積較大

​然而,就在3月份,伴隨全新一代唐EV的上市,局面卻似乎發生了改變。這輛比亞迪的純電旗艦SUV用官方0-100公里/小時加速4.4秒,實測4.1秒的成績,成功俘獲了用戶以及媒體的注意,這也是永磁同步電機在量產純電產品上,第一次達到如此之高的性能水平。無獨有偶,4月份,特斯拉放出了將為下一代Model X/S升級永磁電機的消息。這意味著,此前一直堅持交感電機路線的特斯拉,將會在全部產品上普及應用永磁電機,對於特斯拉和其交感技術追隨者而言,這將是一次鉅變!

交感電機的高性能是有代價的!最大的痛點是效率很難再有提升,特斯拉Model 3使用的永磁電機比之前使用交感電機效率提升了6%,省下的電,換來的都是用戶的續航里程。為什麼交感電機費電?交感電機在運行過程中需要耗費電力,為轉子建立磁場,然後再為定子通電,產生動力。電流越大磁場越強,輸出扭矩就越大,最終加速能力就越強,而這個過程中需要消耗大量電能,浪費在轉子線圈中。而我們常見的永磁同步電機,轉子上採用釹鐵硼永磁體建立磁場,轉子是不需要再通電的,只需要為定子通電產生方向磁場,就可以驅動轉子輸出動能。這也是永磁同步電機更省電的核心。​

特斯拉Model X/S將換永磁電機,唐EV在驅動的未來又領先了一步

特斯拉永磁電機拆解,可見採用了常見的永磁同步電機單V磁極轉子方案

除此之外,高性能交感電機的大電流需求也反向影響了整個高壓系統的電氣架構。在電池輸出功率一定的情況下,系統的電流和電壓是此消彼長的關係,特斯拉為了適應交感電機大功率輸出,尤其是雙電機情況,將系統電壓設置的比較低,無論是純粹使用交感電機的Model S/X,還是採用交感、永磁混裝的Model 3,系統電壓都只有350伏(未來新車型將有可能採用400伏系統)。如此低的系統電壓與目前純電汽車高壓化的發展趨勢相悖,一方面意味著整個系統的工作電流都很大,讓內阻損耗加劇,另一方面也會影響安全性,需要匹配相關技術,防止過熱自燃。

另外,低電壓對於充電效率的影響也是巨大的,除特斯拉自己的超級充電樁以外,電網和商業充電樁均採用均衡成本考慮的寬電壓限流模式。以國家電網60kW充電樁為例,輸出電流最高120安培,可兼容200伏至700伏的需求電壓。所以,即便去年特斯拉放開了對國標充電樁的兼容性,但是用戶直接在商業充電樁上充電時,仍然只能以最高350伏、120安培的狀態充電,核算下來最高充電功率在40kW左右,這與其在特斯拉超級充電樁上可實現120kW的成績相差太遠,不考慮涓流階段,一小時只能充40度電,並不能發揮其全部充電功率。

當然,將永磁同步電機做到高性能並不簡單!此前,對應國內純電汽車市場的起步階段,廠家一般選用功率較低的永磁同步電機,剛好滿足車主日常使用而已。但也有比亞迪這樣的廠家,較早佈局高性能永磁同步電機,在最新的e平臺技術下,驅動三合一的輸出功率覆蓋了從40kW至180kW多種電機型號,來匹配不同的產品。同時,比亞迪也支持雙電機架構,增強動力輸出。在全新一代唐EV上,通過前後雙電機的配置,實現了最大輸出功率360kW,最大扭矩660牛·米,達到了傳統汽車V8級的動力性能。

特斯拉Model X/S將換永磁電機,唐EV在驅動的未來又領先了一步

比亞迪全新一代唐EV600D採用前後永磁同步電機佈局

​永磁同步電機實現高性能遠比交感電機更難。永磁轉子雖然效率高,但要首先解決高溫退磁問題,這需要從研發初期,就能建立精準的熱模型,通過完備的監測和保護措施維持電機的適宜工作溫度。在唐EV所使用的比亞迪第三代永磁同步電機中,定子與冷卻水路採用一體化設計方案,通過冷卻液的循環帶走了大部分熱量。同時,高速轉子除採用超薄硅鋼片降低渦流發熱以外,也設計了專門的軸向風道,在運行過程中帶走轉子中心的熱量。

當然,其15000rpm的高轉速能力超過了目前10000~12000rpm行業平均水平,這可以充分利用傳動比,用比別人更高的轉速實現相同的車速,降低每一圈的轉子負荷,以縮小電機的體積和重量。讓永磁同步電機性能提高的同時,不增加整車重量,同時縮小體積減輕車身的佈局壓力,把空間還給用戶。同時,高轉速也對結構強度和技術能力提出了更高要求。比亞迪第三代永磁同步電機也針對高轉速工況進行了優化設計,使用四段斜極超薄硅鋼片疊壓轉子,降低扭矩波動,磁體與定子之間的間隙更小,降低高速弱磁化對動力和效率的不良影響。​

特斯拉Model X/S將換永磁電機,唐EV在驅動的未來又領先了一步

全新一代唐EV的登場,也帶來了永磁同步電機技術路線的新高度

​基於永磁同步電機技術路線,比亞迪為全新一代唐EV也構建了一個目前還很少有人達到的高電壓系統。全新一代唐EV 600D的82.8kWh容量電池組額定電壓為613.2伏,這就意味著系統承壓應該為800伏水平。輸出同等功率時,電流用量少一半以上,內阻損失少一個幾何級數(損耗功率與電流的平方成正比)。同時,對於充電樁的適應能力明顯增強,配合升壓功能,兼容目前還沒有完全普及的高壓電樁,使用商業直流快充樁可以達到近90kW的充電功率。在快充階段,12分鐘就可以補電100公里。

全新一代唐EV所採用的永磁同步電機代表了目前業界的高水平,即使與世界強國相比,也有突出的優勢,並且結合比亞迪大量實車應用經驗,在動力配合、電壓匹配和能量、扭矩管理方面,展現出了一流的技術實力,可以說在交感和永磁競爭的下半場,搬回了勝局。其實,無論是比亞迪不斷將永磁同步電機的性能表現推上新高度,還是特斯拉悄然轉向永磁電機路線,對於消費者來說,都將意味著純電汽車的驅動更加高性能、高轉速、高可靠性,擁有更好的體驗。而優秀、穩定的動力也將是純電汽車真正挑戰燃油車必不可少的因素。


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