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工程师造电动车的样子,就像你小时候玩四驱车的样子

2020/03/19 14:33
白日梦车
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疫情刚刚开始缓和,正值春风抚摸大地,万物复苏,复工的人们终于又能聚在一起侃天侃地,憋了很久很久的话题在这几天集中释放,能从细胞结构聊到了宇宙的广阔神秘,从E=MC聊到了蛋炒饭的火候应该怎么掌握,总而总之,大家是真的太久没有好好聊过天了;

说到聊天,坐我后面的小姐姐为了通勤尽量不乘公共交通,以达到减少和他人的接触率,花了两千元买了部电瓶车;

坐在我对面的大块头一直在抱怨自己拍不到沪牌;

而说到沪牌,大块头隔壁的小飞机正在懊悔自己年前没下手买新能源车;大家七嘴八舌的对线了起来,吵来吵去无非就是谁谁谁的外观好看,谁谁谁的续航长,谁谁谁的使用成本低,谁谁谁的补贴棒;

我问了句:"你们说的车它的三电系统都咋样?",我以为我可以开启一轮小小的头脑风暴,结果大家调侃我小屁孩懂个啥?


工程师造电动车的样子,就像你小时候玩四驱车的样子


当我们聊起传统汽油发动机的时候,从直4到V8再到W12,谈起拳击手、转子发动机等等数不胜数,有的小伙伴滔滔不绝能说上三天三夜,那么新能源纯电动汽车的三电系统就类似这些不同的发动机形式一样,只不过更灵活更多样,考验的是主机厂的研发能力与技术储备。

正好借着手里的畅巡项目,也说一说三电这个"新鲜东西"。

驱动电机

跟燃油车一样,一台车选择什么形式的电机,是取决于产品研发部门想要造一台什么样的车。从过往的经验看,我们会从几个方面考量:加速性能、续航里程、最高车速、最高爬坡度等等。

说的再简单一点,大家小时候玩过四驱车,小马达都见过吧。


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金霸王与银超霸的世纪难题

那个年代的四驱车几乎是男孩必备社交工具,有了它你就能混进兴趣小组,和同学组队玩耍。


工程师造电动车的样子,就像你小时候玩四驱车的样子图片来自网络


当时的四驱车结构简单,仅仅就是马达直接驱动四驱车轮胎,所以一台四驱车快不快主要还是取决于马达的性能。只不过四驱车上的直流电机,带刷头的结构是最简单的驱动电机,各方面性能都不太好。

所以为什么总有人说电动车是男人的大玩具,因为四驱车的马达,和现在我们做纯电车时使用的马达,在原理上几乎是一样的,都是电-磁-力的转化。

如何选择电机,工程师们就和你小时候组装四驱车一样,都自己的一套工程逻辑。

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举个简单的例子,高中物理我们就学过功率的定义,代入电机做功的参数后,我们就能根据设定的最高车速,来倒推出电机性能的具体数字。

在此之后,就能拿着参数去调整驱动电机的设计参数,就相当于你儿时改装小马达时,多绕几圈铜线,改变铜线的排列布局等等。

就目前为止,新能源纯电动汽车主流的电机类型有两种:永磁电机与异步交流电机。


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在比较老的、传统燃油汽车上启动马达就是永磁直流电机,基本就是四驱车马达的放大版本。如果开过老化油器车的小伙伴可能就体会过永磁直流电机的"威力"(启动时挂高档忘记踩下离合器踏板,如果没有保护功能,车会向前窜出去),而我们也知道,如果发动机有问题发不起来的话,让起动机不停的带,不需要多久蓄电池的电就会被耗得一干二净。


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但随着时代的进步现在使用在新能源车上的永磁同步电机,比以前那些纯电动汽车所使用的电机体积更小,功率密度更大,可以输出的峰值功率更高,且控制的精度更加细腻,相对应的,它的研发成本就也会跟着水涨船高。

而在环保与历史事件的综合作用下,现在使用永磁同步电机将会是未来新能源汽车动力源的主要趋势,且毫无疑问的成为各大车厂技术争夺的战场。

说起来也很巧,刚刚发布的纯电动新能源汽车——雪佛兰畅巡,正好也因为工作关系和它打过交道,可以拿来说道说道。


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这里要提到新一代通用汽车eMotion电驱技术的畅巡,其电机内部的就大胆采用了扁铜线绕组设计,这样的设计就是想让电机能够承受更大的扭矩承载力和拥有更强的功率密度;

再配合内置永磁转子,整套动力输出的效率就达到了95%,对比燃油车,目前效率普遍都还在40%以下徘徊,并且只能是极少数工况下能达到。

畅巡这台电机,其自身的调速范围也达到了10000转/分钟。加上新设计的电机单级减速箱,可以实现最佳速比值7.761,为降低转速、增大转矩起到了决定性的作用,而且这套齿轮鼓形量精度要求高于燃油车2倍以上,实现齿轮间的最优配,再配合双隔振动悬置技术,使得电机能大幅降低振动与噪音。

换句话说,就是高效的同时,更加安静、稳定,对于中国消费者来说,这些特性是尤其受到重视的。


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在满足了上述条件的同时,这台新电机的功耗而能耗只有13.1kWh/100km。要知道Model 3或蔚来ES6的综合能耗大约为15 kWh/100km,也就是说,畅巡的电机系统对标的另外两个出名的车型来看,说通用雪佛兰新一代电机系统业内领先肯定也不为过,而且随着时间的推移,能耗与动力输出肯定还会继续向更好发展。

更低的能耗能带来什么呢,同样的电池容量可以有更高的续航,实际表现也能和参数标准更接近。

动力电池

动力电池可以说是新能源纯电汽车的三电系统中最贵的核心零部件了件了。

在前几年新能源汽车概念甚嚣尘上的年代,最常见的有相对廉价、技术还不是很先进的的磷酸铁锂电池和昂贵且表现优异的三元锂电池。

而18650型号的三元锂电则是目前最出名,毕竟目前其在单位能量密度上的优势非常明显,无人可出其右。目前已知的国内比较强悍的是蔚来ES8的三元锂电池,约135.65wh/kg,即将上市的畅巡则采用了6系铝挤出托盘,1并96串电芯的结构,电池容量52.5kWh,523三元锂配方(镍钴锰),电池系统能量密度则达到了140Wh/kg。

能量密度高确实是好事,但同时带来一个问题,高密度会带来高热量,如果没有善加利用或者疏导,也会变成一个隐患。


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畅巡的动力电池内部还有很多路温度检测信号,以检测动力电池的运行温度信息,通过液冷及电池加热技术,通过水温的智能控制,使得电池电芯保持在高效稳定的区间。

大家都知道低温下电池性能会衰退,尤其是在极寒环境中。畅巡的解决方案是通过系统驱动加热器对电池冷却液进行加热。

这和燃油车的冷却系统原理如出一辙,快速暖机,让发动机(这里是电池电机)以最快、最好的状态工作,避免无谓的能量损耗。

这带来了什么好处呢?在零下15℃的时候往常200分钟左右的从空电到充满电的时间可以缩减到70分钟,速率提升了64%。留意新闻的朋友可能会见过某些新能源车,在北方使用时连电都冲不进。


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关于小伙伴们最关心的电池安全性的问题,畅巡也能通过电池冷却液回路上的泄露检测以及绝缘检测来保障动力电池的安全性,并且在设计开发过程中,加入了模拟翻滚泄露试验,以确保在危机状态下电池的稳定性与安全性,像这样的多重保障我觉得足以打消人们对新上市的纯电动汽车的偏见与顾虑。

电控系统

最后要说的是新能源汽车三点系统中最小却需要做很好的调教的零部件——电控系统。

整车电控系统就像人类的大脑一样,需要对整车所有ECU进行分析与检测,比如各个元器件的自检状态、车辆能量分配、油门踏板行程、刹车踏板行程、控制继电器开关等等。


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但是单单的数据处理显然无法体现出新能源的"新"字,比如畅巡这台车的BMS电池管理系统除了满足正常的标定工况外,还对于电池电压、温度、电流等状态监控,对系统可能出现的,例如传感器故障、控制器故障、继电器故障等各种失效进行判定,且满足ASIL D最高系统安全等级,即一旦系统检测到异常,安吉星会在第一时间提醒车主并发出警报。


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在新一代eMotion的设计里,电控系统上集成了DCDC直流整合模块,它也成为整车设计的一部分,降低了分散系统设计的体积,节省了车辆设计空间,同时也响应的降低了部分车重,这与畅巡优异的能耗是相辅相成的。

电车为什么容易做成辅助驾驶,因为纯电架构下更容易兼容各种ADAS的软件和硬件,这是汽油车先天没有办法赶上的优势,所以你能看到纯电车上往往辅助驾驶功能更多更全,而且价格更低。


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最后侃侃:

通用汽车在新能源领域总让人觉得是初出茅庐的新手,而事实上从20世纪初开始,通用汽车就已经敢为天下先的推出新能源纯电动汽车了,而即便是强者如特斯拉,他的架构也算师承通用早起EV-1的开发经验。

但作为老牌汽车主机厂,通用对于新能源的开发算是保守的,毕竟新技术的应用需要试验与实践的积累,而雪佛兰畅巡所采用的三电架构正是这个时代主机厂中最稳定的,在新能源汽车发展的这几年里,很多消费者的顾虑其实就是安全这块,那么现在蛰伏了许久的通用雪佛兰这个BEV的祖师爷出马了,现在的畅巡是我们能看见的成果,以他百年来积攒的实力,未来大可以无限畅想。

"那你的意思是像蔚来、特斯拉这样的车都不算好吗?"大块头一脸疑惑。

"畅巡15.99万-17.99万,你说特斯拉和蔚来是多少钱来着?"

特斯拉们固然在纯电的路上有很多特有的优势,但是如果想要把纯电车普及,让每个男人都能像儿时玩四驱车一样轻松,还是得靠传统车企吧。

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