新能源汽車龍頭特斯拉公司使用的電機(jī)是三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī),而非傳統(tǒng)電動(dòng)車所用的稀土永磁電機(jī)。電動(dòng)汽車(BEV)是指以車載電源為動(dòng)力,用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛,符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小,其前景被廣泛看好,但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。
工作原理:蓄電池——電流——電力調(diào)節(jié)器——電動(dòng)機(jī)——?jiǎng)恿鲃?dòng)系統(tǒng)——驅(qū)動(dòng)汽車行駛(Road)。
特斯拉電動(dòng)機(jī)的四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)
新能源汽車主要分為電動(dòng)和油電混合兩大類,其中油電混合的大類中又分為油電混合、插電式混合動(dòng)力和增程式混合動(dòng)力三類。下面著重介紹一下特斯拉汽車參數(shù)配置表中電動(dòng)機(jī)部分的相關(guān)四個(gè)參數(shù)。
● 電動(dòng)機(jī)最大功率(單位:kW)
簡單來說,我們完全可以將電動(dòng)機(jī)看作常規(guī)的內(nèi)燃機(jī),所以其同樣有兩個(gè)重要的參數(shù)——最大功率和最大扭矩。最大功率是指一臺(tái)電動(dòng)機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的最大動(dòng)力輸出,這個(gè)概念和發(fā)動(dòng)機(jī)相似,不過電動(dòng)機(jī)卻有著自己的動(dòng)力輸出特性。
電動(dòng)機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換效率很高的機(jī)器,相比內(nèi)燃機(jī)30%多的工作效率,電動(dòng)機(jī)通常都在85%以上,而且功率越大,工作效率也越高,而大型電機(jī)的效率甚至可以達(dá)到98%。
● 電動(dòng)機(jī)最大扭矩(單位:N·m)
這個(gè)概念也與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩相近,電動(dòng)機(jī)的最大扭矩不僅與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)還和功率有關(guān)。而電動(dòng)機(jī)最大的特點(diǎn)就是低轉(zhuǎn)速下的扭矩強(qiáng)勁,正是基于這一 點(diǎn),在混合動(dòng)力系統(tǒng)中,當(dāng)車輛起步或急加速時(shí),電動(dòng)機(jī)可以起到輔助和彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力特性的作用,從而提升車輛的加速性能。
● 電池支持最高續(xù)航里程(單位:km) 對(duì)于純電動(dòng)汽車、中度及重度混合動(dòng)力汽車以及增程式汽車來說,它們都涉及到一個(gè)在純電力驅(qū)動(dòng)模式下的續(xù)航里程問題,這個(gè)續(xù)航里程的多少主要與電池的容量 相關(guān),電池容量越大,續(xù)航里程就遠(yuǎn)。不過在實(shí)際情況中,由于受到外界環(huán)境的影響(特別是氣溫)以及空調(diào)和電器設(shè)備的使用,續(xù)航里程通常都低于工信部或者廠 家所標(biāo)注的最大續(xù)航里程。
● 電池容量(單位:kWh)
電池容量也就是一塊電池組中究竟蘊(yùn)藏了多少能量,衡量它的單位我們用 kWh,1kWh也就是我們常說的1度電的能量。目前,國內(nèi)普通的純電動(dòng)汽車的電池容量通常在20kWh左右,所以其續(xù)航里程也就只有100多公里,而像 特斯拉-MODEL S的85和P85版車型的電池組容量則達(dá)到了85kWh,所以其續(xù)航里程可以達(dá)到400多公里。 『特斯拉-MODEL S的85和P85車型的電池組容量則達(dá)到了85kWh』 而對(duì)于混合動(dòng)力車型來說,其電池組的容量要相對(duì)更小一些,同時(shí)根據(jù)混合動(dòng)力的程度,電池組的容量也會(huì)不同,按電池容量一般來說,普通的油電混動(dòng)《插電式混動(dòng)《增程式混動(dòng)。
特斯拉電機(jī)為什么可以做的這么小?
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影響電機(jī)輸出功率的兩個(gè)因素,一個(gè)是轉(zhuǎn)速,一個(gè)是扭矩。兩者的乘積高了,功率就大了。
特斯拉的電機(jī)功率大,原因也是一樣。他有超過10000轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速和600NM的扭矩,當(dāng)然他的恒扭矩區(qū)在0~5500rpm,以上是恒功率區(qū),轉(zhuǎn)速提高扭矩同比例下降。
所以問題又變成怎么在那么小的體積下實(shí)現(xiàn)10000轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速和怎么提供600NM的大扭矩?
機(jī)械上實(shí)現(xiàn)10000轉(zhuǎn)是容易的,做好動(dòng)平衡,用高轉(zhuǎn)速的軸承。
電路上面呢?需要轉(zhuǎn)子通過高頻高壓的大電流,什么概念?大約是500Hz、350V,1000A,我說的是大致的范圍。
帶來的問題:耐壓相對(duì)好解決(其實(shí)也有點(diǎn)難的),大電流需要很粗的導(dǎo)電截面,高頻率會(huì)有很強(qiáng)的趨膚效應(yīng)這是矛盾。
特斯拉怎么解決:多股線,盡可能短的線圈端部,還有是高溫高頻的承受力,相應(yīng)的線圈、定子的散熱,妙招是一體化的變頻器和異步電機(jī)。
變頻器一體化后,EMC的問題容易解決了。
異步電機(jī)是容易做到平穩(wěn)驅(qū)動(dòng),可以高效的驅(qū)動(dòng)到很高速,這是相對(duì)永磁同步電機(jī)的明顯優(yōu)勢(shì)。
因?yàn)殡姍C(jī)有一個(gè)額定工作轉(zhuǎn)速,高于此轉(zhuǎn)速需要超電壓或者是弱磁驅(qū)動(dòng),異步電機(jī)弱磁很容易,只要減小相應(yīng)的勵(lì)磁電流就可以了。永磁同步也可以弱磁,需要增加一個(gè)相應(yīng)的去勵(lì)磁的電流。總的電流的承受能力有限,所以異步的優(yōu)勢(shì)就明顯。
扭矩怎么辦:增加磁場(chǎng),提高磁場(chǎng)的有效利用率。
怎么增加:定子、轉(zhuǎn)子的深槽型,增加導(dǎo)磁截面,還有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的一致性,減小端部的損失(他們有一個(gè)專利描述)。銅轉(zhuǎn)子?更多的還是通過增加導(dǎo)磁截面來提高轉(zhuǎn)矩。只是通過降低轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻,最大扭矩沒有增加。
然后還有一個(gè)因素:一體控制器和電機(jī)設(shè)計(jì),電機(jī)可以以最大扭矩運(yùn)行,我們通常的異步電機(jī)的額定扭矩只有最大扭矩的50%不到。
綜合:轉(zhuǎn)速上提高了4倍,扭矩上提高了4倍,總體上就驚人了。
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