大众ID.3/ID.4X/ID.6X电机工作原理和电池特性

大众ID系列是大众发布的纯电新能源品牌,都是以MEB模块化电驱动平台打造,为纯电车生产构建了一个完善的框架,目前量产车型有大众ID.3ID.4XID.5ID.6XID.4 CROZZID.6 CROZZ。大众ID纯电车型的三大件是电池、电动机、电控系统,电池是唯一的能量来源,通过电机来驱动轮胎转动。

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首先我们来看汽车能源,汽车能源趋势是“电”,这个还是主要因为我国“煤”能源丰富,占世界首位,我国电力绝大部分是靠煤来发电,根据能源类型分类,目前市面上有油电混动、插电混动、增程式混动、纯电动汽车。

油电混动:油电混动不属于新能源,它是在燃油车发动机、变速箱基础新增了电池、电机、电控硬件,但是电池不是外接电源充电,而是通过发动机产生能量进行回收,从而降低燃油消耗量,降低用车成本,汽车主要还是以发动机为主要动力输出装置,电机只是起到辅助作用。

插电混动:插电混动跟油电混动差不多,但是电池可以通过外接电源来充电,电池电机可以单独驱动车辆行驶几十公里,当电池没电时,还可以通过燃油发动机驱动车辆行驶。

增程式混动:在电池、电机、电控系统的基础上新增了一个燃油发电机,电池电机是驱动车辆行驶唯一的能量源与动力装置,当电池电量快耗尽时,通过车身燃油发电机给电池充电,实现超长的续航里程(例如现在比较火爆的理想one)

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大众ID系列车型目前都采用的宁德时代的电芯,电池为三元锂电池。目前市场主要以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主,这里从材料、寿命、能量密度、稳定性、充电效率给大家一个参考。

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三元锂电池是以镍钴锰酸锂为主要原材料,磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂和碳为主要原材料。三元锂电池相对于磷酸铁锂电池来说能量密度更高,抗低温性能更好,充电更快,但是使用寿命比磷酸铁锂电池更短,没有磷酸铁锂电池耐高温。

如果是北方车友,那还是很建议购买三元锂电池的电动车,冬天温度低电池容量不会下降太大,北方夏季温度也不会像南方温度很高,而本地一年四季温度都比较高的还是推荐磷酸铁锂电池的电车,毕竟没有什么比安全更加重要的,这个纯属个人观点。

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首先了解永磁同步电机我们需要知道电机相关的一些专业名词:

转子:通俗来说就是电机可以旋转的那一部分硬件;

定子:电机中固定的部分硬件;

电枢绕组:就是电机中那些有按规律连接的线圈;

励磁绕组:可以产生磁场的线圈绕组;

永磁体:简单来说就是不需要电流也能长期保持磁性的物体,比如磁铁。

目前绝大部分车辆还是永磁/同步电机,如果是前后双电机驱动的车辆一般是永磁同步电机和交流异步电机组合。大众ID系列单电机车型都是采用后轮驱动的永磁同步电机,双电机驱动的ID车型,前轮是交流异步电机驱动,后轮是永磁同步电机驱动。

这里用通俗易懂的高中物理知识给大家讲解电机工作原理,闭环的电流会产生磁场,这个就是我们所说的电流磁效应,根据安培定则,四指弯曲指向电流方向,大拇指所指的方向就是磁场方向,如图所示。又根据磁场定律(同名磁极相斥,异名磁极相吸)可知,如果闭流圆环右边一根磁条S级靠近,会相互排斥,产生一股推动力,这个就是我们电机电能转化为机械能的基础。

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我们再看看这个直流电机工作原理,接通电源后电流产生的磁场与永磁体的磁场相互排斥使电枢转动,当旋转180度后,两个电刷各自切换转向器接触点,使电枢中线圈流向逆转,而且使原本相吸的两个磁场又变为排斥,这样转子就可以不断转动。这个仅仅是简单的直流电机工作原理,实际中为了考虑材料、耐用性、安全性、转速,其中各个硬件会复杂很多,但是万变不离其中。

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转子是个永磁体,可以产生磁场;定子是电枢绕组,通过变化的电流,也可以产生磁场。那么磁场和磁场的作用,就会让转子获得动能,那么转子的速度和磁场变化的速度是同步的,所以叫作永磁同步电机。

因为转子是个永磁体,不需要通电,所以说能耗小产热少,而且没有励磁绕组,就没有相应的励磁损耗,所以说它的效率非常高,可以提升续航能力,而且它的功率密度又很大,在相应的数据条件下,可以把电机做得很小很轻,进一步提升了续航能力,但是它的缺点也很明显,就是依赖稀土材料,所以说它的成本很高,但是在中国拥有70%稀土材料,并且我们对续航能力要求又特别高,所以永磁同步电机在国内用的比较多。

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中间没有永磁体,只有一个线圈,所以价格比较便宜,而且没有高温退磁的风险,同时可以持续地输出大扭矩,但是功率密度差。

特斯拉在早期,交流异步电机比较多,但是在中国建厂后,它也逐渐开始使用永磁同步电机,其实这两款电机没有明显的优劣之分,但是在现在市场份额来看,永磁同步电机要远大于交流异步电机,但是也有越来越多的车型(特别是前后双电机车型)开始采用它们二者的搭配组合。

电车构造相对燃油车简单很多,所以新能源出来后,有很多的造车新势力,新能源复杂的是它的电控系统,这个是汽车的大脑,目前来说做最好的还是特斯拉。

大众ID系统驾驶感受绝大部分车主还是感觉非常不错的,再加上能源的经济性,特别适合城市代步和出门旅游,在车上睡觉开空调也是格外舒适的(需注意的是大众ID车系通电30分钟后车辆会自动断电,这个可以用车易升OBD车辆升级工具把ID的露营模式开启,这样就可以保持长供电,在某个地方停滞休息打个盹都是非常舒适的),希望ID让智能、创新、可持续的清洁电动出行,成为每一个人触手可得的生活方式。

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