许多驾驶电动汽车的朋友可能都有过这样的体会,那就是在城市里开车,感觉自己的车续航特别扎实,电耗也低,开起来既安静又省钱。
可一旦把车开上高速公路,情况似乎就变了。
当车速提升到每小时100公里以上,尤其是接近120公里的限速时,仪表盘上显示的剩余续航里程,就开始以一种肉眼可见的速度往下掉,原本满满的信心也随着电量的减少而变得焦虑起来。
很多人会疑惑,这到底是为什么?
难道是自己的驾驶习惯有问题,还是说电动汽车天生就不适合跑高速?
其实,这并不是个别现象,而是当前绝大多数电动汽车面临的一个共同的技术瓶颈,问题的根源,就出在驱动车辆前进的核心部件——电机上。
要理解这个问题,我们得先简单了解一下现在电动车普遍使用的电机类型。
市面上超过九成的电动车,其动力来源都是一种叫做“永磁同步电机”的装置。
它的特点是效率高、体积小,在大部分工况下表现都很好。
但它的一个关键特性,也埋下了高速能耗高的隐患。
所谓“永磁”,就是说电机内部用来产生磁场的,是磁力强大的永久磁铁。
这就好比一个天生神力的举重运动员,他的力气是恒定的,而且非常大。
当车辆需要起步、急加速或者爬陡坡时,需要巨大的力量,这位“运动员”就能完美胜任,提供澎湃的动力,带来强烈的推背感,这也是很多人喜欢电动车驾驶感受的原因。
在这个阶段,电机工作在最高效的区间,能量转换效率可以达到95%以上,非常出色。
然而,当车辆进入高速巡航状态,比如以120公里的时速稳定行驶时,情况就完全不同了。
这时候,车辆只需要克服风阻和轮胎的滚动阻力,并不需要电机持续输出最大的扭矩。
但问题在于,那位“举重运动员”并不会自己调节力气,他依然在用他那固定的、强大的磁场在工作。
随着车速的提高,电机转速变得非常快,这股强大的磁场会在电机内部产生一种很强的反作用力,专业上称之为“反电动势”。
我们可以把它通俗地理解成一股内置的“逆风”,电机转得越快,这股“逆风”就越强,阻碍着电机继续转动。
为了顶着这股强大的“逆风”保持高速旋转,车辆的电控系统就必须输出更高的电压和电流去“对抗”它。
这个过程,技术上被称为“弱磁控制”。
虽然名字叫“弱磁”,但它实际上是通过复杂的电控手段来抵消一部分永磁体的磁场效应,这个过程本身会消耗掉大量的电能,并且导致电机整体的运行效率大幅下降。
这些被消耗的电能,并没有用来驱动车轮前进,而是大部分在电机的“内耗”中变成了热量散失掉了。
这就是为什么电动车一上高速,电耗就会飙升,续航里程会大打折扣的根本原因。
那么,有没有办法解决这个问题呢?
过去,行业里主要有两个思路。
第一个是简单粗暴的办法,就是堆电池。
既然高速费电,那我就多装一些电池,用更大的电池容量来换取更长的高速续航。
这个方法虽然直接,但缺点也很明显,更多的电池意味着更高的车重、更长的充电时间和更昂贵的售价,车身变重本身也会增加能耗,形成一种恶性循环。
第二个思路是借鉴燃油车的经验,给电动车也装上一个多挡位的变速箱。
通过在高速时换上一个传动比更小的“高速挡”,让电机可以在一个更低、更高效的转速区间工作。
这个想法理论上可行,但变速箱结构复杂、重量大、成本高,还会带来额外的机械损耗和潜在的换挡顿挫感,这与电动汽车追求结构简洁、运行平顺的初衷是相悖的。
因此,尽管有少数车型尝试过,但这并未成为主流方案。
在这种背景下,一种从根源上解决问题的新技术思路开始浮出水面,这就是比亚迪等企业正在深入研究的“可变磁通量电机”。
这项技术的核心思想非常巧妙,它不再试图从外部去弥补永磁电机的缺陷,而是直接对电机本身进行改造,让它的磁场强度不再是固定不变的,而是可以根据车辆的实际需求进行智能调节。
这就好比我们前面提到的那位“举重运动员”,他学会了精细地控制自己的力量。
当车辆需要大动力时,比如起步超车,系统就指令电机将磁场调到最强,发挥出最大的潜能;而当车辆在高速公路上平稳巡航时,系统则会主动将磁场调弱。
磁场减弱后,高速旋转时产生的“反电动势”自然就大大降低了,那股内在的“逆风”消失了,电机就可以在非常小的阻力下轻松运转,电控系统也无需再花费额外的能量去“对抗”,从而让电机在高速区也能保持极高的运行效率。
这种调节,就像是为电动车内置了一套无形的、纯电磁层面的“无级变速箱”。
它没有任何复杂的齿轮和机械摩擦,所有的调节都在电光火石之间完成,平顺得让驾驶者毫无察觉。
根据比亚迪已经公开的一些技术专利来看,实现这种磁通量可变的方式主要有两种可能的机械结构。
一种被称为“移动闸门”式,它通过在电机转子内部设计可以移动的导磁部件,像控制水渠的闸门一样,通过改变部件的位置来控制磁力线的通路,从而调节磁场的强弱。
另一种是“定子偏转”式,它将电机定子的一部分设计成可以小范围转动的结构,通过调整这部分定子与转子磁场的相对角度,来改变整体磁场的合成效果。
不论是哪种方案,它们的共同点都是通过精密的机械结构设计,实现了对电机物理特性的主动、无级调节。
而且这种调节一旦完成,就不需要持续消耗能量来维持,这比持续用电来“弱磁”的传统方式要高明和节能得多。
这项技术如果能够成功实现并大规模应用,其意义将是极其深远的。
对于广大消费者而言,最直观的改变就是电动车的续航里程将变得更加“真实可信”,高速续航不再需要“打骨折”。
特别是对于那些有长途出行需求的用户来说,里程焦虑将得到极大的缓解。
从长远看,由于电机在全速域的效率都得到了提升,未来要达到相同的续航目标,或许就不再需要那么大的电池包,车辆可以变得更轻、成本更低,从而惠及更多消费者。
对于比亚迪这样的中国企业来说,这无疑是在电池和混动技术之后,又一项能够建立起强大技术壁垒的“杀手锏”,它将把电动汽车核心技术的竞争,从单纯比拼电池容量,引向了电驱动系统综合能效的更高维度。
这不仅是对其自身研发实力的最好证明,也为整个中国新能源汽车产业向上突破提供了强大的技术动力。
可以预见,一场围绕电驱动系统效率的全新技术竞赛,或将由此拉开序幕。
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