解决续航焦虑不仅要靠电池 还有它

在讨论电动车技术的时候，大家经常会说到“三电系统”，这“三电”主要指电池、电机和电控。谈到影响电动车普及的最大痛点——续航里程的时候，大家都会把电池的容量和充电速度看得非常重要。

但是不断堆电池对续航的增加是存在边际效应的。无脑堆电池不仅会增加车重，充电时间也会相应变长，对续航的增加却会不断减少。

想要进一步增加续航里程，得想想另外的办法了。不如就从电机入手？

和内燃机比起来，电机的体积和构造简单得多，因此在实际中用途实在是太广泛了。从手机的振动器，到风力发电机中的大型电机，电机都扮演着重要的角色。

电机的原理其实非常简单，通电导线在磁场中受力，导线切割磁感线产生电动势，所以电机的两大构成就是定子和转子，一般为永磁体（磁铁）和绕组线圈构成。永磁体和绕组线圈的不同组合结构就构成了不同种类的电机。

电机的输出特性和发动机差别非常大，发动机需要外接起动机才能起动，而只要给电机通上一定的电流，电机就可以开始旋转并输出动力。而且在起动时的扭矩输出中，电机的扭矩要比发动机大得多。当然在高转速区间，电机的扭矩输出会偏低一些。

电机在运转过程中的效率其实是非常高的，最高效率能达到95%，这也让电动车的能耗对燃油车形成了降维打击，在燃油车时代要做到1L/100km的油耗需要用到很多前卫且昂贵的技术，但是现在有非常多身型比较小的电动车，它们都能做到与1L/100km相当接近的能耗表现。

所以电动车需要怎么样的电机呢？

电机的功率等于扭矩*转速，要增强电机的动力性能的话，必须增大电机的尺寸。但是电动车的电池也要占据很大的空间，所以电机占据的空间就没那么大了。所以电动车需要的电机，必须兼顾工作范围广、高效率、小型化、高功率密度、低成本等几大特点。因此目前在电动车上用的最多的电机还是永磁同步电机。

和风扇、四驱车等工况较为固定的使用的电机相比，电动车所使用的电机，需要有非常广泛的转速和动力输出区间，工况要复杂得多，所以电动车的电机和发动机一样，高效率的范围还是有限的。只不过总体而言电机的效率还是比发动机高得多的。下面就是电机效率分布的图表。

和发动机一样，电机的最高效率区间集中在中速附近。在低转速高扭矩和高转速低扭矩区间中，效率都会略有降低。这就涉及到了电机的两大主要运转损失——铜损和铁损。

铜损顾名思义，就是铜线产生的损失。铜线虽然电阻比较低，但是当起步时铜线通过的电流还是非常大的。这样铜线就会发热，一部分能量以热的形式损失掉。所以铜损主要产生在电机的低转速高扭矩区间中。

而到了高转速区间，电机就会产生较大的铁损。在电机运行过程中，绕组线圈的磁场是不断在变化的，这样的变化会在绕组铁芯内产生涡电流和磁滞损耗。涡电流的产生最终还是会以热量的形式散失掉。

电机转速越高，绕组线圈的磁场变化频率就会越大，因此产生的涡电流和磁滞损耗也会越大。再加上高速续航更大的空气阻力和滚动阻力，电动车在此时会非常耗电。

降低铜损和铁损有非常多的办法，在主流的电机中，最好的办法就是使用扁线绕组结构。扁线绕组结构不仅横截面积更大，减少了单位长度的电阻和发热量，而且与铁芯接触面积更大，更利于散热，通电时产生的磁通量也更大，目前已逐渐用在了主流的混合动力车和电动车的动力电机上。

至于降低铁损的办法也有，一个是将铁芯使用的电磁钢板换成薄片，换成薄片后就能降低涡电流。另外还有将铁芯更换为非晶体合金的做法，但这样会降低电机的功率密度，同时非晶体合金的加工难度也比较大，不适合用于大批量生产。

雷诺-日产联盟提出了这样的一个解决办法——把永磁同步电机的永磁体换成可改变电流的绕组线圈，通过改变电流来改变转子的磁场强度来进行弱磁控制，从而降低涡电流、磁滞损耗的强度，并增强了电机的高转速动力输出。

但是因为是绕组线圈产生的磁场，电机体积要比永磁同步电机大一些，而且绕组线圈产生磁场同样需要耗费功率，所以极限效率是不如永磁同步电机的。

有更完美的解决方案吗？开关磁阻电机算是一个，它的高转速性能要比永磁同步电机好上不少，这也是未来车用电机的研究重点。如果能够解决转矩脉动和噪声、震动问题，它会是比永磁同步电机更好的解决方案。

因为电机和发动机输出特性的巨大差别，与其匹配的传动系统也和燃油车有着比较大的差异。所以大部分的电机不需要起动机，不需要离合器，只需要一个减速齿轮箱就足够了，但还是有车企给出了不同的解决方案。

保时捷就为Taycan配备了一套行星齿轮两速变速箱。这套两速变速箱自动根据驾驶模式和速度调整挡位，能够很好地解决电机在高转速状态下效率低的问题。丰田最近也在专利网站上申报了匹配电动车的手动变速箱专利，但目前尚不知道这套系统的工作原理。

另外还有一些零部件供应商，比如博世的CVT4EV就为电机匹配了一个钢带式CVT变速箱，从而最大程度发挥电机在单工况状态下的优势。并且在高转速低扭矩的高速巡航工况下，CVT变速箱能降低电机的转速，从而减少铁损，提高效率。

当然为电机匹配的传动系统非常丰富多样，我将在下一篇中用一些实例继续给大家介绍。

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