天天關注:可以完全替代內燃機的電機出現了?
歐盟2035禁燃令掀起的輿論熱議尚未平息, 日前,德國知名的汽車零部件供應商馬勒(Mahle)又宣布推出一款超級連續扭矩(Superior continuous torque)電機,能在不過熱的情況下以超過峰值功率90%的輸出持續運行。
(資料圖片)
也就是說,這款電機能像內燃機一樣長時間輸出高動力,用于持續爬坡及連續加速等場景。
而且,馬勒表示,這款電機緊湊、輕便、高效,同時為在所有車型中替代內燃機鋪平了道路。
可以完全替代內燃機的電機真的出現了嗎?
從馬勒的描述中可以看出,這款電機最大的特點在于能以90%的峰值功率長時間運行。
這意味著什么?
01 額定功率與峰值功率
首先,需要明確的是,和內燃機不同,電機功率分為額定功率和峰值功率。
峰值功率指的是負載突然變化時,電機短時間能帶起的最大功率。也就是一般車輛公開參數上能看到的最大功率。它指的是電機瞬時產生動力的大小,決定的是車輛的加速性能。
也就是說,峰值功率影響車輛零百加速時間。通常來說,峰值功率只能持續10-30秒,目前大部分電動車型也就10秒左右。
而電機正常長時間穩定工作時的最大功率為額定功率。額定功率一般在峰值功率的50%左右。不過,不同廠家的產品通常也會有不同的表現。
智駕網(ID:Zhinengqiche)查詢到的消息顯示,特斯拉Model 3電機峰值功率202kW,額定功率120kW,額定功率約為峰值功率的59.4%。零跑C11峰值功率200kW,額定功率64kW,比率為32%。比亞迪元PLUS EV峰值功率150kW,額定功率65kW,比率為43.3%。
而根據馬勒的描述,該款電機額定功率可達到峰值功率的90%以上。
也就是說,在電機峰值功率不變的情況下,電機可以更高的功率長時間運行。
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目前新能源汽車的最高速度通常只能達到200km/h,便是受限于其額定功率。而馬勒發布的SCT電機能以90%峰值功率連續運行,可大大提高車輛連續加速的能力。也就是說,在同樣的峰值功率參數下,車輛可實現更高的速度。
同樣,對于長時間爬坡等場景,SCT電機也能輕松應對。對于卡車來說,還可以增加其負載能力。
另一方面,電機額定功率的提高使得其效率提高,要達到電機相同的額定功率所需的峰值功率可以大大減小。
例如,要達到特斯拉120kW的額定功率,目前需要峰值功率202kW的電機,而如果能達到該款電機的效率,只需要峰值功率133kW的電機。這將大大提高電機的使用效率,實現相同的動力效果只需更小的電機即可。
電機減小,同時也意味著使用的材料更少,重量更輕。這一方面能降低電機成本,另一方面也能進一步提高電動汽車的續航。
02 怎么實現的?
接下來,我們來看看為什么一般電機的額定功率和峰值功率會有這么大的區別?而馬勒又是如何做到使其SCT電機能長時間高效運轉的。
首先,由于電機在運行時會產生大量熱能,如果不能順利散熱,就會對電機造成不可逆的損傷。功率越大,產熱越多。
以峰值功率運行時產熱過大,一般電機冷卻系統無法及時散熱,因而只能持續較短的時間。
而馬勒表示,其SCT電機之所以能持續以峰值功率的90%運行,便是得益于其獨特的集成油冷系統。
馬勒對其油冷系統只做了簡單的介紹。從官方視頻中可以看出,通過中央進氣口吸入油,然后利用旋轉轉子的離心力將油向上泵送并圍繞其周圍的定子線圈,近距離吸取熱量,從而達到為電機降溫的效果。
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而且,其產生的廢熱還可以用于車輛的整個系統。
由于暫時未能找到更多關于馬勒SCT電機油冷系統的詳細資料,此處我們簡單介紹一下各種冷卻系統的區別,以及一般意義上油冷相對于風冷和水冷的優勢。
從圖片可以看出,油冷技術可以將油介質直接與電機發熱部件接觸,使電機轉子、定子浸入式冷卻。也就是說,使用油冷技術可以將電機部件泡在油里,因而散熱效果更佳。
同時,油介質具有絕緣性好、不導磁、凝固點低和沸點高等優點。
水冷是相對比較常用的一種冷卻方式。需要在電機殼體內部設置水道,冷卻液通過水泵驅動流經水道,從而達到散熱效果。一般水冷系統可以和電池包、電控系統的冷卻形成一個完整的熱管理系統。
一方面,在水冷系統中,熱量需要通過絕緣層、定子外殼和水道才能被冷卻液帶走,散熱效果相較油冷沒有那么直接。而且,水冷系統由于需要增加水道,又需要兼顧電池包和電控系統的冷卻,設計相對復雜且會增加電機體積。
風冷則是三種冷卻系統中結構最簡單成本最低的冷卻方式,利用的是流動空氣帶走熱量的基本原理。其散熱效率較低,且無法實現熱量的回收利用。
當然,保時捷Taycan使用的也是水冷技術。但畢竟人家作為百萬豪車有足夠的預算 去堆疊技術。Taycan使用的是一套非常復雜的水冷系統,包含高中低溫三套獨立的熱管理系統回路,分別負責乘員艙、電機和電池。此外,Taycan的工程師還使用了制冷的空調循環為水冷系統降溫。
而馬勒研發的SCT電機旨在適應日常的使用,綜合考慮成本、效率,油冷是最合適的選擇。
03 電機能完全取代內燃機了嗎?
那么,又為什么說這款電機的研發為電機在所有車型中替代內燃機鋪平了道路呢?
我們知道,電機相對于內燃機有很多優勢。比如起步迅猛,電能與動能可以互相轉化,運轉安靜、平穩,能量效率高等。
但在高速狀態下,內燃機的效率將明顯高于電機。此外,在長爬坡、賽車,以及貨車大負載等需要長時間輸出大動力的場景下,電機也無法與內燃機抗衡。
而馬勒此次發布的SCT電機憑借其能以高功率持續運行的特性解決了這個問題。
除了由自身屬性決定的,電機在高速工況下耗電量大,馬勒的SCT電機確實在一定意義上進一步實現了對內燃機的替代。
而歐盟不久前正式通過2035年全面禁燃的決議,也為電機替代內燃機提供了政策層面的支持。
不過最終德國提出的到2026年再審核混動車型與合成燃料內燃機的折衷方案得到通過,也為內燃機留下了一道口子。
而且,對于純電動車來說,由于目前還存在著續航、電池安全性等方面的問題,電機真的要完全取代內燃機,還需要一定的時間。
馬勒的SCT電機使用的是永磁電機,相較于普通電機,永磁電機的轉子為永磁體,無需將能量作為“勵磁電流”傳輸到轉子來產生磁場。
因而,永磁電機除了具有功率密度高、結構簡單且緊湊、運行可靠等特征外,還可使電機運行更高效且無磨損。
同時,馬勒的SCT電機也提供無磁體版本,但相應的所占空間會有所增加。
馬勒表示,該電機幾乎適用于任何類型的車輛,包括乘用車、商用車、工程機械車和拖拉機等。
兩款電機都將在9月德國漢諾威的2022 IAA運輸展上亮相。
本文來自微信公眾號“AutoR智駕”(ID:zhinengqiche),作者:黃華丹,36氪經授權發布。