特斯拉電動機的四個關鍵參數

2021-01-08 電子發燒友

新能源汽車龍頭特斯拉公司使用的電機是三相感應電動機,而非傳統電動車所用的稀土永磁電機。電動汽車(BEV)是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由於對環境影響相對傳統汽車較小,其前景被廣泛看好,但當前技術尚不成熟。

工作原理:蓄電池——電流——電力調節器——電動機——動力傳動系統——驅動汽車行駛(Road)。

特斯拉電動機的四個關鍵參數

新能源汽車主要分為電動和油電混合兩大類,其中油電混合的大類中又分為油電混合、插電式混合動力和增程式混合動力三類。下面著重介紹一下特斯拉汽車參數配置表中電動機部分的相關四個參數。

● 電動機最大功率(單位:kW)

簡單來說,我們完全可以將電動機看作常規的內燃機,所以其同樣有兩個重要的參數——最大功率和最大扭矩。最大功率是指一臺電動機所能實現的最大動力輸出,這個概念和發動機相似,不過電動機卻有著自己的動力輸出特性。

電動機是一種能量轉換效率很高的機器,相比內燃機30%多的工作效率,電動機通常都在85%以上,而且功率越大,工作效率也越高,而大型電機的效率甚至可以達到98%。

● 電動機最大扭矩(單位:N·m)

這個概念也與發動機的最大扭矩相近,電動機的最大扭矩不僅與電動機的轉速有關還和功率有關。而電動機最大的特點就是低轉速下的扭矩強勁,正是基於這一 點,在混合動力系統中,當車輛起步或急加速時,電動機可以起到輔助和彌補發動機動力特性的作用,從而提升車輛的加速性能。

● 電池支持最高續航裡程(單位:km) 對於純電動汽車、中度及重度混合動力汽車以及增程式汽車來說,它們都涉及到一個在純電力驅動模式下的續航裡程問題,這個續航裡程的多少主要與電池的容量 相關,電池容量越大,續航裡程就遠。不過在實際情況中,由於受到外界環境的影響(特別是氣溫)以及空調和電器設備的使用,續航裡程通常都低於工信部或者廠 家所標註的最大續航裡程。

● 電池容量(單位:kWh)

電池容量也就是一塊電池組中究竟蘊藏了多少能量,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,國內普通的純電動汽車的電池容量通常在20kWh左右,所以其續航裡程也就只有100多公裡,而像 特斯拉-MODEL S的85和P85版車型的電池組容量則達到了85kWh,所以其續航裡程可以達到400多公裡。 『特斯拉-MODEL S的85和P85車型的電池組容量則達到了85kWh』 而對於混合動力車型來說,其電池組的容量要相對更小一些,同時根據混合動力的程度,電池組的容量也會不同,按電池容量一般來說,普通的油電混動《插電式混動《增程式混動。

特斯拉電機為什麼可以做的這麼小?

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影響電機輸出功率的兩個因素,一個是轉速,一個是扭矩。兩者的乘積高了,功率就大了。

特斯拉的電機功率大,原因也是一樣。他有超過10000轉的最高轉速和600NM的扭矩,當然他的恆扭矩區在0~5500rpm,以上是恆功率區,轉速提高扭矩同比例下降。

所以問題又變成怎麼在那麼小的體積下實現10000轉的高轉速和怎麼提供600NM的大扭矩?

機械上實現10000轉是容易的,做好動平衡,用高轉速的軸承。

電路上面呢?需要轉子通過高頻高壓的大電流,什麼概念?大約是500Hz、350V,1000A,我說的是大致的範圍。

帶來的問題:耐壓相對好解決(其實也有點難的),大電流需要很粗的導電截面,高頻率會有很強的趨膚效應這是矛盾。

特斯拉怎麼解決:多股線,儘可能短的線圈端部,還有是高溫高頻的承受力,相應的線圈、定子的散熱,妙招是一體化的變頻器和異步電機。

變頻器一體化後,EMC的問題容易解決了。

異步電機是容易做到平穩驅動,可以高效的驅動到很高速,這是相對永磁同步電機的明顯優勢。

因為電機有一個額定工作轉速,高於此轉速需要超電壓或者是弱磁驅動,異步電機弱磁很容易,只要減小相應的勵磁電流就可以了。永磁同步也可以弱磁,需要增加一個相應的去勵磁的電流。總的電流的承受能力有限,所以異步的優勢就明顯。

扭矩怎麼辦:增加磁場,提高磁場的有效利用率。

怎麼增加:定子、轉子的深槽型,增加導磁截面,還有轉子磁場的一致性,減小端部的損失(他們有一個專利描述)。銅轉子?更多的還是通過增加導磁截面來提高轉矩。只是通過降低轉子導體電阻,最大扭矩沒有增加。

然後還有一個因素:一體控制器和電機設計,電機可以以最大扭矩運行,我們通常的異步電機的額定扭矩只有最大扭矩的50%不到。

綜合:轉速上提高了4倍,扭矩上提高了4倍,總體上就驚人了。

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