解決續航焦慮就只能瘋狂堆電池？錯了 搞定這個才是關鍵！

在討論電動車技術的時候，大家經常會説到“三電系統”，這“三電”主要指電池、電機和電控。談到影響電動車普及的最大痛點——續航里程的時候，大家都會把電池的容量和充電速度看得非常重要。

但是不斷堆電池對續航的增加是存在邊際效應的。無腦堆電池不僅會增加車重，充電時間也會相應變長，對續航的增加卻會不斷減少。

想要進一步增加續航里程，得想想另外的辦法了。不如就從電機入手？

和內燃機比起來，電機的體積和構造簡單得多，因此在實際中用途實在是太廣泛了。從手機的振動器，到風力發電機中的大型電機，電機都扮演着重要的角色。

電機的原理其實非常簡單，通電導線在磁場中受力，導線切割磁感線產生電動勢，所以電機的兩大構成就是定子和轉子，一般為永磁體（磁鐵）和繞組線圈構成。永磁體和繞組線圈的不同組合結構就構成了不同種類的電機。

電機的輸出特性和發動機差別非常大，發動機需要外接起動機才能起動，而只要給電機通上一定的電流，電機就可以開始旋轉並輸出動力。而且在起動時的扭矩輸出中，電機的扭矩要比發動機大得多。當然在高轉速區間，電機的扭矩輸出會偏低一些。

電機在運轉過程中的效率其實是非常高的，最高效率能達到95%，這也讓電動車的能耗對燃油車形成了降維打擊，在燃油車時代要做到1L/100km的油耗需要用到很多前衞且昂貴的技術，但是現在有非常多身型比較小的電動車，它們都能做到與1L/100km相當接近的能耗表現。

所以電動車需要怎麼樣的電機呢？

電機的功率等於扭矩*轉速，要增強電機的動力性能的話，必須增大電機的尺寸。但是電動車的電池也要佔據很大的空間，所以電機佔據的空間就沒那麼大了。所以電動車需要的電機，必須兼顧工作範圍廣、高效率、小型化、高功率密度、低成本等幾大特點。因此目前在電動車上用的最多的電機還是永磁同步電機。

和風扇、四驅車等工況較為固定的使用的電機相比，電動車所使用的電機，需要有非常廣泛的轉速和動力輸出區間，工況要複雜得多，所以電動車的電機和發動機一樣，高效率的範圍還是有限的。只不過總體而言電機的效率還是比發動機高得多的。下面就是電機效率分佈的圖表。

和發動機一樣，電機的最高效率區間集中在中速附近。在低轉速高扭矩和高轉速低扭矩區間中，效率都會略有降低。這就涉及到了電機的兩大主要運轉損失——銅損和鐵損。

銅損顧名思義，就是銅線產生的損失。銅線雖然電阻比較低，但是當起步時銅線通過的電流還是非常大的。這樣銅線就會發熱，一部分能量以熱的形式損失掉。所以銅損主要產生在電機的低轉速高扭矩區間中。

而到了高轉速區間，電機就會產生較大的鐵損。在電機運行過程中，繞組線圈的磁場是不斷在變化的，這樣的變化會在繞組鐵芯內產生渦電流和磁滯損耗。渦電流的產生最終還是會以熱量的形式散失掉。

電機轉速越高，繞組線圈的磁場變化頻率就會越大，因此產生的渦電流和磁滯損耗也會越大。再加上高速續航更大的空氣阻力和滾動阻力，電動車在此時會非常耗電。

降低銅損和鐵損有非常多的辦法，在主流的電機中，最好的辦法就是使用扁線繞組結構。扁線繞組結構不僅橫截面積更大，減少了單位長度的電阻和發熱量，而且與鐵芯接觸面積更大，更利於散熱，通電時產生的磁通量也更大，目前已逐漸用在了主流的混合動力車和電動車的動力電機上。

至於降低鐵損的辦法也有，一個是將鐵芯使用的電磁鋼板換成薄片，換成薄片後就能降低渦電流。另外還有將鐵芯更換為非晶體合金的做法，但這樣會降低電機的功率密度，同時非晶體合金的加工難度也比較大，不適合用於大批量生產。

雷諾-日產聯盟提出了這樣的一個解決辦法——把永磁同步電機的永磁體換成可改變電流的繞組線圈，通過改變電流來改變轉子的磁場強度來進行弱磁控制，從而降低渦電流、磁滯損耗的強度，並增強了電機的高轉速動力輸出。

但是因為是繞組線圈產生的磁場，電機體積要比永磁同步電機大一些，而且繞組線圈產生磁場同樣需要耗費功率，所以極限效率是不如永磁同步電機的。

有更完美的解決方案嗎？開關磁阻電機算是一個，它的高轉速性能要比永磁同步電機好上不少，這也是未來車用電機的研究重點。如果能夠解決轉矩脈動和噪聲、震動問題，它會是比永磁同步電機更好的解決方案。

因為電機和發動機輸出特性的巨大差別，與其匹配的傳動系統也和燃油車有着比較大的差異。所以大部分的電機不需要起動機，不需要離合器，只需要一個減速齒輪箱就足夠了，但還是有車企給出了不同的解決方案。

保時捷就為Taycan配備了一套行星齒輪兩速變速箱。這套兩速變速箱自動根據駕駛模式和速度調整擋位，能夠很好地解決電機在高轉速狀態下效率低的問題。豐田最近也在專利網站上申報了匹配電動車的手動變速箱專利，但目前尚不知道這套系統的工作原理。

另外還有一些零部件供應商，比如博世的CVT4EV就為電機匹配了一個鋼帶式CVT變速箱，從而最大程度發揮電機在單工況狀態下的優勢。並且在高轉速低扭矩的高速巡航工況下，CVT變速箱能降低電機的轉速，從而減少鐵損，提高效率。

當然為電機匹配的傳動系統非常豐富多樣，我將在下一篇中用一些實例繼續給大家介紹。