你肯定听过这种说法:电动车跑高速特别费电,续航“打骨折”。 但你可能没细想过,那多耗掉的三成电,到底去哪儿了? 一个反常识的答案是:其中很大一部分,可能只是为了“对抗”电机自己,而在控制器里被白白烧掉了。
这听起来有点离谱,但却是目前绝大多数电动车永磁同步电机的一个原生困境。 这一切,都源于一个叫“反电动势”的物理现象。
简单来说,当电机转子高速旋转时,它上面的永磁体磁场,会反过来切割定子的线圈,从而在线圈里“感应”出一个反向的电压。 这个反向电压,会顽强地抵消驱动车辆前进的正向电压。 车速越高,转子转得越快,这个“反作用力”就越大。
为了冲抵这个“反作用力”,让电机转速还能提上去,电控系统就得使出一个叫“弱磁控制”的手段。 它需要额外分出一部分电流,专门去削弱转子永磁体的磁场。 这部分电流,就叫“弱磁电流”。
你可以把它想象成,你骑着一头驴,用杆子挑着胡萝卜引它往前跑。 驴跑得越来越快,胡萝卜晃得厉害,驴的动力就跟不上了。 为了让驴继续保持干劲,你得费力把杆子抬高一点,让胡萝卜离驴嘴更近。 你抬杆子这个额外用的力气,对前进本身没直接帮助,但没了它,驴就跑不快了。
弱磁电流就是“抬杆子的力气”。 它在电机里不做功,不产生任何驱动力,它的唯一使命就是去“压制”永磁体。 这部分电流会全部转化成热量耗散掉,这就是“铜损”。 同时,被故意搞乱的磁场还会产生额外的“铁损”。 两相叠加,结果就是,当你的车在高速上以120公里时速巡航时,电机的效率可能已经从巅峰期的97%暴跌到了85%左右。
相当于你每用10度电,就有1.5度是在跟自己“内耗”。 这不是电池的问题,这是传统电机技术高速下的“阿喀琉斯之踵”。
行业里当然知道这个问题。 一个主流思路是“治标”:给电动车装上两档变速箱。 奔驰的EQS、保时捷的Taycan就这么干的。 用变速箱改变齿比,让电机在高速时不用转得那么快,从而绕过反电动势最强的区间。 这办法确实有效,但它增加了重量、成本和机械复杂性,而且说到底,它只是“绕开”了问题,并非“解决”了问题。
那么,有没有可能从根儿上,让电机自己“变聪明”,在高速时别那么“跟自己过不去”呢?
比亚迪从2024年开始密集公布的一系列专利,给出了一套更彻底的方案。 它的核心思路简单直接:让电机转子本身的磁场强度,能根据车速和负载实时变化。 这项技术,被统称为“可变磁通电机”。
它的目标非常明确:在需要大力加速的低速阶段,让磁场全开,爆发最强扭矩;而在需要持久奔跑的高速巡航阶段,则自动削弱磁场,从源头上减小那个捣乱的“反电动势”。 这样一来,就可以大幅减少甚至完全扔掉那个纯粹用来“内耗”的弱磁电流。
这思路听起来像燃油车的可变气门正时,但要在每分钟上万转的电机里实现磁场强弱变化,难度是几何级数上升。 比亚迪的专利展示了几种巧妙的实现路径。
最核心的一种是机械式调节。 你可以想象一下,在电机转子内部,除了固定的永磁体,还埋入了一个可以精密移动的“调磁滑块”。 这个滑块由特殊的导磁材料制成,通过一套电控的微型驱动机构,它能沿着转子的轴向或径向移动。
当车辆处于起步、爬坡或急加速状态时,系统会把这个滑块移动到与永磁体“正对”面积最大的位置。 此时,永磁体产生的磁力线,绝大部分都被这个滑块引导,顺畅地穿过气隙,与定子部分发生强力作用。 这时电机处于“强磁”状态,扭矩输出最强。
而当车辆进入平稳的高速巡航时,指令改变。 那个滑块会悄悄移动,要么减少与永磁体的正对面积,增大磁路阻力;更绝的是,它甚至能移动到某个位置,给磁力线提供一个“内部短路”的旁路,让一部分磁力线根本穿不过气隙,直接在转子内部就回流了。 这时,实际作用于定子的“有效磁场”就变弱了。
磁场弱了,高速时产生的反电动势自然就小了。 原来需要很大电流去“压制”磁场,现在可能只需要一点点,甚至完全不需要了。 根据行业分析,这项技术能将电机在高速区间的运行效率,从85%拉回到92%到95%的高位。 反映到整车,就是高速能耗有望降低15%到20%,这对于缓解用户的里程焦虑,意义重大。
除了机械调节,比亚迪的专利还揭示了另一种思路,有点像“记忆合金”。 它采用一种特殊的永磁材料,比如铝镍钴。 这种材料的特性是,你用一个短暂的、强大的电流脉冲“打”它一下,就能改变它的磁化强度,而且这个新的磁化强度会被“记住”,直到下一次脉冲来临。
这样一来,在低速需要强磁时,给它一个充磁脉冲;上了高速,再给它一个反向的退磁脉冲。 磁场强度就像电灯调光一样,分档可调。 这种调节几乎不产生持续能耗,因为脉冲结束后,磁场就稳定在新的状态上了。
无论是机械移动还是脉冲调磁,都需要一个极其聪明且快速的“大脑”来指挥。 这就是与之配套的“分频控制技术”。
它需要实时收集车速、扭矩请求、电池状态等海量信息,在微秒级别内计算出当前最优的磁场强度,并精准指挥执行机构动作。 这套控制算法的复杂度,远超传统的电机控制。
从效果上看,可变磁通技术是直击痛点的。 它不仅仅是为了省电。 在高速上更省电,意味着可以用更小的电池包达到同样的续航,或者同样大的电池能跑得更远。 这直接关系到整车的成本和重量。 同时,因为弱磁电流大幅减少,电机内部的发热也会降低,这对系统的散热设计和可靠性也有好处。
除了比亚迪,其他厂商也在探索不同的技术路径。 比如宝马,在其最新的“新世代”车型上就采用了“无稀土”的励磁同步电机。
它用通电的线圈代替永磁体来产生磁场,通过调节电流就能轻松控制磁场强弱,天生就具备“可变磁通”的能力。 它的短板是功率密度和峰值效率通常不如永磁电机,结构和控制也复杂。
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