最近看到一个视频,选题很常见,就是电动车为什么高速更费电?但是,支持的论据却有点离谱。
他认为,是因为电机在高速情况下产生的“反电动势”,极大地浪费了电。
你看完这个视频,就会被他带着走。首先,他抛出了一个很多人不知道的概念,就是“反电动势”,然后加以渲染,让你有种醍醐灌顶的感觉,原来之前的观点都错了,最大的症结在“反电动势”上,最后就欣然点赞,完成一次“傻瓜共振”。
但事实上,这个问题已经解释过很多次了,电动车高速更费电,就是因为在高速这种情况下,它本来就应该更费电。
很多人不理解,是因为代入了燃油车的视角,明明燃油车开高速更省油。这个问题,是内燃机自己的问题,常规低速的情况下,燃烧效率太差,而在高速情况下,燃烧效率反而提高了。这就出现了“反直觉”的情况。
你用最笨的思路去想,假如你跑步,是不是跑得越快,你越累?你要对抗更大的风阻,当然,会消耗更多的能量。
所以,那个结论并没有变,影响高速能耗的,占比最高的,还是风阻系数。
当然,我们又得面对另一个事实,如今,很多电动车风阻系数控制得很好了,大家基本相当,而再优化风阻,非常难,还不值当,你自然就会忽略“风阻”对能耗的影响。
那么,“反电动势”的影响能不能再优化呢?也就成为了下一个要攻克的技术话题。
答案当然是,能!
先说什么是“反电动势”?这是一个非常正常的物理现象。我们的电机,既可以是电动机,也可以是发电机,而转子在旋转的时候,必然会切割磁感线,也就有“发电”的倾向。
反电动势的计算公式,大概与磁通量和转子的转速成正比的关系。也就是说,在转速较低的情况下,反电动势并不明显,但是,当转速较高的情况下,反电动势就越发突出了,其影响就不能忽略了。
再简单地理解下,“反电动势”是个不利的因素,你本来希望电机起驱动作用的,但现在,它却有了发电的倾向,那肯定没办法好好给你“驱动”。
这该怎么办?电机的转速没办法改变,就只有改变磁通量了。当前最直接的办法,就是给定子提供一个“弱磁电流”,从而减少磁通量。
但你要知道,这个电流不是凭空产生的,它是从原本要做功的大电流中,分了一部分出来,而且,相当于“废做功”了,那必然会造成能量的损耗,比如,它会发热,以热量形式散发了。
我们要优化的,就是这个步骤,能不能不浪费?其中一个思路,就是比亚迪提出的“可变磁通量电机”,具体用的是物理改造的办法,在转子内部设计了可移动的调磁部件。在高速的时候,通过机械方式改变磁路的“通断”状态,直接减少穿过定子的磁通量。
这种方式不会额外耗电,也就不会“废做功”了。
有人想到了另外一个思路,为什么不给电动机设计多档变速箱?在反电动势过大的时候,降低电动机的转速不行吗?
这个思路是可以的,但有笔账得好好算。
首先,目前很多电动车都是“单档变速箱”,不是为了省成本,是因为真的够用了。电动机的特性就是转速刚启动的时候,扭矩就可以很大,即便在转速很高的时候,功率也不会拉垮,没有必要使用多档变速箱。
市面上,有一些“两档变速箱”,也请记住,它们并非设计了一个专门的“高速档”,反而是留了一个专门的“低速档”,就像保时捷Taycan,这个所谓的“低速档”齿比很大,是为了加速更快,更强调运动属性,在很多时候,用的是齿比更小的那个档位。
你可以理解为,如果不是为了急加速,在多数情况下,保时捷Taycan的两档变速箱,与其他车的单档变速箱无异,齿比还很接近。
那么,话都说到这份儿上了,还有必要多设一个齿比更加小的“超高速档”吗?技术上可以达到,但成本和收益并不值得,道理就这么简单。
也就是说,“反电动势”的负面影响,都不值得在工程上考虑多设一个档位。
这是不是也证明了,解决问题,要首先抓住主要矛盾(风阻),再解决次要矛盾(反电动势),而不是为了噱头,刻意放大反电动势的影响呢?