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对话极氪新能源平台总工李明远从系统视角解

来源:轴承厂 时间:2022/8/24

与各位大定车主一样,4月15日极氪发布之后,这台配置与性能出众的国产纯电Estate让我满怀期待地交出了5,定金。

同样和各位大定车主一样,当得知极氪用的是V电气平台,电驱有日本电产和威睿两种共用,电池有宁德时代和威睿两种共用的时候,我的心中也冒出了一串警惕和不解的问号:

申报扭矩和转速更低的威睿电机是不是性能比电产电机差?

极氪为什么没用V电气平台?

......

关于这些问题的猜测和讨论一度成为车主群和社区里热度最高的内容,但争论下我却一直没有看到清晰深入的技术分析。

所以在被告知有机会和SEA浩瀚架构三电理论的提出者,新能源开发平台总工程师李明远一对一沟通之后,我便立刻开始整此前的疑问和好奇。此行除解惑以外,我也希望能对极氪的三电有更全面和深入的了解。

实际的采访内容信息量不少,不过因为本篇内容主要聚集于技术,所以会相对枯燥并且有一定的理解门槛。

大家最关心的问题

先把威睿和电产聊明白

首先是日本电产和威睿电机的问题,极氪发布会上公布的日本电产电机峰值扭矩为N·m,后来工信部上的威睿电机峰值扭矩为N·m,多数用户对此的第一反应是「极氪电机减配」。

极氪在后来的官方回复中有进行过简单的解释,两种电机在极氪上最终的轮端峰值扭矩都是0N·m,双电机车型的零百加速都为3.8秒。

但疑问并没就此消除。

问:搭载威睿电机的车型在电机自身峰值扭矩更小的情况下,如果轮端扭矩与日本电产电机一致,那么电机减速器的齿比肯定需要为扭矩放大做相应的调整,而齿比一旦有所调整,很有可能会影响到车辆最终的极速。那么在这样的影响之下,搭载威睿电机车型的极速是否也能做到km/h?

李明远:这个问题我们要分成两部分来说,极氪要求的零百加速目标是3.8秒,这个指标给到技术研发以后会去做模拟计算,去分解整个动力系统。这个过程需要考虑起步时的前轮打滑,车辆加速时重心往后偏置,以及随着重心偏置前悬抬升的仰角在空气动力学上产生的升力,0N·m的最大轮端扭矩就是通过这样的计算得来的。

得到轮端的数据以后,我们需要将这0N·m的轮端扭矩往回推算,一级一级得出整个传动体系的半轴、球笼、再到输出轴,再到电驱或者说到减速器端需要多大的扭矩,然后再是在电驱系统上我该怎么去实现它。

为了达到轮端扭矩0N·m的要求,我们的供应商的两款电机因为技术和策略上的差异会有不同,峰值扭矩更大的那台电机恒转矩拐点出现的转速更早,峰值扭矩小的那台电机在转速更高的区间扭矩反而会更大一些,因为两台电机的功率都是kW,从物理上讲它们要实现的东西是一样的,它们的轮端功率也是一样的。

但为什么它们会有区别呢,因为两家在电机定、转子上的设计不一样。现在大家会关心定子用的是扁线还是圆线,但其实电机最重要的还是定子设计。定子里极对数是一样的,但不同的定子设计会下反向的电动势是不一样的,这个是整车安全的一个要求,用户是不会知道的。

但是整车安全要求他们反向电动势是做到一定比值内的,这样就导致他们两家会选择如何做到,于是一家做了一个电磁方案A,另一家做的是电磁方案B,一家更适合扁线,一家更适合圆线,做圆线最后得出来的反向电压高一点点,但是依然符合我们的安全要求,它做到了。另一家也符合我们要求,但是它基于扁线方案做的,可以通过整个成本和效率的优化可以做到,但是减速比齿轮这一端,机械上面可调整的范围比电机的电磁方案调整方位大得多,于是他们选择了(齿比)n1和n2,最后做到了相同的电驱系统输出扭矩。

我们公告的最高转速,不管16,rpm还是多少,其实公告的数值往上往下我们都能做。但是为什么转速我们不再轻易提上去了呢?因为整个半轴电机需要油封来做一些相应密封,轴承如果转得过快,本身轴承它能承受的扭矩和转速有线速度要求,超过这个线速度,轴承的老化就会特别快,轴承里面的油膜也无法承受。所以,在这种情况下,我们会做一个综合的考虑。但是,总的来说,它只要满足整车到轮端km/h就可以了,威睿电机也是km/h,只要满足整车端的要求,其实电机报什么值,我们没有太在意这个事情。

所以,这次报出来的参数用户会觉得一个是转速高一点,一个扭矩大一点,然后会感觉有差异,我们也是没有预料到。对你来说,这也是很好理解的,轮端一样,最高车速或者车轮端的转速是一样的,自然高转速它的要求归高一些,于是整个油封和轴承限速度设计会要求高一些。但是如果单纯的说,可能这个转速高一点,但是它的减速比再大一点会不会影响到它的最高时速啊?我的回答是不会,因为最高转速都要满足km/h,而且这个km/h我们不是说达到一次,而是在全生命周期有一定的比例,我们按照这个比例去考校整个疲劳、应力都没有问题,我们才能说这个电驱通过了我们的要求。

对比图解

关于李明远博士对于电驱部分差异的解答,为了帮助各位理解其中的概念,我们也在后期制作了一张大致的示意图。

电机的功率(W)与扭矩(T)×转速(n)的值成正比,在电机的恒转矩区间,随着电机转速n的升高,电机的输出功率理论上是线性增加的。

不过功率的线性增加并非无止境的,当电机转速一路升高至nb时,电机达到最大功率。再往后电机的功率理论上不会再随转速升高而增加,而是保持一个相对恒定的值。甚至实际上当转速超过nb以后电机的功率甚至还会因为各种物理上的原因随转速增加而逐渐衰减下降。

于是当输出功率恒定甚至下降,另一边转速又在升高,当转速超过nb之后电机的输出扭矩会呈曲线下降,这种趋势会一直持续至电机到达最大转速。

极氪上搭载的日本电产和威睿两款电机,在示意图中我们用角标「1」代表日本电产的相应参数,用角标「2」代表这威睿电机的相应参数。

电机对比示意图

日本电产电机的峰值扭矩T1max更大,不过恒转矩区结束的转速n1b更早。威睿电机的峰值扭矩T2max小一些,但恒转矩区结束的转速n2b要晚一些。恒转矩区往后因为两台电机的最大功率均为kW,所以动力输出能力相差无几。

但这是电机层面,实际上为了在轮端获得同样的扭矩,威睿电驱里减速器的齿比会做得比日本电产更高。功率不变的前提下扭矩提高,转速区间就会降低左移,所以调整完成后最终两种电驱系统的轮端输出不止峰值扭矩,而是整个设计工况下的输出曲线都是基本一致的,使用不同电机的极氪在零百加速和极速表现上也是一致的。

为什么不是V?

关于极氪上另一个大家很

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