电动汽车技术
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为什么电动机会“呜呜”作响?
电动机的嗡鸣是两种物理来源叠加的结果: 电机内部磁力产生的电磁音调以及逆变器的高频开关声; 此外还加上齿轮减速器和轴承的机械贡献. 随着加速,啸叫的音调升高,因为这些音调随转速成比例地发生频移. 制造商通过扩频调制、主动降噪和声音设计来柔化这种声音,或者有意地对其加以塑造. 重点提示 开关引起的噪声通常出现在5-15 kHz范围内,也就是人耳最敏感的区域. 示例计算: 在4500 rpm下,第 24次谐波产生1800 Hz的音调. 扩频调制将音调性噪声能量分散到频率频谱中,从而降低峰值水平.…
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高电压接触器在发生故障时如何切断电路?
电动汽车发生故障、短路或碰撞时,让电池脱离系统的并不是一个简单的开关,而是一套分层的安全架构: 主接触器会在毫秒内切断电路, 灭弧系统会抑制闭合瞬间产生的电弧, 绝缘与互锁监测电路能及早发现故障, 而当触点受力严重到可能熔焊时, pyrotechnic断开器会物理切断连接. 本文将逐个组件地讲解这套大多数驾驶者从未听说过的架构是如何工作的. 要点速览 现代电动汽车中装有3-6个接触器; 它们分担主电路、预充电、充电系统和电池断开等任务. 高压系统通常在400-800 V范围内工作; 部分系统…
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氮化镓能否取代碳化硅?
简短回答:不会,GaN 不会取代 SiC——但它正迅速进入 SiC 旁边.氮化镓凭借高开关频率和低损耗,在中低功率范围内比碳化硅提供更高效、更便宜的解决方案;而在高电压牵引逆变器领域,SiC 的地位依然稳固.这两种材料并非彼此的竞争对手,而是不同电压和频率区间的专家. 要点速览 GaN 1–10 MHz 频段内实现开关;硅的典型上限仅为几百 kHz. 基于 GaN 的车载充电机(OBC) 96%–98% 的效率运行,并使系统体积缩小 30%–60% . GaN 器件成本在归一化标尺上为 1.3…
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Resolver是什么?电机如何知道自己的位置?
Resolver是一种通过变压器原理工作的电感式位置传感器,用于测量电机转子在某一瞬间的角位置.逆变器通过使定子磁场始终保持在转子前方90度的位置来产生扭矩;要做到这一点,逆变器必须知道转子的位置,而resolver正是提供这一数据的部件.它与霍尔传感器和编码器完成相同的工作,但其耐温性和抗振动性使其成为电动汽车电机系统的默认选择.要点速览 Resolver是一种采用与变压器相同电感原理工作的模拟位置传感器. 典型激磁频率 2 kHz 左右;在航空航天应用中可达 10 kHz. Resolve…
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轴向磁通电机为何在电动汽车中备受关注?
在轴向磁通电机中,磁通沿着与电机旋转轴平行的方向流动;与传统的径向磁通电机中垂直于旋转轴的径向(锚式)方向磁通不同,磁通以一条直线穿过盘形转子从一极到达另一极.这种短的磁通路径和较大的有效直径,使得同样体积能够输出更多的扭矩和功率;因此轴向磁通架构在注重性能的电动汽车中被越来越多地讨论.那么,为什么它没有用在每辆车上,而是仍然只用于部分精选车型? 亮点 在合适的设计下,轴向磁通电机相比径向磁通的同类产品 扭矩密度可高出 2-4倍. 在实验室原型中, 550 kW 的功率、 13.1 kg 的质…
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电动汽车为什么有时无法输出全部动力?
电动汽车有时无法输出全部功率,因为当电池、逆变器和电机上的温度传感器检测到温度超出安全工作范围时,功率电子器件会主动限制电流和输出功率.这种现象称为降额,即功率限制;它不是故障,而是保护精密半导体和电芯的一种设计好的保护行为.仪表盘上功率突然下降,往往说明系统正在执行它本应完成的工作. 要点 功率限制有三个主要来源: 电池过冷, 温度过高 和 逆变器/电机过热. 限制阈值并不是一个通用的温度值,它因制造商和车型而异. 在低温下,由于锂枝晶沉积的风险,再生制动会被减弱或暂时关闭. 临时性的容量损…
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电池预热:寒冷天气下快速充电的前提条件
电池预热(预调节)是使电动汽车的电池在快充之前达到理想工作温度的热管理功能.车辆会在到达导航中输入的快充站之前加热电池;从而在低温环境下不降低锂离子电池的充电接受度,安全地接收高功率.其结果是更短的充电时间、得以保留的续航以及更长的电池寿命.要点 理想充电温度大致在 15-35°C 之间;低温电池无法接受大电流. 预热通常持续 20-30分钟 ;在计划模式下,会在目标时间前30-60分钟启动. 低温电池在快充时可能以 约50 kW 起步;而加热后的电池 150 kW可立即接受. 当气温 10°…
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再生制动与机械制动如何协同工作?
电动汽车的制动需求首先由再生制动满足,即将电动机转换为发电机;当电机扭矩不足或车速过低时,液压制动便会介入.这两套系统在驾驶员毫无察觉的情况下进行分配,这被称为制动混合,即brake blending,完全由制动控制软件的标定来管理. 软件根据踏板位置,在毫秒之内建立再生制动与摩擦制动之间的平衡. 要点 再生制动可以回收制动中损失能量的约 50% 回收 首个商业化混合制动系统于 1997-1998年 在GM EV1上应用 再生制动在约 10 km/h 以下实际上停止工作 紧急制动时,仅靠再生制…
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什么是发卡式绕组(Hairpin Sarım)?它为电动机带来了什么?
发卡式绕组是指用弯成U形的矩形铜条取代电机定子中的圆形铜线.这种几何结构能够在槽内容纳更多铜材,将槽满率从传统绕组的约45-50%提升到70%以上;从而提供更强的磁场、更低的电损耗和更好的热管理.本页将深入探讨发卡绕组的结构、制造工艺、效率与功率密度方面的收益、其局限性,以及哪些制造商已转向这项技术. 亮点 发卡绕组在定子槽内可实现 70%及以上的铜槽满率 ;传统圆线绕组的这一数值通常在35-50%之间. 该技术首次应用于量产车是在 2008款雪佛兰Tahoe混动版 上. 发卡绕组的优势 在功…
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电动汽车在哪个转速区间工作效率更高?
电动机的最高效率并不出现在某一个点,而是出现在扭矩-转速平面上的某个区域;在大多数现有设计中,该区域对应低-中转速和中扭矩范围.因此,这个问题的简短答案是:在全油门或走走停停之外的、车辆日常使用大部分时间所处的中等负载区间内,电机效率最高.所谓的效率图,展示的正是这一区域.亮点 效率图是在扭矩和转速坐标轴上绘制效率等值线的图表. 以一台永磁电机为例,其高效区 集中在 4,000 rpm 以下 和 250 Nm 以下 的区域. EPA 指出,电动车对来自电能的能量 约 87%-91% 一直利用到…
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电动汽车为什么仍然保留12伏系统?
电动汽车的12伏系统由DC-DC转换器供电,它将主牵引电池的高电压转换为辅助系统所需的低电压;没有这一层,安全气囊、ABS、电动助力转向和控制电子设备都无法工作,车辆也无法启动.因此,在400-800伏的动力超分层中,真正关键的一层是那条看不见却承载着车辆生命维持功能的12V(以及日益增多的48V)线路. 亮点 电动汽车没有交流发电机;12V电池唯一的充电来源就是DC-DC转换器. 现代转换器 以85%-98%的效率 工作,在正常情况下 拥有10-15年 的使用寿命. 如果12V电池耗尽,高压…
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车载充电器为何被刻意设计得很小?
决定电动车家用AC充电速度的并不是墙上的充电桩,而是车内的车载充电器 (onboard charger);这一装置被有意设计在7-22 kW这一较窄的功率区间内,因为快充的主要负担由充电站侧的DC转换器承担.本文从电力电子层面解释OBC的功能、它为何设计得如此小巧,以及DC快充如何将其旁路. 要点速览 AC充电时输入电池的功率,取充电桩最大输出功率与车辆车载充电器功率两者之间 的较小值. 典型的OBC功率等级 分为7 kW、11 kW和22 kW . 车载充电器的设计目标通常 轻于5 kg …
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