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蜂巢电驱动专家解析汽车电动化趋势中的安全性、经济性和动力性

2020-09-08 11:46:03·  来源:蜂巢电驱动  
 
汽车电动化是百年汽车工业当前面临的最重要的技术变革之一。历史上,用电能驱动汽车的梦想历经行业长期的努力和尝试,均未能获得大规模商业应用,直到1990年代,
汽车电动化是百年汽车工业当前面临的最重要的技术变革之一。历史上,用电能驱动汽车的梦想历经行业长期的努力和尝试,均未能获得大规模商业应用,直到1990年代,以丰田普锐斯为代表的油电混合动力轿车走入消费市场,正式开启了本轮汽车电动化浪潮。随着2010年美国通用雪佛兰沃蓝达增程型电动车和日本日产聆风纯电动汽车上市,电驱动技术在乘用车领域的应用开始成长。美国特斯拉Model S车型在2012年上市,宣告造车新势力正式以量产车型登上历史舞台。我国作为世界第一大汽车销售市场,自2015年以来,在国家政策的鼓励下,电驱动汽车的产销量获得了爆发性增长,达到了每年一百多万辆的水平。虽然这个规模距离传统燃油汽车全国每年产销两千多万辆的水平还有巨大差距,但其对消费市场、产业链上下游、未来技术发展趋势等方面,都形成了深远影响。当前汽车产业正在发生的变革,已经预示着汽车电动化已经形成不可逆转的历史潮流。



作为早已习惯于传统燃油汽车及其消费生态的普通消费者,在市场发生的新趋势面前,对于汽车动力的电气化往往抱有好奇和疑虑,希望了解其与传统汽车在安全性、经济性和动力性等方面的区别,从而决定自己的消费选择。

从电动化车辆与传统燃油车的动力技术和原理来看,主要区别在于前者增加了动力电池和电动机,纯电动汽车完全取消了内燃机及其配套燃油和排放系统,增加了车载充电装置;油电混合动力汽车虽然保留了内燃机,但通过设计,降低了对发动机的动力输出需求,从而起到节能减排的作用。

动力电池的安全性和经济性已经有很多专门的讨论,这里不再赘述。除电池以外的电驱动系统的安全性、经济性和动力性是本文的重点。

电驱动系统主要涉及高电压安全,电动机输出扭矩安全,以及热安全。

高电压安全的目的是防止人身触电风险。纯电动汽车的电池包输出电压多在300-400伏特范围,电驱动带升压系统的车型还可能提高至650-800伏特。为了确保高电压不会影响到人身安全,整车企业和零部件供应商都须在工程设计和可靠性验证方面提供完善的高压部件绝缘耐压和极限工况(例如碰撞)下的断电保护品质保障,这些安全保障措施和执行标准的严苛程度远高于一般的消费级和工业级用电设备。

电动机输出扭矩安全的目的是防止车辆出现非受驾驶员控制的移动,从而避免继发性的人身伤害事故。电动化车辆的动力全部或部分来源是电动机的输出扭矩。为确保该输出扭矩始终处于受控状态,整车企业和零部件供应商在工程设计上做足了充分考虑,可确保任何可能导致不安全的因素,包括所有可能的故障因素,都被抑制或引导至安全状态,从而保障人身安全。

热安全的目的是防止电驱动系统因大电流引发局部电路过热而损坏零部件。电驱动系统内部需要产生大电流驱动电动机工作,电流会引起载流部件发热,例如电机线圈等。为了确保该类发热现象不至引起零部件过热损坏,车辆对于电路因电流引起的温度上升均实施密切的监控,当温度上升到一定限值,电流幅度可被抑制从而降低或消除发热,从而使温度不再上升。

汽车电动化的经济性,在非插电的油电混合动力汽车上已经得到充分的市场验证,即其优异的燃油经济性足以在消费者可接受的空间内覆盖电动化部件引起的成本上升。插电式车辆,包括插电式混合动力及纯电动汽车的经济性影响维度较多,电池容量及成本、续航里程和充电基础设施配置水平、驾驶员驾驶习惯和用车场景,以及政策补贴,甚至包括油价和电价的关系等,都构成影响因素。一般来说,政策补贴的退坡,对于纯电动汽车影响最大,对于插电式混合动力汽车影响次之,对于非插电式油电混合动力汽车无影响。对纯电动汽车来说,在同样电池能量密度条件下,续航里程越高,电池装载量也越大,整车售价也就更高,导致其经济性受到不利影响。为了满足不同类型消费者对于车辆经济性的多种需求,车企提供了不同的电动化解决方案,使其对于特定的消费群体,能够提供高于传统燃油汽车的经济性。

汽车电动化的动力性,毋庸置疑,优于可比情形下的传统燃油汽车。原因是电动机的输出特性与内燃机不同。传统内燃机在低转速,或怠速工况下,其输出扭矩能力很弱。若想让内燃机输出大扭矩,驾驶员必须踩油门使内燃机转速上升后,输出扭矩才能增大。而电动机则不同,电动机可在零转速下就输出最大扭矩。因此,在车辆起步加速等性能上,电动机的价值能够得到充分发挥,这个点在纯电动汽车上能够得到淋漓尽致的体现。油电混合动力汽车的动力性,由于电动机只负责提供部分动力,因此动力效果较纯电动汽车稍逊。

综上,汽车电动化的趋势和产品,可以为不同类型消费者提供兼顾安全性、经济性和动力性的解决方案,从而逐渐渗透传统燃油汽车市场,为相应的客户群提供优于燃油车的使用价值。 
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