说实话,现在市面上关于三点系统的科普文章很多,但很多人都写得过于简化。要么就是简单罗列一下电池、电机、电控分别是什么,要么就是堆砌一堆专业话术看完还是一头雾水。我会尽量用大家能听懂的话来说。
所谓三电系统,就是电池系统、电机系统、电控系统的统称。这三个系统基本上就构成了新能源汽车的核心。传统燃油车有发动机、变速箱、底盘三大件,新能源汽车替换成了电池、电机、电控。
听起来很简单?但这三个系统之间的配合,远比传统燃油车复杂得多。
电池好理解,就是儲存能量的地方,相当于燃油车的油箱。但这个"油箱"可不简单,它既要保证能量密度够高,又要保证安全性,还要保证寿命。
电机是把电能变成机械能的部分,相当于燃油车的发动机。但电机相比发动机有个巨大的优势——响应速度快。发动机的扭矩输出需要转速爬升,电机几乎可以做到瞬时最大扭矩。
电控则是统筹整个系统的大脑。它要管电池的充放电,要管电机的转速和扭矩,还要保证整个系统在各种工况下安全可靠地运行。
这三个东西配合好了,整车性能就好。配合不好,要么续航拉胯,要么安全问题,要么就是开着不舒服。
02 电池系统:新能源汽车的核心
2.1 电池到底在研究什么?
很多人觉得电池嘛,不就是充放电那么简单。其实远不是这么回事。
电芯是电池系统最基本的单元。简单理解就是一个正极+负极+电解液的组合。目前市面上最主流的两种类型是磷酸铁锂和三元锂电池。
磷酸铁锂的优点是安全性好、寿命长、成本低。缺点是能量密度相对较低,低温性能差一些。
三元锂电池正好反过来,能量密度高、低温性能好,但安全性相对差一些,成本也更高。
这就是为什么北方地区很多人推荐三元锂,南方地区推荐磷酸铁锂的原因。不是没有道理的。。
但我要说句公道话,这两种技术路线各有优劣,具体选哪个还是要看使用场景。非要分个高下没必要。
▶2.2 BMS到底有多重要?
如果说电芯是电池的肉体,那BMS(Battery Management System,电池管理系统)就是电池的大脑。
这玩意儿到底管什么?
监控:电压、温度、SOC(State of Charge,电量状态),这些参数实时监控。
均衡:每个电芯不可能完全一致,时间长了就会出现一致性差异。BMS要做的就是均衡,让所有电芯保持一致。
保护:过充过放不行,温度太高太低也不行。BMS要在各种极端情况下保护电池安全。
估算:剩余电量到底还有多少?这个看起来简单,其实非常考验算法。因为电量跟电压、电流、温度、循环次数都有关系。
很多厂家宣传自己用了什么什么电池,但实际上BMS才是真正体现技术实力的地方。好的BMS能让同样容量的电池发挥出更高的可用容量,同时还能延长寿命。
▶2.3 电池技术发展趋势
刀片电池大家应该都听过,比亚迪的代表作。简单说就是通过结构创新,在保证安全性的前提下提升了空间利用率,从而提高能量密度。
固态电池现在很火,各家都在布局。简单理解就是把液态电解质换成固态,理论上能大幅提升能量密度和安全性。但目前还处于实验室阶段,离大规模量产有距离。
800V高压平台现在成了香饽饽保时捷Taycan、比亚迪汉、小鹏G9都用了这个技术。好处是充电速度可以大幅提升,但对应的充电桩、车内线缆都要重新设计,成本不低。
03电机系统:动力来源
▶3.1 电机有哪些类型?
新能源汽车上用的电机主要就两种:永磁同步电机和异步感应电机。
永磁同步电机是目前的主流。效率高、功率密度大,90%以上的效率轻轻松松能达到。缺点是永磁体(主要是钕铁硼)成本不低,而且高温下可能退磁。
异步感应电机以前是特斯拉的标配。优点是结构简单、成本低、高速性能好。缺点是效率不如永磁同步。
所以现在很多车企的做法是两驱车型用永磁同步,四驱车型前轴用永磁同步、后轴用异步感应。急加速时用四驱,日常行驶用两驱,这样既保证了动力又保证了效率。
▶3.2 扁线电机是什么鬼?
这两年扁线电机突然火起来了。
传统电机用的是圆线绕组,扁线就是用扁平的铜条代替圆铜线。好处是槽满率更高,铜损更低,效率能提升5%左右。
5%听起来不多,但对电动车来说,续航提升5%就是实实在在的5%。而且这个技术路线相对成熟,推广起来难度不大。
所以现在主流车企的新车型基本都换装扁线电机了。
▶3.3 集成化是趋势
现在的新能源车越来越讲究集成化。
三合一电驱听说过没有?把电机、减速器、电控集成在一起。这样做的好处是体积小、重量轻、效率高。
蔚来、特斯拉、比亚迪都在往这个方向卷。传统车企像大众、通用也不甘落后。
04电控系统:大脑
▶4.1 电控到底管什么?
如果说电池是心脏,电机是肌肉,那电控就是大脑。
具体来说,电控主要负责:
功率控制:电机需要多大的扭矩?转速多少?这都是电控决定的。
能量管理:动能回收什么时候启动?电池和电机之间如何分配功率?这些都要电控来协调。
热管理:电池温度高了要降温,电机温度高了也要降温。怎么协调?电控来管。
故障诊断:系统出问题了怎么办?电控要能及时发现并处理。
▶4.2 IGBT和SiC是什么?
电控里最核心的部件是功率模块,负责控制电流通断。
现在主流用的是IGBT(绝缘栅双极晶体管)。这个技术已经比较成熟了,成本也相对可控。
但是SiC(碳化硅)才是未来的趋势。相比IGBT,SiC的损耗能降低50%以上,体积也能做得更小。
当然SiC现在的问题就是贵,成本是IGBT的好几倍。所以目前只有高端车型在用。
但随着技术进步和规模效应,SiC成本下降是必然趋势。预计两三年后,中端车型也能用上SiC了。
05三电如何协同工作?
这部分内容可能比较专业,但我尽量说得通俗些。
充电过程:电网的交流电或直流电通过高压接口进入电池包,BMS控制充电功率和电池均衡。800V快充桩可以做到十几分钟充到80%。
驱动过程:驾驶员踩下加速踏板,电控根据信号调节电机所需的电压和频率,电机输出扭矩驱动车辆。这个过程是毫秒级的,响应比燃油车快得多。
动能回收:减速时,电机变成发电机,把动能转化为电能存回电池。这个过程可以显著提升续航,尤其是在城市路况下。
热管理协同:冬天温度低,电池活性差,电控会限制放电功率,同时启动电池加热。夏天温度高,电池和电机都需要冷却,冷却系统会同时给电池和电机散热。
好的三电系统,就是要让这三个子系统配合得天衣无缝。这需要对整车有深刻的理解,不是简单的零部件堆砌。
06消费者需要关注什么?
说到底,这些技术,最终还是要落实到消费者能感知到的体验上。
续航:这个是最直观的。但我要提醒一下,官方续航看看就行,实际续航跟驾驶风格、气温、路况都有关系。南方和北方差异会很大。
安全性:这个最重要。新能源车自燃的新闻不少,但客观来说,现在电池的安全性已经进步很多了。选择大厂的产品,相对更有保障。
充电便利性:这个往往被忽视。买新能源车之前,最好看看自己家附近有没有充电桩,快充桩分布怎么样。800V快充确实香,但如果找不到充电桩也是白搭。
保养成本:相比燃油车,新能源车的保养成本确实低很多。没有机油机滤这些项目。但电池、电机、电控这些核心部件的维修成本可不低。
07写在最后
写到最后,发现这篇文章已经挺长的了。
三电系统真的是一个很大的话题,每个子系统展开都能写很多。本文算是给大家搭了个框架,如果想深入了解某个部分,可以评论区告诉我,后面可以考虑单独展开讲。
另外,本文内容是我个人整理的,如果有技术表述不准确的地方,欢迎指正。但请保持友好讨论的氛围,谢谢。