2018年12月18日 | 电动车如何提高驱动效率？我们先从单电机和双电机说起

电动汽车续航的重要性我也不用多说了，续航短了不仅大家不会买，同时国家的补贴也更少，所以各大厂商都在拼了命的想办法提高续航。然而当前电池技术没有大的进展的情况下，电池组的巨大重量和较高的成本决定了仅仅堆电池并不是明智的选择。

那怎么办？提高驱动效率！也就是说：珍惜和合理利用每一度电能，是电池技术没有巨大进展的情况下，提高续航的关键。

对于电动汽车来说，双电机相对于单电机加主减速器或变速箱的方案在提高驱动效率方面是有相当优势的，原因有四！

01单电机在低速、高速轻载等情况下，效率降低比较严重。

电动机的高效率区间虽然比内燃机大的多，但是汽车的转速和转矩要求太宽了：强大的加速性能和爬坡能力需要大的扭矩，而速度从0到上百kmh则对转速范围有非常高的要求。

虽然在大部分中高速工况下，电动机的效率都能很高，但是在低速重载、低速轻载、高速轻载等情况下，电动机的效率会比高效率的区间下降20〜30%。双电机则可以通过不同的搭配，让系统的高效率区间大大扩大，提升在高速轻载等情况下的效率。

02双电机可以提高制动能量回收的效率。

驱动效率和回收效率其实是一回事，当电动机工作在电动模式的时候就是驱动效率，工作在发电模式的时候就是回收效率，两台电机拥有更多的高回收效率区间，可以提高制动能量回收的效率。

03双电机无动力中断。

单个电机要想达到更高的效率可以通过搭配多档位变速箱实现，但是如果搭配变速箱，就会有换档动力中断的问题，而使用双电机协调控制则不会出现动力中断。

04单个电机如果要满足高性能（也就是高扭矩）和高转速范围，设计制造难度大，总重量也大。

通过把单个电机分解为两个电机，可以让电机的制造难度降低，总重量也可以降低。实际上，一台100kW的电机性能不需要由一台60kW的电机和一台40kW的电机加起来提供，一般情况下，一台40kW左右和一台30kW左右的电机的双电机系统就可以提供甚至超过一台100kW电机的性能，同时总重量一般可以降低30%甚至更多。

当然，并不是双电机什么都好，虽然双电机载效率方面有大的提升，性能方面也有保证，但是双电机相对于单电机，结构更加复杂，需要更加复杂的动力耦合装置和更加复杂的控制算法。

双电机驱动按照两台电机动力耦合的方式可以分为以下类型：

1、转矩耦合

顾名思义，转矩耦合就是两个电动机的转矩相加，动力系统输出的转矩是两台电机转矩的和，但是两台电机的转速是相同的（或者固定比例）。

我们知道，每台电机都有一个高效率的区间，而转矩耦合让系统在两个电机各自的高效率区间的基础上又增加了一个高效率区间，达到了三个高效率区间。这种系统的优势是结构简单，比如可以直接一台电机驱动前轴，一台电机驱动后轴，控制算法也更简单，特斯拉Model S采用的就是这种系统。

2、转速耦合

根据转矩耦合的定义，估计大家也很容易理解转速耦合了。转速耦合就是系统输出的转速是两个电机的转速之和，但是两台电机的转矩是相同的（或者固定比例）。

同样的道理，两个电机在高效率区间工作，系统又增加了一个高效率区间，达到了三个高效率区间。转速耦合一般采用行星齿轮作为耦合机构，结构要更复杂一点，这种方式转矩偏小，所以一般适合轻载且负荷变化较小的微型汽车。

3、转矩转速双耦合

双耦合（也称为混合耦合）是通过更加复杂的动力传输组件，让两台电机既可以实现转矩耦合，又可以实现转速耦合，如此两个电机的高效率工作区间，在转速耦合和转矩耦合的情况下，各增加一个高效率区间，从而达到了四个高效率区间。

综合来看，双耦合的方式肯定是优势最为明显，对效率的提升也最大，缺点就是控制起来更复杂，控制算法考虑的变量更多，技术难度更大。

目前市面上的双电机车型还是很多的，如特斯拉Model S、蔚来ES8、比亚迪唐、荣威eRX5等车型都是双电机驱动，捷豹I-PACE等新车型也搭载了双电机驱动系统。

这些车型在性能方面的表现都是不错的，例如：Model S 75D的最大扭矩达到525Nm，百公里加速4.4s；荣威eRX5的最大扭矩达到704Nm，百公里加速7.5s；捷豹I-PACE的最大扭矩达到696Nm，百公里加速4.8s；蔚来ES8的最大扭矩达到840Nm，百公里加速4.37s。由此可见，双电机完全可以提供彪悍的性能。

下面说说Marvel X的双电机驱动方式吧，大家看完这部分就会明白为何它的效率如此之高。

Marvel X为了提高效率，采用了前面讲的双耦合的方式。为了达到7s左右的加速，需要大概140kW的驱动电机，通过双电机驱动，使用一台85kW的主驱动电机（TM）和一台52kW的辅助驱动电机（BM），其中TM电机一直连接车轮，BM电机通过两速的变速箱按需接入，称为DM EDS系统，其结构如下。

下面我们来看下这两台电机在不同的工况下是如何配合工作，实现更高的效率的。

低速阶段，TM电机工作，而当需要强力加速时，BM电机连接1档接入，两者转矩耦合，叠加后的转矩轻松实现7s左右的百公里加速。

中高速阶段，系统根据工况自动选择工作电机，让系统一直处于高效率区间。

高速轻载阶段，系统将BM电机连接2档接入，通过转速耦合，此时依然能让两台电机工作在高效率区间。

通过这些不同的工况下两台电机的协调配合，让整个系统在不同的车速、负载区间都能在最大程度上工作在高效率区间，整体效率提升在10%左右，既保证了性能需求，又保证了系统的续航，百公里电耗降低到14.2度。这就是为什么Marvel X只用了特斯拉（Model S 75D）70%电量，实现了相近的实际续航（400km）。当然，特斯拉Model S 75D使用的是异步电动机，我之前在文章中也说过，异步电动机的效率不如永磁同步机，功率密度也不占优势，但是其过载能力更强，所以性能方面Model S 75D还是有相当优势的。

同时，Model S 75D使用的异步电动机在低速情况下效率降低明显，这也是为什么Model S在国内的续航会大打折扣：美国交通拥堵情况更少，低速工况会比较少，而国内特别是大城市，拥堵情况更多，在这种情况下，Model S的效率下降比较多。

对比相同或者相近价位的纯电动汽车，Marvel X的优势也很明显：处于30W区间的比亚迪秦，电池组容量为60.48kWh，使用了120kW的单电机，续航里程为400km，最大扭矩310Nm,百公里加速7.9s，性能与Marvel X非常接近，但是它的电池组比Marvel X大了10%。

价位更高的蔚来ES8，使用的电池组容量为70kWh，前后双电机，因为使用的是交流异步电机，最大扭矩达到了840Nm,百公里加速4.37s，但其在电池组容量比Marvel大超过25%的情况下，其续航里程仅为355km，据说实测续航里程更低。由此可见，Marvel的驱动效率高，性能比较均衡。