目录
您目前所在:主页 > 新闻中心 >
新闻中心
纯电动车是否有变速箱?
作者:AG8    发布日期:2020-07-26 12:11


  如果说是广义上的变速箱,那所有电动车都是有的;但如果说是多速比的变速箱,那么绝大多数电动车是没有的。

  为什么不让电动机直接驱动车轮呢?如果大家看过电动汽车的转速表,那么应该就会知道普通家用电动车的电机最高转速一般在10000-15000rpm左右。如果让电机输出轴直接驱动车轮,那么当电机转速为10000rpm时对应车速将达到800-1000km/h,这显然是不合理的,而且这也不意味着车辆能够达到这样的车速。

  目前主流的家用电动车电机最大扭矩在250-350Nm左右,在没有变速器的情况下换算成轮上驱动也就在1000N左右,仅能维持车辆在120-150km/h左右稳定行驶,并且加速能力和爬坡能力会非常的差,因此需要一个变速箱来完成减速增扭的工作,从而使得电机的工作区间与车辆工作范围相匹配。

  那么为什么绝大多数电动车不采用多速比变速箱呢?当然是现阶段单速比变速箱就已经够用了啊。虽然很多人都说多速比变速箱可以提升车辆动力表现以及续航里程,但是能够提升多少其实很多人都没有概念,恰好我硕士论文就是做的这方面的研究,那么就简单给大家对比一下单速比变速箱与多速比变速箱对车辆的影响有何不同。

  这个参数基本上与市面上常见的A级电动轿车相符合,那么在这个基础之上,单速比电动汽车与多速比电动汽车的表现如下

  可以说多速比变速箱是全方位“吊打”单速比变速箱,但是单速比变速箱就那么的不堪吗?

  其实也不是,就拿这款车来说,只要将电机功率提升到100kW就可以得到与多速比相似的动力表现,当然耗电量也会有所变化(一般情况下会小幅上升,但是也不排除会有小幅下降的情况)。

  而在另一方面,除了加装多速比变速器,通过减小车辆风阻系数、整车轻量化、提升动能回收利用率、提升电机效率等方法也可以降低车辆电耗,况且现阶段电动汽车最大的问题是里程焦虑,多出来的那5%的续航也仅仅是聊胜于无而已。

  况且,多速比变速箱在电耗上有优势的前提是搭载MT/AMT/DCT这类传动效率高的变速箱,但是这三种变速箱恰恰都是顿挫大户,很有可能会影响到电动车驾驶平顺这一优势。当然了,由于电机的调速性能比内燃机好很多,实际装车后可能并不会有很强的顿挫感,但MT/AMT的动力中断是无法避免的,真正有希望的也就只有DCT了。

  最后,增加变速箱意味着增加了整车集成、系统控制的复杂程度,同时还增加了一个风险源,因此在现阶段大多数车企都没有动力去上多速比变速箱。

  但是也不是所有电动汽车都是单速比变速箱,比如东风俊风ER30和荣威Marvel X都是采用了多速比变速箱。

  其中东风俊风ER30搭载的是5MT变速箱,没错,就是5MT。我第一次见到的时候也惊呆了,打车软件上明明显示是绿牌,怎么上了车之后司机还一直在换挡呢?我甚至一度以为这车是“电改油”,后来下车之后搜了下相关消息发现这车就是这么奇葩。关于这款车搭载5MT的原因,我认为一是为了提高“油改电”的零部件共用率,二是为了用非常小的电机满足相关动力性指标(这车的电机最大功率只有33匹),总之就是为了节约成本。

  而荣威Marvel X则完全不同,Marvel X在后轴上开发了一套同轴双电机驱动系统(应该是全球第一款同轴双电机量产车),并且辅助电机还搭载了一个两挡变速器,一下子把两种能够提升性能且降低电耗的方案都用上了。之前很多人都疑惑Marvel X是怎么用52.5kWh的电池容量做到NEDC续航403km的,是不是测试作弊了啊或者怎么样。但是上市后媒体测试结果和车主日常驾驶得出的车辆实际续航里程也很高,这背后有这套动力系统很大的功劳。

  1.电动汽车在德国的普及程度。由于德国是目前全球唯一一个有相当长里程不限速高速公路的国家,因此德国市场对车辆在超高速工况下的表现十分重视,而这恰恰是目前电动汽车的短板。要想同时兼顾高速性能与电耗,多速比变速箱是一个很好的解决方案。

  2.法规及消费者的电动车实际电耗的要求严格程度。前面提到目前车企没有动力上多速比变速箱,但是当电耗的重要程度与油耗相同时,车企就要去想尽一切办法来降低电耗了,这时候多速比变速箱这种能提升5%续航的“黑科技”肯定会有人用的。

  3.供应商的技术成熟程度。特斯拉早在开发roadster车型时就想过搭载2速变速箱,但最后由于供应商技术不成熟放弃了。那么当供应商技术成熟之后,车企也更愿意来尝试多速比变速箱。

  1. 传统内燃机汽车必须有变速箱,纯电动汽车可以没有(但不是一定没有)变速箱。

  2. 虽然电动汽车可以没有变速箱,但一般来说,有变速箱的电动汽车设计更加合理。

  与电动汽车的电机相比,内燃机是一个复杂得多的系统。经过上百年的改进,现代内燃机的性能已经相当强劲了。在武林中,内燃机就是一个高手,但是这个高手有几个弱点:

  特点1. 低转速下无法输出转矩(武林高手站着不动打拳,是没力的。必须边跑边打才有力)。

  首先,没法启动汽车(特点1);其次,不能兼顾低速或高速行驶(特点2.若减速器的减速比高,则只能低速不能高速;若减速器的减速比低,则只能高速不能低速)。

  1. 离合器断开时切断阻力,使内燃机可以在无负载的情况下启动,进入舒适的“工作范围”。仅有离合器还不行,变速器也要挂在低速档,从而使内燃机有足够的输出转矩使车辆加速。

  2. 车辆在加速或在不同速度的巡航过程中,变速器要换到合适档,以使内燃机能够顺畅地工作。

  2. 工作范围特别广,典型范围0-7000rpm。(当然,以永磁同步电机为例,在高转速下,输出转矩也会逐渐下降)。

  正是由于以上两点,即使没有离合器与变速器,电动汽车也是可以正常工作的。

  变速器。 不用变速器+离合器,电动汽车可以完成行驶的基本功能;但是,给电动汽车匹配上 变速器+离合器, 可以如虎添翼,具体来说,有以下几个优势:

  1. 无变速器的纯电动汽车中,电机的工作转速范围特别广,不可避免地会遇到噪声问题。

  2. 离合器不仅有传输/断开转矩的功能,还有扭矩减震功能。无离合器的传动系统需要额外的减震装置或减震算法。

  3. 行驶经济性: 有变速器的话,可以通过换档使电机处于效率更高的区域。

  4. 行驶动力性: 同样性能的电机,在变速器的帮助下可以使整车的动力性更强(典型的指标是百公里加速性能提高)。

  5. 生产成本: 为达到相同的性能,有变速器可以有效地减少电机指标与电池指标。举一个非常有说服力的品牌的例子,那就是特斯拉。

  Tesla 的第一个车型Roadster的最初设计是180kW电机+2档变速箱,后来由于变速箱生产质量的问题,被迫采用了第二种方案,取消了变速箱但使电机功能增大到240kW才能达到相同的性能。为了配合更大的电机,电池也需要增大到80kWh以提供更大的输出功率。 (具体数字指标可能略有输入)。

  之所以现在国内外有不少电动汽车没有变速箱,并不是不想用,而是由于以下两个原因:

  2. 变速箱供应链弱、整车厂集成控制能力弱,导致不想用变速箱。(这些设计出来的电动汽车估计也没打算真的卖吧)这一般出现于国内的厂家。

  结论:有,但不是必须。有变速箱(包括单减和多档)和无变速箱(直驱)都是现有纯电动车存在的构型。

  带多档变速箱的优点:1.优化效率分配。电机的高效区比发动机宽很多,但也是有高低效区区分的,通过调整速比可以使电机工作点更多的落在高效区。

  2.同性能下成本优势或者同成本下性能优势。直驱方案为满足爬坡要求,需要把电机最大扭矩做的比较大,变速箱方案起步档大速比,可以选择高转速小扭矩电机,后者可以节省电机成本。而且高转低扭电机会比低转高扭电机有更宽泛的高效率区间分布利于实际工况效率提升。

  引一张学术界大师C.C. CHAN 综述里的一张图,纯电动汽车结构分类:

  [1]. Chan, C.C., The State of the Art of Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles. Proceedings of the IEEE, 2007. 95(4): p. 704-718.

  然后,在更通俗的语境下,如果两速或以上的变速箱才算真正变速箱的话,那么现在有下列例子:

  2、exagon eGT,2013年日内瓦车展发布,现在还没量产,但有试车视频,所以目测不是ppt造车。这货用了双电机驱动,每台电机各有一个两速变速箱;

  3,、宝马i8,只是phev,不算纯ev,但也可以纯电行驶。i8的前轴电机配了一个两速变速箱;

  4、奥迪a3 etron,也是phev,a3 etron的六速双离合变速箱是电机和内燃机共用的,而且在纯电模式下也能换挡

  早期的特斯拉有两个档位的变速箱,但是总是出问题,所以现在的特斯拉干脆就不用了,新的电动野马上面也有一个MT变速箱,还有东风ER30上面也有5MT变速箱;

  我之前的观点和@张抗抗的回答一样,加入变速箱可以让电动车的续航里程增加,不过后来我接触到了一个更为优秀的解决方案

  从字面意思理解,就是一台车上面搭载两个电机,而两台电机对应不同的齿比来应对不同的工况,低速起步用1:5的齿比来驱动前轮,提供足够的动力;高速巡航采用2:1甚至更高的齿比来驱动后轮,从而使得电池处于高效输出的状态;在某种特殊状况下,还可以采用“四驱”来脱困。

  从技术来看,自动变速箱的技术至今都没哪个国家真正玩好,玩得最好的可能只有日本一国,但是也是有着高成本的问题存在,并且与电动机的匹配也是个问题,电动机的工况和发动机是不一样的,电动机低速扭矩超强,同时变速箱还会存在寿命以及养护的问题;

  而双电机可以说避免了以上的所有问题,并且拥有远高于变速箱的传动效率以及超低的传动损耗,同时还降低了高速巡航的电池损耗,并且更好地利用空间来做更智能的“四驱”,下面更清晰地总结一下双电机的优点:

  ,相比变速箱,电动机的研发成本太低了,技术门槛远比变速箱要低,并且不像变速箱那样,专利被日美德三国封死,生产变速箱的厂家只有那几家,但是生产电动机的厂家简直多如牛毛,并且在当下的环境下,生产电动车电机的厂家会越来越多,成本会再进一步降低;

  ,正如我所说,电动机的工况和发动机不一样,电动机的转速很高,动不动就三四千转甚至五六千转的,对于发动机来说,到了7000转就红区了,发动机正常的换挡转速是2500转甚至更低,高转换挡对于变速箱来说绝对是个不小的考验,在这种工况下制造不好的变速箱很容易就会歇菜,哪怕工艺再好,寿命可能也只有短短的几万公里甚至更低,而双电机只有两个固定齿比,并且连接方式多数是刚性连接,并且是从装机到报废都是一直刚性连接而不分离,这样的形式能避免大多数的变速箱故障,并且还可以超长公里免维护甚至永久免维护;

  ,传统的四驱工作是会有一个轴传送动力去到后轮,而双电机模式直接就把这个轴改为电线,电线的传输损耗相比传动轴简直不要太低了,并且电机的重量也比传动轴低,进一步轻量化提高效率;

  总之双电机的好处很多,还有很多没有列出来,感兴趣的朋友不妨去查找相关的资料。

  不过,相比单电机,双电机的成本并不低,十万多的比亚迪电动车的电机成本大概是两万元,再加一台电机恐怕要再添两万多,本身纯电动车就已经很贵了,再添钱,估计会吃不消;不过我认为比较好的解决方案就是采用小功率电机的方式

  也就是说,前后电机的功率输出都相比现用的电机降低(这样也有利于进一步省电),然后齿比适当调整,拿类似广汽新能源GE3(现款最大功率为132kW)的车来说前面用100kW左右的电机,后面采用70kW甚至更低的电机用以高速巡航,这种方式在一定程度上能降低成本,不过这样的方式始终不如单电机来得直接成熟;

  跟我的设想相当的车型目前很少,只有红星闪闪X2(前62后6)还有潍柴英致EX1(前45后10)两款,不过这两款车毕竟牌子杂,卖得少,没有多少数据,但是我始终认为这种方案会是个不错的解决。

  先说结论:短期来看不需要。长期来看,是一个提升续航里程,降低成本的技术解决方案之一。

  此问题下的答案基本都是5/6年前的,经过这6年来的发展,电动车电池的发展已经有了长足的进步,低垂的果实已经越来越少,此时有必要再来探讨下这个话题。

  近20年来,因为环保法规的限制和石油价格的上涨,燃油车的发展从原本的大排量多缸体发动机逐步变为更节油、更环保的动力总成系统。电动车现阶段最大的痛点在于续航里程增加。曾经的主要方式是增加电芯容量,增加电池串联量,简单粗暴的提升电池电量,以提升续航里程。 但随着电芯技术提升遇到瓶颈,电池堆叠超过了重量/续航里程平衡线之后,在一味提升带电量的性价比已经不高了。电动车会从粗放的堆叠电池提升续航里程发展为更精细化的控制整车动力总成系统以提升续航里程。

  从发动机发展的历程来看:起初通过简单的缩减缸体,减轻重量即可满足排放法规,随后需要电喷技术,缸内直喷,涡轮增压,CVVL连续可变气门这一系列晦涩难懂的技术加持才可以满足法规,在当这些技术都发展到瓶颈后,又转向发展启停,再有48V的启停,在通过更精确的控制,实现发动机可以熄火就熄火,调整最优工作工况等方式。

  一项技术的发展总是先从“低垂的果实”入手,当简单粗暴的技术发展完后,会逐步过度到精细化,系统化的发展。就好比上世纪90年代,再讨论汽车是否需要启停系统一样,大部分人会觉得何必呢,为了那0.5L油,有必要耗费那么大的人力物力去整么?

  那电动车近几年所处的位置其实可以类比到2000年左右的燃油车。 电池技术遇到瓶颈,增加电池相比起增加的重量来说已经不具性价比。

  技术的进步除了法规的约束外,还有一个成本的维度,所以后续的讨论也要关注是否有降低动力总成系统的总成本。

  现在的确是电动车增加续航里程很重要的一个环节,各大厂商都在更精细化的提升回收效率。

  在燃油车内,由于发动机最高热效率在普遍30%+,加上变速箱后,有更大的潜力提升整体动力总成的效率

  但到了电动车,电机在低速和高速效率可以到80+,中速效率可以达到90+,动力总成的整体效率已经很高,即使加入变速箱,可提升整个动力总成效率的潜力也是远小于燃油车的。所以,短时期来看,不会因为电动车需要效率的提升而额外去匹配变速箱。

  如果一台车配置单速减速器,为了达到最高车速和车重的需求,需要配置213NM的电机。 其到轮端的扭矩也为213NM

  但如果配备一台变速箱,则可以根据齿速比,相应的减少电机的扭矩,那减少的电机扭矩也就可以降低电机的尺寸和重量,进一步降低电机的成本。

  通过极限的潜力估算,配备了变速箱后,电机可以节省最高45%的尺寸,成本可以降低约20~30%,由于电机最大功率降低,相应的逆变器成本也可以降低约10%

  变速箱可以选用传统的2速减速器,AT或者DCT,但为了更好的舒适性,NVH和成本的控制,也可以选用无极变速。虽然增加了变速箱和适配的成本,但逆变器和电机所省下的成本足以使整个系统的成本降低。

  降低的不仅是成本,还有整车重量。降低的重量可以增加电池或者小幅度的提升续航里程。

  总结来看:从传统燃油动力总成的发展的规律,窥视电动动力总成。在完成“低垂果实”的摘取后,必然进一步向更精细化的控制和优化常用工况情况下的能耗。

  第一根据电机的map 图会发现,电机是有高低效率的工作区间的,通过合理的变速比,可以保证汽车始终工作在高效区。

  其二电车有多重的工作模式,如经济模式。经济模式并非意味着能耗低,续航里程大,更深层的是保证了电池小电流放电,减缓了电池在该尺度上的衰退。

  -----------------------------------------------

  限制电机最大转速的是电池电压,毕竟永磁体切割定子线圈产生的电动势如果比电池电压还高,这不就成充电了?因此永磁体的磁强越强(或者电机极数越多),那么低速扭矩越大,但是极限转速越低。电池电压不可能无限提升,毕竟电压高了,所有的电力变换设备都得跟着变大变重,这就得不偿失了。这就是单电机的矛盾点(我们暂且不讨论用异步电机的特斯拉以及独立励磁的雷诺ZOE)

  一种解决办法就是双电机方案,两个电机输出轴连接,一个电机负责低速高扭区间,一个负责高速低扭区间,两者合力工作即可。相当于直接装两台发动机,一台市区里跑,一台专门跑高速。结构简单,没有变速箱那堆幺蛾子。

  当然也可以装变速器,本质上和双电机无异(改变齿速比等价于改变定子磁强),好处是电机功率密度大,毕竟相同重量下,双电机方案,两个电机都不能发挥等重量的单电机的最大功率,缺点就是得引入变速器那堆幺蛾子,增加了机械复杂度。

  这车电机功率350kW,最大扭矩2200N.m,电池容量为80kw,匹配12档AMT变速箱。自重为30吨,额定载荷量为60吨,总质量可以达到90吨。电量从0%到100%,充电时间只需15分钟。

  空载上山,满载下山,每天基本只需要冲一次电即可满足一整天的使用,相对传统的柴油车辆,极大的降低了运营成本。

  电动车就不需要变速箱,但是需要一个单变速的减速箱,让车轮的转速比电动机慢一些,否则轮子就要被离心力甩爆了。

  所以,一个减速箱就够电动车覆盖全速区间的加速和极速需求,因此变速箱就不是必须了。

  1、提升极速。但其实不一定需要采用多极变速箱。只要提升电机功率,以及降低风阻,一样也可以达到高的极速。我感觉这比变速箱更重要,因为上图中225km/h时,风阻在300kw,电机功率不够,怎么都是不行的。

  2、保证电机处于高效率区间。尽管这是一个有效的方案,但是比起系统复杂性,比起电池容量提升的解决方案,变速箱方案仍然不是一个最主要的途径。

  确切的说电动车有减速机构。变速箱的意义就是将发动机的高转速转换为低转速驱动车辆行驶,而电动车也需要将电动机的高转速转变为低速驱动车轮行驶。所以。我觉得可以说电动车有变速箱,只不过不像传统的AT车有那么复杂的行星齿轮结构。

  其实,不用说电动车,就说本田雅阁的immd混动车,也没有传统燃油车那样的变速箱。原因就是低速行驶时是靠电动机驱动,发动机低转速发电,保证燃油经济性。而高速行驶时,通过离合器粘连实现发动机直接驱动车辆行驶,所以减速机构是关键,而电动车的减速机构是集成在电机内部的,靠电脑ECU进行控制。所以,表面上看电动车没有变速箱而已。

  不管是燃油车,混动车还是电动车,动力都不能直接驱动车轮,只不过电动机可以低转速输出高扭矩带来更好的启动加速性能。只要有减速机构就会产生热量,就需要冷却,所以,你会发现电动车的电机也是用AT油进行冷却和润滑的。

  如果是纯电重型载货车,很有可能是带有一个多档的变速箱;因为需要变速箱来实现大扭矩输出

  变速箱的作用是调速增扭,使电机工作在它的最高效区间,可以实现降低电耗,增加最大爬坡度等车辆性能,但是对于正常家用小车来说却增加了成本;

AG8

豫ICP备15006955号-3 AG8| 联系我们| 网站地图
2017(C) 版权所有:AG8