和燃油引擎复杂的机械设备相比,电动汽车驱动算是比较单纯,它的原理和小时候玩的四驱车相同,但真正进到商业化量产领域时,依然有许多诀窍,冷却方案就是一个容易被忽略的细节。
电动汽车都是依靠马达驱动,不过平价便宜的电动汽车和高贵奢华电动汽车的马达会很不一样吗?知名汽车Youtuber Sandy Munro团队拆解了通用汽车旗下雪佛兰Equinox和特斯拉Cybertruck,详细研究底特律汽车大佬和硅谷出身的电车创业公司,在马达冷却方案差异有多大。
售价不到3.5万美元的Chevrolet Equinox,采用157 kW永磁同步马达,最大转速可以到每分钟1万4千转;售价接近十万美元的Tesla Cybertruck,马达功率则高达310 kW,最大转速甚至接近3万转,无论哪一种马达,在转速破万时产生的热能可想而知,这些高温如果不排除,可能会导致马达线圈绝缘劣化,进而造成短路、性能降低等问题。
这种程度的高温,基本上不可能依靠自然冷却或是风冷方案解决,而需要散热能力更强的液冷方案,不过如何让冷却液带走热能,又如何让它循环,就是学问所在。
特斯拉的冷却方案和电竞计算机相同,他们在马达的外壳,打出了一整圈的冷却油渠道,冷却油通过就可带走热能,沿着管路前往金属散热板,接着通过高压泵浦,再流回马达。
通用汽车使用的冷却方案,则是一种极简设置,十多年前Toyota Prius C使用过类似的概念,冷却油通过马达之后,依靠减速齿轮的转动,将这些油甩飞到马达机箱的顶部内层,再通过精心设计的孔洞自然流下,落在马达上。
GM在马达外壳上精巧的安排孔洞和路径,让冷却油可以自然回流,落在马达线圈和磁铁上。
这种方式完全依靠地心引力让冷却油回流,不需要额外零件,自然就少了故障机率,移除高压泵浦后,也减少了电力消耗,在甩飞、喷洒和回流的过程中,它同时完成了线圈、磁铁和马达机箱的冷却工作。
当然这套无泵方案也有缺点,由于依赖马达转动来甩飞冷却油,如果长时间低速运转(塞车时),热循环就会不佳;此外,冷却油从顶端落下时,是根据重力自然滴落,如果车辆行驶在陡峭斜坡,或是剧烈操驾(甩尾)时,冷却油的分布就会不均匀,减少散热效果。
特斯拉的高压泵浦、电磁阀和冷却油管路,虽然需要耗电,又多了维修、故障的风险,但也有更多额外好处。首先,在精准控制温度下,特斯拉马达内部线圈和磁铁能保持低温,而马达外壳则保持相对高温,这样就能够减少在马达内磁场不断交变时产生的涡流损耗,维持马达高效率运行。
其次,特斯拉方案可以针对马达内的永久磁铁加强散热,如此一来,他们就可以减少使用稀土元素。这些稀土元素的用意就是要避免永久磁铁过热后,导致磁力消退的情况,在这个情况下,特斯拉的永磁马完成本可以更低。
这两套截然不同的冷却方案思路,各有优劣,针对不同产品定位设计,各自展现了工程师的精彩创意,至于硬要买平价车去极限操驾的车主,自然要承担越级打怪的风险啰。
(图片来源:视频截屏)
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