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雷军称小米汽车不可能卖 9 万 9 ,14 万 9 也不用再讲了,还是要尊重一下科技,透露哪些信息?

每日经济新闻
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还是简单回答一下吧。我是做电驱出身的,对电驱不说很懂,但至少在业内也算小有名气。所以应该是能够从一个专业客观的角度来做一些评价的。这个回答只说电机系统的一些“第一”。

【结论:小米在电驱领域说的有些言过其实,不可尽信。】

第一、唯一、最

【1、全球最高 27200rpm 小米超级电机】

全球最高 27200rpm 小米超级电机

这个27200rpm其实我在之前华为发布会的25000rpm的时候就提到过了,不过当时我了解到的是27000rpm。一句话,还早呢。

当前量产最高的就是华为这个22000rpm(其实验证是按照21000rpm做的,挑战目标才是22000rpm,而25000rpm纯粹是当前的超速120%转速),并不是小米的这个27000rpm。

  • 小米实际量产的是21000rpm的V6和V6s,分别由联合电子和汇川提供,自研占比并不高。
    • 联合电子是博世和上汽的合资公司,国内主流电驱动供应商。
    • 汇川是早年从华为电气出来的人干的一个工业变频器上市公司,2011年左右进入新能源汽车行业,现在也是国内主流的电驱动供应商。
  • 小米的27200rpm当前还处于规划阶段,样机应该都没做好呢。原因有三:
    • 1、小米现在还没有一个完整的电驱动自研开发团队,当前主要是采购供应商的件做应用为主
    • 2、现在包括SKF、FAG、NTN等轴承厂家,都没有适合电驱动200kW/500Nm负载级别的产业化轴承方案,更高转速的一般做的要么负载很小(例如吹风机,轻松100000rpm),要么是磁悬浮轴承方案(很贵,现在的电动车用不起);
    • 3、960MPa的硅钢片,在电驱动行业实用价值并不高,因为只能转速高,效率会差很多,具体可以看一下首钢(宝钢的也差不多)的产品参数表;
      • 这个960MPa是屈服强度(屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限,也就是抵抗微量塑性变形的应力)的参数,表明很强很硬,这种硅钢片确实有(下图红色圈内的),但要想又强又硬,就得厚一点儿(牌号开头的35代表0.35mm厚),损耗(铁损)明显也大,而实际在新能源乘用车量产里面用的都是绿色框里面的那些型号,0.2mm-0.3mm厚度之间,屈服强度在420MPa左右。
小米用的硅钢片
首钢的产品手册

另外,再从系统上说一下,搞27200rpm,除非车速在300km/h级别,否则车端也没有收益,因为根本不需要那么高的电机转速就足以实现260km/h级别的整车车速,如果强行做那么高的电机转速,还需要用一个更大速比的减速器把转速降下来,但这个减速器的速比越大越难做而且效率还降低,绝对的得不偿失。但这个趋势会随着技术的进步一步一步的提升,毕竟今年觉得难的事情以后会不难的。就像十几年前,12000rpm的电机都是高速的,而现在20000rpm已经不少了。

35000rpm的那个简单说一句,单纯的一个转子超速试验而已,啥也代表不了。而且碳纤维激光缠绕技术也不是啥新东西,就是碳纤维缠绕技术(干法、湿法)中的干法而已。这个详细不展开了,毕竟也不是重点。

所以,结论,当前小米电机的最高转速是21000rpm。宣称的27200rpm还在研发的早期阶段,且未必一定量产,当前谈论意义不大。

【2、全球领先 10.14kW/kg电机功率密度】

功率密度

功率密度的定义是单位重量(一公斤)内能输出的系统峰值功率。这里面有很多文章:

  • 系统是电机,还是电机系统(电机+电控),还是动力总成(电机+电控+减速器)?
  • 功率是峰值的多少秒?
  • 重量包含壳体不?重量包含其他支撑部件不?重量是仅算铜线、硅钢片、磁钢等有效材料不?

有那么多文章的原因也是因为行业内确实采用过不同的表述:

  • 在“十二五”期间的863项目里,采用的是有效材料功率密度的概念。
  • 而在《节能与新能源汽车技术路线图2.0》里采用的是功率密度的概念。
当年某车企打出功率密度12kW/kg时,我做的内部汇报材料的一角。

讲完了定义,再说说,大家一般什么水平,更多说的还是动力总成(电机+电控+减速器)的功率密度,如下图,最好的是Lucid Air的6.76kW/kg,行业巅峰之作,当然没啥量(成本也高)。

而回到小米发布会的定义,显然不是按照动力总成的功率密度来的了,那么是电机吗?我们看到了小米对比了Taycan Turbo的数据是5.29kW/kg,而公开数据Turbo的后驱是170kg,335kW,1.97kW/kg,那么自然不是总成重量,会是电机重量吗? 反推一下335kW/5.29kW/kg=63.3kg。

63.3kg/170kg=37%。电机重量占总成的37%有些偏低,普遍在40-50%之间(现在电机减速器都是集成的,电机重量怎么算,没有统一的标准,毕竟有的壳体既属于减速器也属于电机),但考虑到Taycan Turbo的后驱是一个两档总成,减速箱会重一些,所以电机重量占比偏低也是合理的。所以可以推出来,小米发布会使用的是电机的功率密度这一定义。那小米发布的10.14kW/kg高吗?高啊,很高啊,但考虑到前面讲的960MPa的硅钢片,怎么感觉这个数据不是很靠谱呢,拭目以待吧,反正也不是这一代产品。

另外,拿一个还在样机阶段的产品,与TESLA、保时捷几年前就量产的产品对比,是不是不太合适?

所以,结论,发布会里面说的功率密度是电机功率密度,即电机峰值功率/电机总重量。10.14kW/kg的水平很高,但可惜并不是量产的产品,还在样机阶段呢,与前面的27200rpm一个状态。

【3、全球最高 98.11%电机峰值效率】

这个说实话,我真没法证实或者证伪,因为确实有可能,但肯定不是现在这一代产品,也不可能是使用960MPa硅钢片的下一代产品(因为这款硅钢片损耗太大,效率不会高),至于是哪一代产品,我们一起期待吧。

包括前一段宣称98%的另一款产品,说实话,也没到,因为有相关电机的实测数据,所以不便多说,总之,97%以上肯定是可以到的,但离98%有多近,就代表水平了。超过98%的常规方案现在还没有(非晶代材取代硅钢片可以实现,但是代价很高,电驱动行业无量产;轴向磁通电机有可能能实现,但工艺成本太高,也还在发展阶段,不过电动飞机/大型无人机喜欢用轴向磁通电机,重量又轻又高效)。

【4、全球最高 99.85%电控峰值效率】

这个指标是整个发布会最大的漏洞之一,吹的太高太高了,我最不怕的就是这种,因为内部随便一评估就知道这是吹的。

我们一般说电控效率,都是指整个系统的效率,从输入的直流电到输出的交流电,当前效率一般在98.5%~98.8%的水平(IGBT),99.2%~99.5%的水平(SiC)。

小米发布会写的是"SiC电控模块”效率高达99.85%,我不知道是指的电机控制器整体,还是光说里面的SiC模块,不过区别不会很大的,因为电机控制器的核心就是通过IGBT/SiC模块实现功率转化,另外在电容、母排上面会有一些损耗。

还是拿数据说话吧,我使用英飞凌的IPOSIM仿真软件算一下,每个功率管的损耗(电机控制器三相六个功率管,但只有三个会同时工作),看一下效率损失占比。

软件见这个链接,大家搜英飞凌的知乎号,应该有教程怎么用。

小米(汇川)使用的是半桥塑封的封装,但英飞凌的官网只有HPD全桥的封装,但差别不会太大,先拿来计算吧。(这一段比较专业,先不展开了吧,有空再展开。)

我仿真使用的是这款模块。

下面开始搭建仿真模型

仿真模型和参数

调制指数0.98按高的来了,功率因数0.8更是按照很高的来了。电池电压就是小米的电池电压,交流电流250Arms是我估的。整体选的工况点呢是一个在较高转速,功率接近最大功率的点,目的就是为了找到一个效率最高的区域。

这个点的总功率是 电机机械功率=交流功率×电机效率

=3×交流相电压×交流相电流×功率因数×电机效率

=3×【直流电压×调制指数/sqrt(6)】×交流相电流×功率因数×电机效率

=3*【726.7V×0.98/sqrt(6)】×250Arms×0.8×98.11%

=171kW

对应转速(1000Hz是电频率)是1000×60(一分钟有60秒)/3(电机3对极,54槽6级,发布会上有说)=20000rpm。

对应的转矩是171kW/20000rpm×9550(这是一个与60s×1000W再除以2×PI有关的固定系数)=82Nm。

所以这个点是82Nm@20000rpm=171kW,虽然不敢保证一定是这个电机控制器效率最高的点,但差距应该很小,因为电控的高效区是很大一个范围,集中在高速大功率区。例如下图:

这是BMW I3的电机控制器效率图,只是为了证明,高效区一般发生在高转速,高功率但又不能满功率的地方。相当于在黄色框内选了一个高效的点。

那么这个那么好的点,仿真的损耗是多少呢?

基于SVPWM控制策略。常用策略。
基于DPWM0控制策略,不常用,但确实有使用,NVH需要重点关注。

有了那么多数据,算一算理论的电机控制效率吧。

先看基于SVPWM控制,常见的控制算法(对这个有兴趣的可以去看我这篇文章)

电机功率是171kW,反推出来电机控制器的输入直流功率是171kW/98.11%/99.85%=174.6kW。

SVPWM策略时的电控峰值效率 DPWM策略是的电控峰值效率
电机输出功率(机械功率) 171kW 171kW
电机输入功率/电控输出功率(交流电功率) 174.3kW 174.3kW
电控输入功率(直流电功率) 174.6kW 174.6kW
理论仿真损耗(单管) 215.17W+6.12W
=221.29W
166.86W+6.18W
=173.04W
理论仿真损耗(全桥) 221.29W×3=663.87W 173.04W×3=519.12W
理论损耗% 663.87W/174.6kW=0.38% 519.12W/174.6kW=0.30%
理论峰值效率 99.62% 99.70%

以上就是按照电容没损耗,母排是超导体也没损耗,只有SiC功率模块有损耗时的效率仿真的结果了,也就是99.7%顶天了,而实际上,一般做到99.5%就已经差不多到头了。

所以这个99.85%怎么来的呢?典型的用力过猛,不知道是不是使用的WT1600功率分析仪的LINE FILTER和FREQ FILTER这俩设置的问题,话说,只要这俩设置搞得高,效率100%也能测到。(这一段更专业,指的是某一款试验室仪器的具体设置,总的意思就是说,有可能是测错了。)

所以,结论,发布会里面说的电控效率99.85%肯定有问题,绝对实现不了,吹过了。下次改一改,说到99.5%就可以了,真的已经很好了。

【5、全球最高 92.93kW/L电控体积功率密度】

这个也没说是指V6s还是V8s,好在可以反推。V6s是275kW,V8s是425kW,按照这个电控的体积功率密度(电机与电控都是一个功率级别的,才能实现从直流到交流,然后从交流再到机械能),V6s的电控应该是2.96L,V8s的电控应该是4.57L。

第一个不现实,第二个也许有可能,具体看测试条件。现在控制器的体积普遍在5-8L级别,功率密度一般在30~50kW/L级别。


竟然写的上瘾了,中午只吃了包泡面,也没午休,该去开会了。就先这样吧。

最后简单总结:

1、真的别吹电驱了,太卷了,把十来年之后努力的目标都吹出来了,以后还咋干?而且很容易被人打假。

2、赶紧建立自研力量才是真的,而不是总拿供应商的东西说事儿。

3、车确实挺漂亮,演讲也很好,听完全程,觉得年轻人真的可以考虑买一辆,如果不贵的话。(低配20.98万以内,高配29.98万以内)

编辑于 2023-12-29 14:16・IP 属地北京
纳兰若水
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