【车展直播（1）】电机的知识

背景，最近在2024 北京车展，然后需要做一些直播讲解。

首先需要关注的是电动车的电机。其实这个东西吧，我不能算是完全知道，但是自己做做PWM 控制器，MOS管驱动，做两轮电机Motor 的控制这种基础的工作还是有的。自己买磷酸铁锂电池，以及均流版，保护板，和恒流充电板做电池。搜集一些资料也补充一下知识体系。

文章目录

电机的负载，电压
电池的最大功率
目前派eπ007做到3秒，下一步也会卷下去。
最后
如果跑500km
- 参考

电机的负载，电压

有一些结论事实：

扭矩（N*m）正比于电枢电流
- 安培力的大小可以通过公式F=BILsinα计算，其中B是磁感应强度，I是电流强度，L是导线长度，α是电流方向与磁场方向之间的夹角。这个公式表明电流在磁场中受到的力与磁感应强度、电流强度、导线长度以及电流与磁场方向的夹角有关。特别是，当电流方向与磁场方向垂直时（即夹角为90度），安培力达到最大。
切割磁感线，会产生反电动势。
- 切割磁感线产生电动势的公式为:E=BLVsinα,其中E表示电动势,B表示磁场的强度,L表示导体在磁场中的长度,V表示导体在磁场中的速度。
电动机工作时切割磁感线，在电路中产生一个与电源电动势相反的动生电动势，不产生电流，起削弱电路中原有电流的作用。从能量角度看，此电动势（称反电动势）乘以电流恰为电动机输出的机械功，体现了电能向机械能转化的过程。

推导出：
（低速横恒扭）负载不变时，电流不变。此时，增加电压，就会增大转速，产生的反电动势 E=BLV会增大，输出的机械功会增大。达到极限的电压后，就无法维持恒定扭矩时还增加转速。此时我们还可以给磁铁的线圈通电，来弱磁，增加有用功，增加转速。

（高速恒功率）进行第一次弱磁控制，通过增加id电流来抵抗反电势的增加，虽然分了一部分电流来做弱磁，但还是有部分电流能用来做功，因此转速继续升高，这时候要维持恒扭矩，就会增大电流，but电压已经最大了，电流无法增大，甚至因为弱磁分配走了一部分电流，（屋漏偏逢连夜雨），因此转矩会减小。

如果是汽车加速，扭矩是 $N * m = 转动惯量（ m * R * R ） * 角加速度$ 。就感觉轮上角速度小了。

根据P=WT/9550，虽然电流减小导致T减小，但是W转速在升高，二者可以保持一个平衡状态，也就是输出功率保持恒定不变；

（最高转速，最大功率，最小扭矩运行）
随着转速进一步升高，W的升高不能抵消T的减小时，就让电机按照最大功率最大速度最小扭矩运行；

电池的最大功率

目前的磷酸铁锂电池是一个化学反应释放能力的过程，化学反应的剧烈程度影响了输出功率。安全可靠的维持这个额定功率，那是在不非常破坏电池、维持化学反应输出的功率。

目前派eπ007做到3秒，下一步也会卷下去。

派eπ007：
最大功率400Kw
最大扭矩：640N*m
电池包70.26 kwh
100kh加速时间3.9秒
轮边扭矩高达 $7600 N * m$

对比主流发动机1.5T
最大功率 150kw
T=300N*m

可用公式计算 $P = W T /9550$ 。

最后

自己开车的话，车需要去用手去开车，用脚去感受油门，屁股去感受舒适度，脑袋感受晕不晕。保有量大的车型也是人们用人民币投票出来的。

现在的车 OTA 升级是可以改变开车的感觉的，但是是存在上限的，不好开的车，OTA 可能变得还行，但也未必可以。

如果自己有司机的，那就是主要看屁股属不属于，脑袋晕不！当然也可能是司机不行，开的头晕。

如果跑500km

500km 大概是6个小时
70度电耗完了
实际功率在多少？15kw左右啦。这就是事实.如果老是用400kw 去跑，半个小时就没电啦。

对比小米su7，最高速度265公里/h，应该就是满功率500kw。
其中73.6kWh电池包，电压平台为400V。而101kWh电池包，电压平台是800V。那估计跑不了一个小时吧

看看它们从10kph的蠕行，一直到200多km/h的极速，所需的功率都为多少。
既然要计算，那我们先从相关的公式讲起，涉及到的公式一共4条。
在这里插入图片描述
第一条功率平衡公式，为了简化，我们直接定义为平路上的匀速行驶，不考虑加速和爬坡部分。
这样发动机的输出功率Pe=(Pf+Pw)/η，Pf是滚阻功率，Pw是风阻功率，η是整个传动系统的效率，除了变速箱，还有离合器、变矩器，终传，以及传动轴等部件。
第二条公式，滚阻功率Pf=Gfrua/3600，G是车重，单位是N，fr是滚阻系数，ua是车速，单位是km/h，3600用于单位换算。
第三条，风阻功率Pw=CdAua^3/76140，Cd是风阻系数，A是撞风面积，ua是车速，后面的数字也是用于单位换算。
上面这3个公式都是常见，但是滚阻fr的计算方法却比较少见，而且不同的资料给的算法也不一样，在比较几种算法之后，本人选择了相对简单、容易计算的这条。
fr=0.0165*(1+0.01(ua-50))，而且当车速低于50时，fr就直接取0.0165这个值了，据说此公式算得的值还是比较可信的。
有了这些公式之后，我们就可以接合相关车型的参数来计算其不同车速时所需的发动机功率了，车型的选择方面，主要考虑几个点，一是家用比较多的级别，所以我们主要选择了四个级别的车，分别是A级B级的轿车和SUV。
具体的车型方面，销量不能低，而且还要看车型的参数是否齐全，主要是风阻系数。

在这里插入图片描述

在跑到100km/h巡航的时候，需要的功率是18千瓦，换算成马力大概是24匹。而在122km/h巡航的时候，需要35kw的功率输出，换算成马力大概是50匹左右，虽然只快了22km/h，但由于风阻系数的加大，需要的功率也翻倍。

1.一般的家用车，80kph以下，功率一般不超过20kW，在这个车速之下再加速时，只要你肯给油，其实加速都是比较快的，因为至少还有大几十甚至100多kw的后备功率。另外，也能用这些数据，再结合发动机的热效图来解释，为什么汽车都是高架或者高速时，才会进入最省油的工况，因为低速时虽克服阻力小，但发动机的热效低，而速度太高则风阻太大，所以也不省油。
2.车速100时，A级轿车-B级SUV的功率需求也就20-30kW，车速120时，对应的功率需求大概为30~50kW，虽然我们只算了这几款车，但同一级别的车相差不会太大，如果想知道自己爱车的功率数据，大家可以按车重、风阻等相应的比例调整一下，或者直接用前面提供的公式自己来试算。
3.关于滚阻和风阻的占比情况，前面已经讲过了，风阻占比随车速的增加而加大，而在某一车速时，则是车重大的车型滚阻占比大，Cd和撞风大的车型风阻占比大。

这也验证了前面提到的，某乎上有人用滚阻和风阻的近似占比，而没考虑车身外形和车重来计算不同车型的功率需求，是很粗糙的做法。

同时也能说明为什么强调市区代步的车型，为了节油都是拼命抠重量，而倾向于高速行驶的车型比如超跑，在风阻系数，撞风面积这方面则有着极致的追求。