驱动电机发电时效率很低 驱动电机能量损耗该由谁

纯电动车和燃油车相比，两者在动力方面最明显的区别无异于能量转化效率，如今传统燃油车搭载的发动机热效率一般为40%左右，纯电动车驱动电机的能量转化效率约在90%左右，两者对比之下孰强孰弱一看便知。虽然驱动电机的能量转化效率非常高，但肯定有不少朋友仍会发出疑问，剩下那10%的能量去哪了？接下来的几篇内容里，我将和大家一起去了解这个问题。

　　损耗的能量哪去了？

　　根据能量守恒定律来看，我们知道能量并不会凭空消失，只是根据不同的情况转化成了其他形态，就比如发动机燃烧燃油做工再经过一系列硬件的转化、传递，在这些能量转化的过程中能量损耗的比例约为60%，这部分都是没有办法用于驱动车辆行驶的，纯电动车虽然在能量转化方面的效率更高，但也有一部分能量在转化、传递的过程被损耗了。

　　这就像是用一捆甘蔗去榨汁，虽然最终能够获得一份甜美的甘蔗汁，但是最终总会留下一些没剩下多少水分的残渣，并不能做到将一根甘蔗完全榨至汁液的状态。

　　车辆通电开始正常工作后，电池组输出的电能在电磁场的作用下，最终转化为驱动车辆行驶的机械能，两者之间的能量的比例是不能划上等号的，因为电机内部的制造材料和运转方式等原因，根据不同的情况一般会出现程度不同的铜耗损、铁耗损、机械损耗和杂散损耗等情况，电池组输出的电能就因为这些因素的存在被消耗掉了一部分。

　　从物理学的角度来说，完全避免能量的损耗当下是不可能实现的，所以工程师们把重点就放在了如何降低能量损耗上，不过在降低能量损耗之前，首先要保证驱动电机的性能要符合车辆正常的需求。这个道理就像人们经常说的减肥，总不能因为想要将体重降下去，就直接不吃不喝开启绝食模式吧，这样下去没几天可能瘦是瘦下来了，但是肯定会有一定的生命危险。

　　【铜损耗】电阻是棘手问题

　　在保证有足够动力输出的前提条件后，此时就可以着手考虑如何降低能量损耗的问题了。我们都知道，金属材料因为本身具有的电阻属性，当通入电流后因为要克服金属材料自身的电阻去做功，在这个过程中有一部分电能会转化为热能，所以绕组线圈该使用何种材料，这个问题就显得很关键了。

　　如今市场中驱动电机内部绕组所用的线束，从成本和性能等角度考虑多为铜制材料，所以这也是铜损耗命名的由来。确定好使用哪种金属材料后，为了降低因为电阻所产生的热量，将电能的利用率达到最大化，首先要提高铜制绕组线圈中铜的纯度，这样就可以在一定程度上降低线束的电阻。

　　这就像是在甘蔗榨汁时，先将甘蔗皮上的泥土等杂物清洗干净，这样榨出来的甘蔗汁喝着才健康，要不然泥土等杂物也进入甘蔗汁中，喝起来确实有些无法下咽。

　　金属材料纯度的问题解决好之后，接下来便是所有绕组线圈的总电阻值问题。根据物理学电阻的计算公式R=ρL/s（R=电阻，ρ=电阻率，L=线束长度，s=电阻横截面积）可以看出绕组线圈的长度越长，那么电阻的总值也就跟着变大，所以可以通过优化的总长度来解决这个问题，如可以缩短绕组端部区域的线束，这样就可以相对减少线束的总长度，也就达到降低电阻总值的目的了。

　　根据电阻的计算公式也可以看出，在减少绕组线圈总长度的同时，还可以通过加粗线束的方式来降低电阻的总值。像现在市场中比较热门的扁线电机，其中扁平的线束就是在变相加粗的一种做法，这样设计同时还具备着合理利用驱动电机内部空间，提升驱动电机满槽率继而提升功率密度的作用，从功能作用上来说可谓是“一石三鸟”。

　　在相同的空间内，使用纤细线束组成绕组线圈的总长度为2N，那么可能使用粗线束的长度就为N，变粗的同时长度也相应减少，带来的好处就是电阻的总值也就更小了。继续拿甘蔗榨汁的例子来说，我们都知道甘蔗是两头细中间粗，上文所说的加粗线束是挑选粗壮的甘蔗，减少绕组端部区域的线束可以看作是将甘蔗纤细的两端砍掉，这样就会剩下相对较粗的中间段甘蔗，最后榨出来的汁液才会更甜。

　　趋肤效应不容忽略

　　这里有朋友可能就会问，为何不直接用一根非常粗的线束，这样长度更短、电阻更小呀？值得一提的是虽然能够将线束加粗，但也不能将线束无限大的加粗，这里要考虑驱动电机内部的空间问题。

　　同时一根非常粗的线束从硬度和柔韧度的角度考虑，这样的线束不易于弯曲缠绕成组，即便是成功绕组也容易损坏线束外层的漆包，造成的后果便是很可能让线束会产生短路的现象，继而导致整个驱动电机出现故障。

　　再者还要考虑驱动电机的功率问题，交流电经过线束时会产生趋肤效应，即电流可能会忽略导体的内部通道，直接从导体外围的表层面通过，这样的属性会降低电流的传输效率。这就像是让人去吃一根甘蔗，大家一般都是先把甘蔗皮剥掉再去吃中间的甘蔗肉，基本上没有在不破坏甘蔗皮的情况下，还能把甘蔗肉全都吃掉的情况。

　　由此可见，即便是绕组线圈克服了工艺难度问题，由一根粗壮的铜制材料绕组成型，不过因为电流趋肤效应的存在，虽然电池组努力的向驱动电机输入电流，但是电流通过绕组线圈时的速率较慢，最终的结果是会影响到驱动电机功率的大小。这就像是让一个人吃10根甘蔗，能吃完但所用的时间一定会很长，如果是10个人去吃这10根甘蔗，这样解决甘蔗的整体速度会提升，所用的时间自然也会变短，总得来说就是效率提高了很多。

　　写在最后：

　　能量在转化形态的同时，不可避免的会造成所谓的能量损耗，即便是能量转化效率远超发动机的驱动电机也是如此，既然无法避免那就想办法去尽量降低，这正是工程师们对此做出的答复。想要降低驱动电机的铜损耗，其实主要还是制作材料和制成工艺的问题，相信随着技术的不断发展和创新，这个问题的优解方法会越来越多。不过在驱动电机内部除了铜损耗，同时还存在有铁损耗的问题，这个问题该如何解决呢？想知道答案朋友可以持续关注《拆车坊》，下期内容会给您答案。