近日，聽到很多關(guān)于電動(dòng)汽車需要加裝變速器，加裝變速器能夠提高動(dòng)力電池使用壽命的聲音，于是和幾個(gè)業(yè)內(nèi)同事共同探討電動(dòng)汽車是否加裝變速器這個(gè)問題，并多次向南車時(shí)代、中科院、同濟(jì)大學(xué)等企業(yè)和高?？蒲袡C(jī)構(gòu)的電機(jī)領(lǐng)域?qū)＜矣懡?，最終形成對(duì)電動(dòng)汽車是否需要加裝變速器幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)(本認(rèn)識(shí)主要基于永磁電機(jī)，以乘用車為對(duì)象)。

首先，電動(dòng)汽車概念是涵括常規(guī)混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、增程式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車等，不同動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案電動(dòng)汽車對(duì)變速器的需求也不同，探討這個(gè)問題時(shí)不能將電動(dòng)汽車一概而論。

其次，常規(guī)混合動(dòng)力汽車一般加裝內(nèi)燃機(jī)并匹配相應(yīng)的變速器(這里指動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用并聯(lián)式或狹義混聯(lián)式方案，如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)其轉(zhuǎn)速可以自由設(shè)定，并相對(duì)恒定，如串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，則發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速不受車速影響，可以不加裝變速器)，決定加裝變速器的一個(gè)重要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、負(fù)荷下的工作效率差別很大，發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線(效率map圖)可以證實(shí)這一點(diǎn)，通過加裝變速器，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，其效率提高的幅度明顯大于加裝變速器帶來傳動(dòng)系統(tǒng)效率降低幅度，從而使車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)總體效率提高，提高了車輛燃油經(jīng)濟(jì)性總體水平。

再次，對(duì)于純電動(dòng)汽車，動(dòng)力系統(tǒng)匹配時(shí)，電機(jī)的特性曲線形狀主要由車輛最高車速、爬坡能力、加速時(shí)間等動(dòng)力性要求決定，從而得到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩需求，在此需求下進(jìn)行電機(jī)本體和控制器設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在進(jìn)行車輛主電機(jī)特性匹配時(shí)，還必須考慮其制動(dòng)能量回收能力。如果采用定傳動(dòng)比減速器，車輛的加速時(shí)間和最高車速性能往往相互制約，因此，對(duì)于追求車輛加速性能好、最高車速高的高性能純電動(dòng)汽車尤其是純電動(dòng)跑車，在電機(jī)重量和成本增加空間受限情況下，可以考慮加裝變速器，從而既提高車輛最高車速，又縮短車輛加速時(shí)間。而對(duì)于大部分純電動(dòng)汽車，通過合理設(shè)計(jì)電機(jī)特性曲線，匹配減速器減速比，在車輛加速能力好情況下，其最高車速也可以設(shè)計(jì)在時(shí)速150公里以上，基本上能夠滿足市場需求，因此沒有必要加裝變速器。

值得注意是，雖然電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)均存在效率場，但發(fā)動(dòng)機(jī)低效區(qū)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高效區(qū)的效率，如某發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū)燃油消耗率約為200g/kWh，其低效區(qū)燃油消耗率高達(dá)400g/kWh以上，相比之下，電機(jī)高效區(qū)效率可達(dá)到95%以上，而其低效區(qū)效率也可以達(dá)到70%以上，因此電機(jī)在其效率場內(nèi)效率變化沒有發(fā)動(dòng)機(jī)那么明顯，其高效區(qū)比例遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)高效區(qū)比例，這也決定純電動(dòng)汽車不是非常必要加裝變速箱。但是，通過加裝變速器可以減少電機(jī)工作在弱磁控制區(qū)域，并使其在車輛起步加速時(shí)減少以銅損為主的功率消耗，快速進(jìn)入高效區(qū)，從而使電機(jī)大部分時(shí)間工作在高效區(qū)，提高了車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率(這里有個(gè)前提條件：加裝變速器后，傳動(dòng)系統(tǒng)總體效率變化小，如果傳動(dòng)系統(tǒng)由于加裝變速器而增加了齒輪副、摩擦副等能量消耗環(huán)節(jié)，則加裝變速器后車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)總效率提升不多，車輛總體等效燃油經(jīng)濟(jì)性水平提高也不明顯)。

最后，從電機(jī)及電機(jī)控制單元設(shè)計(jì)角度分析，加裝變速器的純電動(dòng)汽車，可以減少電機(jī)工作在弱磁控制等工況下的IGBT等功率開關(guān)單元工作電流，這應(yīng)有利于提高電機(jī)及控制器單元的壽命，同時(shí)可以減少對(duì)功率單元元件的性能要求，有利于降低電機(jī)及控制單元的成本。

(科技部863電動(dòng)汽車重大項(xiàng)目管理辦公室寧國寶博士，這里特別感謝南車時(shí)代電動(dòng)、中科院電工所和同濟(jì)大學(xué)專家耐心解答)

( 編輯/李艷嬌 )

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