純電動(dòng)車和燃油車相比，兩者在動(dòng)力方面最明顯的區(qū)別無異于能量轉(zhuǎn)化效率，如今傳統(tǒng)燃油車搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率一般為40%左右，純電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率約在90%左右，兩者對(duì)比之下孰強(qiáng)孰弱一看便知。雖然驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率非常高，但肯定有不少朋友仍會(huì)發(fā)出疑問，剩下那10%的能量去哪了？接下來的幾篇內(nèi)容里，我將和大家一起去了解這個(gè)問題。
損耗的能量哪去了？
根據(jù)能量守恒定律來看，我們知道能量并不會(huì)憑空消失，只是根據(jù)不同的情況轉(zhuǎn)化成了其他形態(tài)，就比如發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油做工再經(jīng)過一系列硬件的轉(zhuǎn)化、傳遞，在這些能量轉(zhuǎn)化的過程中能量損耗的比例約為60%，這部分都是沒有辦法用于驅(qū)動(dòng)車輛行駛的，純電動(dòng)車雖然在能量轉(zhuǎn)化方面的效率更高，但也有一部分能量在轉(zhuǎn)化、傳遞的過程被損耗了。
這就像是用一捆甘蔗去榨汁，雖然最終能夠獲得一份甜美的甘蔗汁，但是最終總會(huì)留下一些沒剩下多少水分的殘?jiān)⒉荒茏龅綄⒁桓收嵬耆ブ林旱臓顟B(tài)。
車輛通電開始正常工作后，電池組輸出的電能在電磁場(chǎng)的作用下，最終轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)車輛行駛的機(jī)械能，兩者之間的能量的比例是不能劃上等號(hào)的，因?yàn)殡姍C(jī)內(nèi)部的制造材料和運(yùn)轉(zhuǎn)方式等原因，根據(jù)不同的情況一般會(huì)出現(xiàn)程度不同的銅耗損、鐵耗損、機(jī)械損耗和雜散損耗等情況，電池組輸出的電能就因?yàn)檫@些因素的存在被消耗掉了一部分。
從物理學(xué)的角度來說，完全避免能量的損耗當(dāng)下是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以工程師們把重點(diǎn)就放在了如何降低能量損耗上，不過在降低能量損耗之前，首先要保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能要符合車輛正常的需求。這個(gè)道理就像人們經(jīng)常說的減肥，總不能因?yàn)橄胍獙Ⅲw重降下去，就直接不吃不喝開啟絕食模式吧，這樣下去沒幾天可能瘦是瘦下來了，但是肯定會(huì)有一定的生命危險(xiǎn)。
【銅損耗】電阻是棘手問題
在保證有足夠動(dòng)力輸出的前提條件后，此時(shí)就可以著手考慮如何降低能量損耗的問題了。我們都知道，金屬材料因?yàn)楸旧砭哂械碾娮鑼傩裕?dāng)通入電流后因?yàn)橐朔饘俨牧献陨淼碾娮枞プ龉Γ谶@個(gè)過程中有一部分電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，所以繞組線圈該使用何種材料，這個(gè)問題就顯得很關(guān)鍵了。
如今市場(chǎng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部繞組所用的線束，從成本和性能等角度考慮多為銅制材料，所以這也是銅損耗命名的由來。確定好使用哪種金屬材料后，為了降低因?yàn)殡娮杷a(chǎn)生的熱量，將電能的利用率達(dá)到最大化，首先要提高銅制繞組線圈中銅的純度，這樣就可以在一定程度上降低線束的電阻。
這就像是在甘蔗榨汁時(shí)，先將甘蔗皮上的泥土等雜物清洗干凈，這樣榨出來的甘蔗汁喝著才健康，要不然泥土等雜物也進(jìn)入甘蔗汁中，喝起來確實(shí)有些無法下咽。
金屬材料純度的問題解決好之后，接下來便是所有繞組線圈的總電阻值問題。根據(jù)物理學(xué)電阻的計(jì)算公式R=ρL/s（R=電阻，ρ=電阻率，L=線束長度，s=電阻橫截面積）可以看出繞組線圈的長度越長，那么電阻的總值也就跟著變大，所以可以通過優(yōu)化的總長度來解決這個(gè)問題，如可以縮短繞組端部區(qū)域的線束，這樣就可以相對(duì)減少線束的總長度，也就達(dá)到降低電阻總值的目的了。
根據(jù)電阻的計(jì)算公式也可以看出，在減少繞組線圈總長度的同時(shí)，還可以通過加粗線束的方式來降低電阻的總值。像現(xiàn)在市場(chǎng)中比較熱門的扁線電機(jī)，其中扁平的線束就是在變相加粗的一種做法，這樣設(shè)計(jì)同時(shí)還具備著合理利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部空間，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)滿槽率繼而提升功率密度的作用，從功能作用上來說可謂是“一石三鳥”。
在相同的空間內(nèi)，使用纖細(xì)線束組成繞組線圈的總長度為2N，那么可能使用粗線束的長度就為N，變粗的同時(shí)長度也相應(yīng)減少，帶來的好處就是電阻的總值也就更小了。繼續(xù)拿甘蔗榨汁的例子來說，我們都知道甘蔗是兩頭細(xì)中間粗，上文所說的加粗線束是挑選粗壯的甘蔗，減少繞組端部區(qū)域的線束可以看作是將甘蔗纖細(xì)的兩端砍掉，這樣就會(huì)剩下相對(duì)較粗的中間段甘蔗，最后榨出來的汁液才會(huì)更甜。
趨膚效應(yīng)不容忽略
這里有朋友可能就會(huì)問，為何不直接用一根非常粗的線束，這樣長度更短、電阻更小呀？值得一提的是雖然能夠?qū)⒕€束加粗，但也不能將線束無限大的加粗，這里要考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部的空間問題。
同時(shí)一根非常粗的線束從硬度和柔韌度的角度考慮，這樣的線束不易于彎曲纏繞成組，即便是成功繞組也容易損壞線束外層的漆包，造成的后果便是很可能讓線束會(huì)產(chǎn)生短路的現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致整個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)故障。
再者還要考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率問題，交流電經(jīng)過線束時(shí)會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，即電流可能會(huì)忽略導(dǎo)體的內(nèi)部通道，直接從導(dǎo)體外圍的表層面通過，這樣的屬性會(huì)降低電流的傳輸效率。這就像是讓人去吃一根甘蔗，大家一般都是先把甘蔗皮剝掉再去吃中間的甘蔗肉，基本上沒有在不破壞甘蔗皮的情況下，還能把甘蔗肉全都吃掉的情況。
由此可見，即便是繞組線圈克服了工藝難度問題，由一根粗壯的銅制材料繞組成型，不過因?yàn)殡娏髭吥w效應(yīng)的存在，雖然電池組努力的向驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入電流，但是電流通過繞組線圈時(shí)的速率較慢，最終的結(jié)果是會(huì)影響到驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的大小。這就像是讓一個(gè)人吃10根甘蔗，能吃完但所用的時(shí)間一定會(huì)很長，如果是10個(gè)人去吃這10根甘蔗，這樣解決甘蔗的整體速度會(huì)提升，所用的時(shí)間自然也會(huì)變短，總得來說就是效率提高了很多。
寫在最后：
能量在轉(zhuǎn)化形態(tài)的同時(shí)，不可避免的會(huì)造成所謂的能量損耗，即便是能量轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)超發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是如此，既然無法避免那就想辦法去盡量降低，這正是工程師們對(duì)此做出的答復(fù)。想要降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)的銅損耗，其實(shí)主要還是制作材料和制成工藝的問題，相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，這個(gè)問題的優(yōu)解方法會(huì)越來越多。不過在驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部除了銅損耗，同時(shí)還存在有鐵損耗的問題，這個(gè)問題該如何解決呢？想知道答案朋友可以持續(xù)關(guān)注《拆車坊》，下期內(nèi)容會(huì)給您答案。
