特斯拉皮卡动力系统介绍

文章来源:汽车动力总成 发布时间:2019-12-06
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本文我们将介绍特斯拉皮卡的动力系统。

近日,特斯拉推出了首款电动皮卡,新车除了外形颠覆式设计,整体性能也超越了同价位燃油汽车,Cybertruck将提供三个不同的动力系统供用户选择,其中顶配版特斯拉皮卡加速动力堪比超跑,续航里程在电动车领域也是首屈一指,文章将为我们介绍特斯拉皮卡的动力系统。

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电机

特斯拉的驱动单元采用的是三相四极交流异步电机,在设计时,将电机、电机的控制器、变速箱集成在一起,使得这个系统高度集成,模块化。因电机的调速性能十分优异,远好于燃油发动机,所以变速箱只有一个主减速比(9.37),不需要像传统内燃机汽车的变速箱需要六至七的档位,来匹配发动机和整车直接的转速,以达到良好的动力学,经济性的要求。电机在零转速即可输出扭矩,而且是最大扭矩,内燃机不可想象,内燃机输出扭矩,转速需要到怠速以上,最大扭矩的输出,转速还需要更高。

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特斯拉皮卡有单电机后驱、双电机四驱和三电机驱动三种驱动版本。

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单电机后驱版EPA续航折合公里数是402km,0-60mph加速不超过6.5秒,可以拖拽3.4吨的牵引力,极速被限制在176kph。单电机系统的电动汽车,一般要求电机的总功率略小于电池电化学反应产生的输出功率,在电池容量不变的条件下,如果想提高动力性能,可以把电机峰值功率做的比电池略大一点,这样在加速和减速过程中,电池的能力将完全发挥。但这样做带来的一个副作用,就是在正常工况下,电机的功率富裕了很多,出现了大马拉小车的现象,电机负荷都低,效率就会下降,续航里程也就下降。

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双电机四驱版则将续航提升到480km,0-60mph加速能力也加快到4.5秒内,同时最高车速达到192kph,牵引力也增加为4.5吨。电机分别用于前后轮的驱动,相当用于普通汽车的全时四驱,因特斯拉是电动车,不需要像传统内燃机汽车那样需要安装专门的四驱系统来将发动机的扭矩分配到后轮或者前轮。电池和电机功率匹配,加速过程中,双电机同时工作,总电机功率提高,让电机的峰值功率和电池的峰值功率匹配。平常行驶时,单电机工作,总功率下降,基本和电池额定功率持平。若载荷较小时,前电机工作,载荷较大时,后电机工作。如此电机即经常工作在高效区间。

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顶级特斯拉皮卡采用三电机全轮驱动,采用前一后二的布局,它不仅有800km续航,0-60mph成绩更是快到2.9秒,而208kph极速和6.3吨最大牵引力都是车中翘楚。

电池

目前的电动汽车主流电池开发商均在开发和尝试使用较大的电池,而 Tesla 却背道而驰选择了最传统的18650型笔记本电池,这也是有原因的。首先,Tesla 与有多年电池生产经验的松下紧密合作,研发最新的高容量镍基锂电池,在电池的一致性上做到了最好。其次,传统的18650型锂离子电池已经有十几年的生产历史,属于比较成熟的技术,而目前许多刚刚开发出来的大容量型电池,仅仅属于实验型产品,并未有过量产经验,并不能达到成熟阶段。这样,在工业积累上而言,Tesla选择了比较成熟的产品而非新开发的产品。最后,18650型电池容量较小,一旦某一节或几节单电池起火爆炸,也不至于造成多么严重的后果,而如果是容量很大的电池,一节电池出问题就有可能造成严重后果。

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要知道每个笔记本电脑的电池仅包括数节锂电池单元,而每辆汽车的电池即便是使用容量为85千瓦时的18650型锂电池,数量亦将接近7000个。当然,Tesla 的选择也需要付出相应的代价,将近7000节电池想要完美的进行管理几乎是一个不可能完成的任务,但是Tesla 最终还是基本上做到了,Tesla采用的策略也是非常独特,采用分层次管理的办法:

每69节电池构成一个电池组,每个电池组中的电池全部并联。

每9个电池组又构成一个电池方块, 每个方块中的9个电池组串联。

将电池块再串联,构成整个电池板。电池板中,电池块是最小的可以更换的单元,也就是说,如果某节电池出问题需要更换,只能将包含这节电池的电池块进行更换。

但是仅仅有这些层次还不够,对于每一个层次都要进行监控,于是:每个18650电池单元的两段均设置有保险丝,一旦电池过热或者电流过大则立刻熔断,断开输出。每个电池组的两端也设置有保险丝,一旦电池组电流输出过大则立刻熔断。每个电池方块的两端同样设置有保险丝,一旦电池方块电流过大则立刻熔断。

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仅仅有保险丝还是不够,于是:在每个块的层面上,均设置有 BMB ) 即电池监控板,用以监控方块内的每个电池组的电压,温度以及整个方块的输出电压。在这个电池板的层面上,设置有 BSM(Battery System Monitor), 用以监控整个电池板的工作环境。包括电池板的电流、电压、温度、湿度、方位、烟雾等。在整车层面,设置有 VSM (Vehicle System Monitor), 车身稳定控制系统,用以监控BSM,并能将ESP(车辆电子稳定系统)以及EPS(电动马达助力辅助方向盘)有效地结合起来,极大地提高了车辆操控安全系数和驾驶便利性。

空气动力外形

值得一提的还有特斯拉皮卡极具科幻色彩同时也兼顾科学元素的外形,其中就包括空气动力学。一位名为Justin Martin航天工程师通过CFD运行了特斯拉皮卡,这位工程师表示:从各个角度来看,虽然不是所有东西都是完美的,但汽车的总体外形已经尽可能接近空气动力学。

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在空气动力学评估中,保持表面空气流畅是很重要的,如果气流从表面脱离并引起湍流,就会产生阻力。事实证明,这辆皮卡很好的维持了汽车顶部的附加气流。这辆卡车顶部空气动力学设计有一点粗糙,在车顶确实会导致一些分离的气流,但这些气流主要来自边缘,空气从后挡风玻璃上吹走。这样的外形设计能减小汽车在高速运动时的动能损耗,提高续航能力。

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