电动车真的这么容易搞? - 第二篇 - 电动车与传统车开发上的异同

这两天娃不在，总算有点时间再稍微敲敲键盘，简单写一点。接着上一篇，再斗胆聊聊。其实从发动机，48V，HV一路搞下来，发现有很多非常有意思的东西。实际上解决问题的很多思路都是一样的。比如前几天和@林总聊天，林总提到DPF soot量的预估方法，听起来实际感觉就和老一代BMS对电池SOC预估的算法逻辑有点像。想想真是挺佩服那些做控制的老中医，无论怎么转行跨界总能用强大的知识和对系统的深度理解，找到对目标系统最简单可行的控制方法。做硬件设计也一样，只要掌握了方法和思路，其实都是可以互通的。

我们这里的一个电机方面的专家在多年前也是搞活塞的。。。看他提到活塞还是充满了激情。

言归正传，上回类比了发动机和电驱系统在硬件和软件上的一些相似之处，聊到了“增压器-进排气-燃烧”和“电池-逆变器-电机”在硬件功能上的对比，还聊到了控制策略扭矩构架的异同。

电动车真的这么容易搞? - 电动车与传统车开发上的异同

控制逻辑对比

这回聊点不同的地方。车叔感觉从使用层面来说的话，最大的不同之一就是发动机的开发基本是围绕着稳态，而电动车基本都是瞬态。

两者在开发时的初衷就很不同：1. 发动机在开发和验证时都是要保证能够长时间稳定的达到最大扭矩输出和功率输出。近年来有些增压发动机可以提供短时的超增压，在确保缸内压力温度和排气温度的前提下提升几十Nm的扭矩输出，不过除此之外整体的开发思路基本还是要保证一般工况下（非三高情况）随时可以达到最大扭矩和最大功率输出。绝大部分的硬件匹配也是主要考虑稳态2. 另一点是，发动机的水温需要保持在90度左右来确保效率和机械配合。

电驱系统方面，1. 无论是电池，逆变器还是电机都无法保证像发动机那样的长时间最大功率输出。一般的设计要求都会包含几秒，十秒，长时间工作的最大扭矩功率范围。由于铜线和转子温度，逆变器主要就是IGBT温度的限制。瞬时大电流输出都受到限制（以秒计算），一旦达到限制就需要立即对扭矩进行限制。2. 另一方面，除了电池之外，电机和逆变器基本都是越凉越好（除了反电动势会增加），基本不需要先达到某个温度。

由于电机和逆变器的主要限制都是温度（当然还要电压电流限制，但是一般都会比温度限制靠后，有不少空间），而温度需要响应时间，所以电驱系统可以利用这一点，抓住瞬时响应过程中的一些缝隙，见缝插针的放宽扭矩限制。发动机的工况无时无刻不是游走于无数个限制中间，比如增压受压轮后的温度压力和涡前温度压力限制，增压进去之后缸内还有缸压和温度限制，同时还要保证雾化和排放，以及众多其他边界条件（发动机开发和标定真是门艺术！）。这就导致发动机的工况自由度不大，没有太多见缝插针的机会，即使温度无所谓，缸压和爆震也仍然是烦恼。当然，增压机的短时超增压提高10%左右的扭矩，和智能热管理模块冷启动时不完全冷却，这种技术还很多。

顺便插一句，听隔壁F1部门的同事说他们做发动机开发测试的方法有点介于上面两者之间的感觉。他们在拉到最大转速最大扭矩之后不会维持长时间运转，只要保持几秒不爆震就可以，转速拉下来之后再冲上去这样反复。实际这也是在寻找一切可能的缝隙将有限的硬件实力尽量全部发挥出来（话说搞F1会要命的，压力不是我们搞公路车的可以想象的）。具体是否是这样有待讨论。

其实从终端用户的角度来考虑，基本是不会出现这种7000转持续很久的情况，最多是起步加速和超车时用几秒，所以电驱系统的这种见缝插针的能力实际上使得硬件选型过程避免了一些冗余。

当然，这也给电驱冷却系统设计带来很大难度，因为系统的最大输出功率和持续时间某种程度上由冷却系统决定了。电机专家们可能首先问到的问题之一就会包括打算怎么冷却。同时，前期仿真优化的时候也有难度，因为冷却设计和降低输出的策略都不确定，需要做很多假设。最后电池供应商如果达不到仿真需求的duty cycle，再回来调整仿真。实际可以理解为一个解偶了的系统仿真，通过反复计算来达到co-simulation的效果。这对电池包的冷却和控制策略就比较难了，加上电池的输出能力对整车扭矩构架影响大，又经常需要游走于边界上，这就很有影响了。所以前期对控制策略的预计，直接影响了对车辆构架的设计。发动机开发也有类似的问题，但是因为数据积累比较多，所做的假设有一定基础。

同时，后期的标定也有不少新的问题，如何在瞬时工况下保证安全又释放最大潜力。另外，控制器预测几秒之后可能需要降低扭矩时，是选择主动立即降低扭矩需求保持中等扭矩持续输出，还是继续坚持高扭矩等到温度过高后被动降扭？这些都是各个汽车品牌的dna了，部分决定了车辆的驾驶特性。

如果把电动车和传统车的输出性能做个简单的对比的话，可能大概是这样的：

这个当然和电池单体是选功率型还是能量型，也发动机的选择有关。图手画的，只是简单示意一下。单位成本带来的性能潜力（先仅从功率输出方面考虑，里程上目前肯定没法比），电驱系统在短时输出很有优势。前几天体验了MODEL X，短时性能确实不是Ｘ５这一级别能达到的。想想看，一个7座SUV的百公里加速和斯巴鲁性能版的差不多了。

不过，虽然瞬时表现方面比发动机强，但是真拿到赛道上拼极限肯定还是拼不过最大功率能稳态跑的发动机的。记得在ｙｏｕｔｕｂｅ上有人把特斯拉拉到德国扭柏林（还是叫扭什么的那个塞道），开了不到一半就进入低输出模式了。全功率时可以勉强跟在911后面，一旦功率受限，被各种小车超．．．

下面这个截图是特斯拉跟在911后面一起超一辆BMW 1系，超车后911全力加速但是基本甩不开特斯拉（进入低输出模式之前）。电动跑车创造圈速记录实际很难直接和传统车直接对比，电动车跑完一圈之后要充好电吃顿饭再去跑下一圈刷圈速．．．对于那些以单圈速度为目标的电动车来说，电池的选则不能过大而且也不用考虑能用几年，否则车重和单圈圈速就不行了．所以目标基本就是跑一圈。