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小米电机,乱拳打向汽车行业

2023-12-29 15:22:24 来源:盖世汽车阅读量:5505   

在小米官宣进军电动汽车行业的第1003天,也就是2023年12月28日,小米汽车首次向世人展示自己的核心技术库。而在漫长的发布会中,电机被摆在了第一位。

在自嘲因推迟发布时间导致原业界最高转速电机成绩被友商截胡后,小米集团创始人、董事长兼CEO雷军顺势又拿出了超级电机V8s,以27200rpm转速成绩刷新业界最高成绩,并扬言,不管花多少时间,不管花多少代价,超越特斯拉,打造出一款世界上转速最快的电机。

造就造转速最高的电机

梳理发布会现场信息,此次小米汽车发布了三款超级电机,即V6、V6s及V8s。

其中V6及V6s便是小米汽车自去年底便已被成功研制并定于今年8月对外发布的首款超级电机,21000rpm超高转速,轻松超越了特斯拉Model S paid、保时捷Taycan Turbo所搭载的电机。目前这两款电机已全面量产,并搭载于小米SU7首批车型上。

要知道,2023款特斯拉Model S Plaid是目前全球性能最佳的电动汽车之一,百公里加速2.1秒,最高时速可达322公里,其所搭载的电机据称最高转速也不过20000rpm,峰值功率1020ps、最高扭矩1400N·m。

值得注意的是,峰值功率和额定功率仍存在巨大差别,电机的效率可以在一定转速范围内达到最大值,但不意味着可以长时间在这一功率上运转,且在转速超出范围后,电机的效率反而会下降。

回到最高转速上来,V6/V6s发布时间不过推迟了数月,原定的世界最高转速电机的成绩便被友商所截胡。11月,华为首发业内量产最高转速的电机,每分钟转速可达22000rpm,最高效率达到了98%。

“仔细研究友商电机,发现除转速外,最高功率、最大扭矩、功率密度等三个关键指标上都比我们弱不少。”雷军进一步总结道,“我还是可以自豪地说,小米超级电机V6和V6s依然是同级别中最领先、最强大的电机之一。”

但显然,于首款车型尚未面世的小米汽车而言,首次技术发布会必须抛出足够强悍的产品来,毕竟市场竞争中,没有人会记住第二名。

于是,由小米完全自主研发、自主生产的第三款超级电机V8s同台发布,每分钟转速可达27200rpm,最高效率98.11%,电机功率密度10.14kw/kg。

可以说是句句不提华为,却句句都是。

而秉着成熟一代、研发一代、预研一代的理念,在三款超级电机的基础上,小米实验室进一步完成了 35000 转电机的技术预研,采用了全新的碳纤维极光缠绕转子工艺。该技术通过激光原位固化技术,实现了碳纤维缠绕转子,从而获得更高的良率、更好的预紧力,达成更高的转速。

驱动电机,唯“高”至上

转速高,简单理解便是加速快,目的是在保持电机体积重量不变的情况下提高功率,从而提升动力性能,打造更高极速和更快加速度的高性能车。或者则是在保持功率不变的情况下,做小扭矩,减小尺寸和重量,从而做高功率密度,将成本降下来。

也正因此,作为新能源汽车核心驱动装置,驱动电机高效化、高功率密度、低成本化发展过程中,高转速始始终被视为重要抓手和必由之路。

根据盖世汽车研究院配套数据显示,新能源电机的最高转速由最初的10,000rpm,增大到现在普遍流行的14,000-16,000rpm,部分高性能电动汽车则逐渐上车16,000~19,000rpm电机,如特斯拉的19,000rpm,再如小鹏汽车的18,000rrpm。

为进一步提高电机功率密度,目前业内已逐渐量产20,000rpm高速电机,且越来越多车企朝着更高转速持续迈进,如前文提及的华为22,000rpm电机,现已上车智界S7,亦有红旗于今年6月发布的全新一代高性能M220模块化电驱动系统中电机最高转速就已突破22,000rpm,将首发上车红旗E001;再往前追溯,今年3月,广汽埃安发布全新一代高性能集成电驱技术群——夸克电驱,并已上车昊铂SSR,电机功率密度高达12kW/kg,有消息称其转速高达25,000rpm。

而此次发布的小米超级电机V8s目前已量产,且定于2025年正式面向市场,27,200rpm超高转速,则再次刷新全球电机转速的天花板。

高转速下,需要做的还有很多

事实上,对于一款量产的工业级产品来说,提升电机的转速,不仅需要高强度的转子,更高速的齿轴、轴承,最难的是如何实现高效的散热。

据介绍,小米超级电机V8s的定转子经过了重新设计,达到了77%的槽满率。作为参考,保时捷Taycan的两台永磁同步电机采用了发夹式绕组方式,槽满率70%。而过高的槽满率,会增加绝缘击穿的风险、电机温升过高。

要知道,转子高速旋转时,冲片和磁钢都会受到离心力的作用。转速越高,离心力越大。当冲片上的开孔较多较大时,孔之间的间隙就会比较小。这时在较大的离心力的作用下,冲片体脆弱部分的强度可能超过其屈服强,其变形也可能会影响气隙变小,从而引起性能变化甚至扫膛。

对此,特斯拉Plaid版电机中便直接取消了应力脆弱的隔磁桥,用独特的机器缠绕碳纤维护套工艺,减少漏磁的同时提高转速的上限。今年4月,博格华纳亦推出一款25,000rpm电机碳纤维转子方案,此外包括东风汽车的马赫E、汇川联合动力等企业均推出了碳纤维转子。但与之而来的便是碳纤维复合材料的成本及机器缠绕的工艺难度。

对此,小米超级电机V8s则是选择直接改进材料,与合作伙伴一起创新打造出新一代超高强度硅钢,屈服强度可达到960MPa。

而针对高转速带来的散热需求,V8s重新设计的电机散热系统,采用双向立体油冷技术,成功将散热效率提升超过50%,最高温度下降了30%,从而进一步提高电机的可靠性和耐久性。

此外,V8s还全系配备自研全球领先的SiC电控模块,转换效率高达99.85%。

截至目前,小米汽车在电机领域的整个研发过程中已申请155项专利,已授权60项专利,构建了一整套专利体系。

至此,小米从电机设计、材料强度、高效散热多个方面来保证电机的功率、效率和安全,但随之而来的必将是更高的生产成本和更高定位、售价的车型产品。

如前文所说,现阶段业内已出现多种20,000rpm驱动电机解决方案,但成本依然是高速电机批量化应用前的一大拦路虎。能否平衡性能与成本极为关键,小米汽车自然也难以回避这一问题。

“不管花多少时间,付出怎样的代价,我们都要在核心技术领域里,要做到行业领先水平。”雷军强调,“小米将持续投入电机研发,力争成为全球电机行业的领导者。”

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