為什麼特斯拉 Modle S P85D 四驅比 P85 兩驅續航還要遠點?

10月10日,特斯拉在美國正式發布了四驅版車型特斯拉Model S P85D,最高可達700馬力,比 P85 的412馬力高了近一倍,但是 P85D 每次充滿電後最遠可達442KM,比原來多了16KM,
按照常規的汽油車的思維來說,排量越大,續航越短嗎?
但是功率越大,續航越短也是合理的呀?


謝邀 @劉堯
P85D為什麼比P85續航更長了,原因也許很簡單,也許很複雜。
要說簡單的原因,也許是整車更輕了、電池更大了、用了新一代的電機技術等等……答主並沒有仔細搜尋與對比兩車之間的參數,不確定是否有這些改進。我想,即便真的是P85D上「簡單粗暴」的改進帶來的續航提升,題主也願意想去聽一聽「複雜」的原因。

好的,那咱們先做一些假設條件,然後去討論複雜的情況吧:
1. 假設:P85D並沒有使用更大容量的電池。
2. 假設:P85D並沒有使用平均效率水平更高的電機。
3. 假設:P85D整車質量並沒有下降(由於多了個電機,很可能還上升了)。
4. 假設:P85D的測試條件沒有發生變化。
在以上4點假設條件下,僅僅依靠從兩驅到四驅的進化,P85D可以比P85的續航更長嗎?
答案是肯定的。

多了個電機,從兩驅到四驅,P85D要做的就是揚長避短。長有兩長,短有兩短。咱們先看看兩短。
第一個短處:「排量」增大帶來的經濟性降低
題主借用了類比思維,說汽車一般排量越大越費油,電動汽車也是類似嗎? 確實,大排量汽車往往是為了突出「動力性」——高負載工況的加速性能、爬坡性能,而削弱了「經濟性」——低負載工況的高速巡航、市內駕駛。這就像大個子巨人即使不幹活,平時要吃更多饅頭一樣,大排量費油可以簡單地比喻為「無功損耗」太高(同行們暫不要深究這個說法的不嚴謹性,僅是為了表述方便)。
對於電動汽車,這個規律並沒有失效。至少說,如果700匹的P85D也是單電機,那效率肯定是比412匹的P85要低的。反映經濟性的高速巡航與市內駕駛,估摸著也就100匹的功率需求,700匹顯然是更加浪費了。
那麼,如果將700匹的單電機劈開,變成2個350匹的雙電機去分配去干這100匹的活呢?很不幸,這並不會帶來效率的提高。原因有二:
a. 電機的效率模型可以縮放的:大概意思就是說,如果讓700匹的電機干100匹的活,效率是90%,那麼讓350匹的電機干50匹的活,效率也是90%。因此,把單電機分為雙電機,轉矩需求也是平均分配的話,效率不會有變化。倒是機械結構複雜了,損耗可能還大一些,暫且不表。關於電機的可縮放性,是有爭議的,答主承認這些爭議,願意在其他問題中詳細討論。
b. 電機的扭矩-效率函數是凸的(convex):大概意思就是說,50匹、50匹平均分配不行,就更不要去想30匹、70匹這樣的高級「功率分配演算法」了,沒用了。如果不好理解,我再類比一個小例子,矩形在面積相同的情況下,長寬比為多少時周長最小?答案是正方形,這就是convex的內涵。

似乎,「排量」增大,經濟性降低就不可避免了?
等等,腦袋一機靈,我能不能在低負載下關閉一個電機呢,只讓另外一個350匹的電機工作呢,那樣不就比P85的412匹的效率高了嗎?
這個想法確實是機靈,但有一個漏洞:即使關閉了電機,只要它還在轉,那麼「無功損耗」就沒有減少,這樣的(A0匹,B100匹)的分配效率還是比(A50匹,B50匹)要低的。
除非…… 除非P85D設計成平時只讓A電機轉,B電機完全不轉;在爬坡、加速時再智能地發動B電機。這樣設計存在很多問題,我想P85D應該不是這樣設計的,就暫且不談了。如果真的是這麼設計的,那答主我再好好研究研究。


第二個短處:大電機帶來的車重增加
大電機當然會更重一些,P85D應該也更重一些,暫未查證。

中場小結
P85D雙電機有這樣兩個短處,會使續航變短。那它的兩個長處能否不僅挽回敗局,甚至再拿下一程呢?

第一個長處:雙電機提升了制動回饋的自由度
制動回饋效果的提升,會是續航提升的最重要因素。理論上,制動回饋能夠帶來的續航提升大概是50%級別,業內做得最好的豐田普銳斯大概可以做到15%-20%,而國內廠商的水平一般可以徘徊在聊勝於無的5%-10%的級別。
為何理想很豐滿,現實很骨感?是因為制動是一個強安全相關的功能,制動回饋的潛力是很大,但如果加上一些約束,工程上就很難做了。比如說,「後輪不得先於前輪抱死」,「即使電制動失效,機械制動也要滿足法規要求」等等。不要去批評國內廠商在制動回饋上的落後,他們這麼做也是真誠的為用戶的安全著想。而如果想從5%-10%提高到15%-20%,需要在研發投入上多一個數量級; 如果想從15%-20%提升到50%,那需要改法規。
也就是說,每一個電動車的驅動輪都是在各種約束下,悠著點去回收能量的。P85D是雙電機四驅,從一個驅動軸回收變成了兩個驅動軸回收,在同等技術水平與相同約束下,續航這一項的提升可由原來的5%(假設值)變為8%-13%。
這是相當明顯的續航提升。

第二個長處:雙電機的效率特性如果是互補的,可提供節能潛力
雖然說把一個700匹的電機劈成兩個一模一樣的350匹電機,是無法提供節能潛力的。但如果是分成效率特性互補的兩個電機,還是有一定潛力的。筆者曾模擬過,節能潛力大概在1%-2%左右。
好吧,聊勝於無,為了這麼點的潛力還真沒必要用兩個不一樣的電機,開發成本高不少,說不定還弄巧成拙。

終場結論
P85D比P85續航長,有兩種解釋,一種是複雜的,一種是簡單的。
1. 複雜的:雙電機提升了制動回饋的自由度,掩蓋了整車增重與電機平均效率降低的短處,從而續航有稍許提高。本答案主要就是在分析這種複雜的情況。
2. 簡單的:P85D可能採取了新一代輕量化技術/採取了新一代電機技術/採取了更大的電池/採取了不同的測試標準………… 如果真的是這樣,答主的這篇回答就基本沒有意義了……至於P85D有沒有採用這些簡單粗暴的措施呢?請諸位看官自行百度,拿出證據來打碎本答主的臉。


主要因為以下兩點吧:
1、回收制動效率更高
2、單個電機轉矩降低,電流下降,驅動效率提高


電池更多了嗎?這是一個重要信息。
電動機更換了嗎?這是另一個重要信息。
假設這兩個都不變,那麼需要明確一點:
最大續航不是最大功率下的續航,而是不管使用多大功率,一切為了跑的更遠。也就是在全功率範圍內的一個最優解。
已經有人提到,電動機和汽油機不一樣。都是在150馬力上開,3.0的發動機也比1.6的費油。但是都在150馬力上開,700kW的電動機和200kW的電動機電耗幾乎一樣。
另外,假設原來最佳的續航功率是150馬力,那麼兩台電動機驅動下,最佳的續航功率,每台電動機應該在75馬力到150馬力之間。因為沒有具體的函數,我們假設它是100馬力。
在電壓相同的情況下,1台電動機時,每台電動機上的電流是2台時的1.5倍。
假設電動機電能損失完全是繞組發熱,則第一種情況下電動機的熱損失是第二種情況下的2.25倍(1.5的平方)。
假設電動機能耗為150馬力時其發熱功率為40馬力,那麼每台電動機電動機能耗為100馬力時每台電動機發熱功率僅為17.78馬力。
很明顯效率不降反增,續航當然增加了~


隔了這麼久發布 電機技術升級了 電池技術升級了吧


大排量汽油機的動力大部分的時候是過剩的,它的燃料並沒有很大程度上的變成動力,而是變成熱量,布加迪威龍上好像有十六個散熱器,而且汽油機在怠速的時候也是耗油的。但這個問題在電動機上被完美解決了,電動機並沒有怠速工況,動力也不是過剩的,而是用多少供應多少,電動機的功率大只是表明它的輸出功率上限很高,這並不表示700馬力的電動機在輸出相同功率的情況下比400馬力的電動機更耗電,


1. 電機效率的提高
1)額定功率和最大功率是電機的兩個參數。P85D最高可大700匹馬力,這裡指的是電機的最大功率,相比P85的412匹馬力,表現在0-100的加速時間從4.6s提升到3.2s。
2)電機工作在額定功率附近時效率較高。P85D的雙電機之間可以動態分配動力,使得電機有更多的時間工作在額定功率附近,效率更高。
3)續航里程是在特定條件下測試得到,比如60km/h等速時,在這種工況下,可以讓效率更高的前電機輸出更多的功力,後電機起輔助作用。
2. 常規的汽油車。
1)排量只是影響油耗的因素之一。整備質量、迎風面積、風阻係數、滾動阻力係數等都會影響油耗。排量越大,油耗越高僅僅是現象。大排量的車和小排量的車在設計時對油耗的考量是不同的,小排量的車更注重低油耗,採用流線型車身,降低加速性能,減輕車重等,而大排量的車油耗不是第一優先順序的。
2)同一型號的車,排量相同,自動擋和手動擋油耗不同,可見排量不是影響油耗的唯一因素。2.0L的手動擋可能比1.6L的自動擋省油,續航更好。
所以,題主寫的「按照常規的汽油車的思維來說,排量越大,續航越短嗎?」是不嚴謹的,至於更嚴謹的結論,我也給不出。
3. 功率和續航里程。
首先給結論,功率越大,續航越短也是不嚴謹的。
為什麼題注的結論是不嚴謹的呢?因為只要加兩個條件,題主的結論是合理的,當實驗對象是兩台電機,兩者都以額定功率(或最大功率)運行,那麼功率越大,耗能越多(可以理解為續航越短)。
當涉及汽車時,情況又不同了,汽車有最高車速的限制,電機不會以最大功率工作,續航受到多種因素的影響。
車用驅動電機的選型是一項複雜的工作。最高車速決定額定功率,爬坡功率和加速功率兩者中的最大值決定最大功率。
所以,最大馬力對汽車最大爬坡角度和加速性能有很大的影響,對續航的影響比較小。

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應 @Samplex 的要求,試著講下下電機功率越大,效率越高的問題(我是研究永磁同步電機的,對非同步電機不在行,如有誤望指正)。
文獻《純電動汽車關鍵技術中的物理原理_以特斯拉Model S為例》提高功率越大,工作效率也越高,大型電機的效率最高可達98%。但沒說原因,也沒註明來源。
首先,電機效率和電機負載率有很大關係,

圖 1 效率與負載率的關係
從圖 1 中可以看出電機功率越大,曲線越平直,在低負載率時有更高的效率,在整個負載率範圍內大功率電機的效率也更高。

其次,在非同步電機選型時,為了獲得較高的效率和功率因數,應盡量避免「大馬拉小車」的現象,使得非同步電機的容量與負載匹配。現在的電機都可以變頻調速,從而確保電機的實際輸出功率與負載匹配,達到電機高效、節能的目的,所以選用大功率電機沒有問題。

最後,當非同步電機驅動系統輸出功率不變時,效率只與損耗有關,提高效率的唯一途徑是減少系統損耗(定子銅耗、定子鐵耗、轉子鐵耗、機械損耗、雜散損耗、逆變器損耗等),驅動系統的效率優化也就是系統損耗最小化。大功率的電機定子銅耗、轉子鐵耗、機械損耗等比小功率的電機小,因此電機效率更高。而且,損耗減小使得定子輸入電流比小功率的電機低,逆變器損耗也會更低,系統損耗減小,驅動系統的效率得到一定的提高。


電路有改進,效率更高


我理解的啊:同樣跑一百米,你不一定比博爾特多浪費糧食,而且因為體重原因,可能你更省大米。雖然速度不一樣。。


可能同時工作的電機多了,每個電機可以運行在更經濟的功率上。同時電池可能更多了


其他方面提高就吹破哦哦牛了,估計上上面有人說的bms的功勞,演算法上的小改小革就會有提高。


特斯拉的四驅和燃油車的四驅完全不是一回事。由於電子系統的響應速度很快,四驅和兩驅之間的狀態切換可以在毫秒時間內完成,所以實際上絕大部分時候車輛都是出於兩驅狀態,四驅功耗不會比兩驅的更高。另外,電機在不同的轉速下效率也是有變化的,前後兩個電機的最高效率轉速不同,這樣控制系統可以根據速度靈活選擇前電機或者後電機進行驅動,整體驅動效率就會比單電機更高。


業界一直最佩服的是特斯拉的BMS,也就是電池管理系統。
我覺得應該是BMS升級了。


可能一個用的是南孚聚能環吧


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