新能源汽车发展之迅速，超出了许多人的想象，不止新势力车企，许多传统车企都开始发力研发新能源汽车技术，希望在新能源车浪潮真正来临之际能筑起自己品牌的技术高地。日前，奔驰组织了一场线上媒体沟通会，分享了他们的一项全新的技术储备，也为了表明了他们发力新能源赛道的决心。但这一项技术的名字，大家可能听起来有些陌生，它就是“轴向磁通电机”。 轴向磁通电机及其优势 径向磁通电机由绕组、定子铁芯、转子铁芯和永磁体构成，电机中间的磁轭是一个巨大的金属体。而轴向磁通电机取消了铁芯上的定子轭，以三角形的磁芯代替，两侧的薄盘是转子盘，并通过铜线绕组进行缠绕。相比径向磁通电机，轴向磁通电机的重量能够降低20千克左右。 在径向磁通电机中，转子进行转动的时候，周围产生磁电场，也就是磁通量。在轴向磁通电机中，绕组并不置于转子铁芯中，产生的磁通量与中间转轴是平行的。因为有了这样的设计，在直径相同的情况下，轴向磁通电机的功率密度和扭矩密度会更大，同时电机厚度仅为径向的1/3，重量也仅有1/3，但它的功率密度是径向磁通电机的3倍，扭矩密度是2倍，拥有非常卓越的性能。 轴向磁通电机（上）与径向磁通电机（下）分解图 轴向磁通电机（左）与径向磁通电机（右）分解图 我们来简单提炼一下官方给到关于轴向磁通电机介绍里，它到底都有哪些优势。重量轻、体积小、功率密度和扭矩密度大。 那它能带来的改变就非常容易理解了： 1.车辆电机布局更灵活 2.为车内空间和电池留出更多空间 3.降低车重，带来更好的操控性能和更低的能耗 从这些关键信息我们可以看到，轴向磁通电机高功率密度和扭矩密度特性让它非常适合在跑车或者对性能要求比较高的这类车型上发挥它的作用，而首款搭载这款轴向磁通电机的奔驰车型也正是这样的一款性能怪兽——奔驰Vision AMG。 轴向磁通电机的发展 “从两百年前，迈克尔·法拉第就开始了对轴向磁通电机的研究，但时至今日，这项技术尚未应用在任何一辆纯电量产车型上。目前市面上绝大部分纯电或者混动的车型，使用的电机都是径向磁通电机，相比之下，轴向磁通电机非常紧凑，长度更短，但是功率密度更大。” 以上是梅赛德斯-奔驰集团股份公司 动力系统与电力驱动部门研发负责人康斯坦丁·奈斯在本次沟通会的开场白 也就是说，轴向磁通电机，并不是什么全新技术，早在200多年前关于轴向磁通电机的研究就已经开始了。1821年，法拉第发明的世界上第一台盘式电机其实也就是轴向电机的雏形，但只是受限于技术与工艺发展，首先跑出的会是径向磁通电机。 因为除了以上说的那些优势以外，轴向磁通电机其实还有冷却能力差，绕组设计复杂和轴向气隙控制困难等问题。 2009年，一家名为YASA的英国电机制造商出现了，他们开始重新拎起这项技术，并打算将其在新能源汽车上发扬光大。 在成立后的10多年里，YASA曾为科尼赛格、法拉利、捷豹等品牌提供电机，但对象都是小规模量产的车型。 那为什么要在此时提到YASA这家公司，因为它在2021年被奔驰收购，目前已为奔驰全资子公司，前面提到奔驰要做的，其实就是这家公司要做。 Q&A： 提问：轴向磁通电机与径向磁通电机在成本上有何优势？ 康斯坦丁·奈斯：在结构上，径向磁通电机也有它的优势。它的整体结构较长，并可以通过调整铁芯的长度以达到不同的输出功率，像是一截截的香肠一样。但轴向磁通电机无法如此，因此它被用于高端车型上的必要性更大。 在成本方面，相比径向磁通电机，轴向磁通电机的重量更轻，用材更少，耗费的成本本身并不会更高昂。但在轴向磁通电机研发的初期，情况是不一样的。初期的供应商市场并不成熟，轴向磁通电机技术也难以得到大规模生产，因此轴向磁通电机的成本会相应较高，而径向磁通电机早已拥有很成熟的供应商体系。 提问：Vision One-Eleven概念车搭载的YASA电机采用了哪种布局形式，是一台电机驱动后轴还是两台电机分别驱动两个后轴？ 康斯坦丁·奈斯：Vision One-Eleven概念车仅是一个针对概念车的研究项目。通过Vision One-Eleven概念车，我们展示了高性能电机不同布局方式的可能性，将一个电机置于左侧车轴，另一个电机置于右侧车轴，以此展现我们在这个10年期中对于高性能纯电跑车的设计构想。这一创新的电机技术为未来高性能纯电车型的研发带来了更大的设计灵活度。通过我们工程师团队的不断努力，相信这一技术将于不久之后变得更加成熟。 提问：梅赛德斯-奔驰出于什么样的考虑，选择了收购YASA而不是内部研发轴向磁通电机？您认为轴向磁通电机相比AMG在内燃机车型上的传统优势，如何能在情感上塑造电动时代AMG的专属形象？ 康斯坦丁·奈斯：我们选择收购是因为YASA公司在混合动力车型上已经实现了轴向磁通电机技术的工业化应用，并通过YASA第一代电机积累了一定的经验和技术沉淀。我们也可以选择YASA公司作为供应商进行合作，但我们更希望掌握YASA所有电机技术的知识产权。 针对电动时代如何塑造AMG的专属形象，内燃机带来的雄浑引擎轰鸣声固然让众多高性能爱好者热血沸腾，但我们相信即使是电动时代，AMG也将始终以持续引领的驾控技术和卓越性能，为客户奉上酣畅淋漓的驾驭体验。 提问：之前您提到梅赛德斯-奔驰希望拥有YASA所有的知识产权，今年已经有两部插混超级跑车使用了YASA电机，您怎么看待这一问题？如果AMG在2025年才推出搭载YASA电机的车型，这一时间点是否有点靠后了？ 康斯坦丁·奈斯：梅赛德斯-奔驰将会是首个推出搭载YASA电机的纯电高性能车型的汽车厂商，我们一直在引领行业之先。在燃油车时代，我们也为其他跑车制造商提供动力总成，如变速箱和发动机等。对于YASA也是相同的策略。但同时，我们也希望能保有独特的技术优势。 提问：目前只有梅赛德斯-奔驰在研发轴向磁通电机，请问在开发过程中，这一产品的技术难点在哪里？除了轮边电机之外，未来梅赛德斯-奔驰是否还会推出其他形式，或者其他升级版本？ 康斯坦丁·奈斯：由于YASA电机在体积和重量方面的优势，我们可以在两个车轮之间安装两部YASA电机。如果在空间足够充足的前提下，我们也可以选择在同一空间和位置安装两个较小的径向磁通电机，但是这样的话电机的整体重量会更重。如果采用轴向磁通电机，电机系统的重量将大大降低。更轻的重量可以带来更好的操控性能和更低的能耗，也为电池留出了更多的空间。这对于电动车来说至关重要。当电机重量更轻，电机则可以布局在轮边或轮毂里，或者保留在车内，这会对车身结构的布局变化带来影响。由于电机所占用的空间变小，留出的更多有用空间可以分配给电池包，或者为车辆提供更宽大的后备箱空间，这为设计师也提供了更多的设计灵活度和想象空间。 提问：现在YASA电机在耐久度上的表现如何，能否符合量产车型关于使用年限和使用里程的要求？YASA电机目前应用于高性能车型，而梅赛德斯-奔驰一直在强调纯电动车型的能耗，请问目前YASA电机的能耗表现如何？ 康斯坦丁·奈斯：轴向磁通电机的耐久度和其他电机是相同的，耐久度并不会因为技术的研发而受到限制。 在能效方面，轴向磁通电机与其他径向磁通电机的能效是相似的。但因为其能够实现长时间的高功率输出，实际将更多应用在高性能的车型上。而当驾驶者在驾驶高性能车型时，追求的是更为极致的驾驶体验，驾驶风格相对会比较激烈，车辆动力系统也将长时间运行在较高的负载水平上。例如，如果电机拥有600千瓦的输出功率，驾驶者可能会使用500千瓦。以内燃机车型类比，V8发动机和四缸发动机相比，前者的能效其实并不低。但当大家驾驶搭载V8发动机的车辆时，激烈的驾驶风格会让车辆持续运转在较高的负载状态下，因此车辆的能耗会更高。当然我们对未来电机的研发也有着全面的战略思考：为满足追求能效的用户，梅赛德斯-奔驰也专门研发了应用于纯电车型的径向磁通电机驱动单元，以实现更佳的能效表现。 提问：相比其他的径向磁通电机，请问轴向磁通电机的功率密度和转矩密度提升了多少？根据资料显示，YASA公司正在研发油水冷却技术，请问未来梅赛德斯-奔驰是否会使用YASA的油水冷却技术？ 康斯坦丁·奈斯：径向磁通电机与轴向磁通电机在长度上有很大的差别，功率密度也相差很大。对于冷却技术，YASA会保持直接油冷的技术路线，目前没有考虑水冷的方向，我们不希望让水靠近电机绕组。 提问：目前有些车企为了追求更高的动力输出，选择在车辆上搭载三个电机甚至四个电机的情况，而YASA电机体积更小、功率更强，请问在搭载YASA电机后，梅赛德斯-奔驰更倾向于使用单个高性能电机还是同时使用多电机的方案？ 康斯坦丁·奈斯：目前能披露的是在这个10年期间，我们推出的高性能车型将搭载两个以上的电机，正如之前提到的，届时电机系统的重量将大幅减轻。 撰文：卢卡斯 出处：微信订阅号 @皆电 read more

在锂电池加入超薄的镍箔 ” 当几乎所有的电动车都能10分钟充满75%，还会存在里程焦虑吗？ 眼下就有一种新型的充电技术，可以实现10分钟超级快充。 最近，来自美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳（Chao Yang Wang）教授联合多位研究人员，在锂离子电池快充技术上获得一项重大突破。 据他们描述，这种快速充电技术适用于大多数能量密集的电池，使电动汽车电池充电时间缩短到10分钟。即便将电动汽车电池从150千瓦时缩小到50千瓦时，司机也不会有里程焦虑。 来源：Nature 这项技术突破以“Fast charging of energy-dense lithium-ion batteries”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。 这种突破性的技术，更是得到了美国能源部、美国国防部、美国空军和威廉·迪芬德弗基金会的青睐。 01  在锂电池中加镍箔 目前提升电池快充能力的主流手段是电池材料改性，如提升电解液电导率、增加石墨材料比表面积等，这些都是在牺牲电池在正常工作条件下的寿命和安全性为代价，但这些手段大多都效果不佳。 而这项最新技术的核心，主要在于对电池内部的热量进行调节。 电池在运行时需要热起来但却不能太热，一直以来，电池的温度基本都是依赖外部附加的庞大的加热和冷却系统来控制，这种系统反应非常缓慢，还会浪费大量能源。 为此研究人员开发了一种新的电池结构，除了阳极、电解质和阴极外，还添加了超薄的镍箔作为第四种成分。 作为一种刺激物质，而镍箔可以自我调节电池的温度和反应性，这使得任何电动汽车电池都可以快速充电10分钟。 其实早在6年前，王朝阳及其同事就开始在锂离子电池中添加镍箔来加热，帮助电池在严寒环境中有更好的续航。 不过有个问题是，当前所有车用锂电池在高功率充电下都无法避免析锂现象的发生，这也极大缩短了电池寿命并可能造成安全隐患。 王朝阳及其团队为了应对这个问题，采用两种盐性（0.6 M LiFSI +0.6 M LiPF6）的电解液替换了传统的电解液体系（1M LiPF6）。 相比于单一的LiPF6溶液，LiFSI溶液有更高的锂离子迁移数（0.56 vs. 0.38），在同样的倍率下，LiFSI还可以降低电解液浓差极化，提高电极厚度方向嵌锂反应的均匀性，这样不仅提高了电解液的热稳定性，又极大降低了析锂风险。 来源：Nature 结合此前王朝阳团队先前研发的速热以及非对称温度热调控（Asymmetric Temperature Modulation, ATM）的方法（即充电前加热至高温（~60oC）快速充电，室温放电）。 可以实现了高能量密度锂离子电池（265 Wh/kg）的快速充电（10分钟充电~75% ），并能够稳定循环高达2000次以上，也创造了动力电池极速充电的世界记录。 而且这些创新首次揭示了高比能动力电池极速充电只需要空气冷却，大大提高了电池系统的集成度、可靠性和安全性。 研究人员表示，这项工作与目前声称充电 10 分钟后可以行驶100或150英里的电车完全不同。 通常情况下，这些电车的续航可以达到500英里，甚至更多，所以充电10分钟行驶100英里，只能算是冲到25%，这种全新的技术，直接将目前的充电水平提高三倍。 02  王朝阳是谁？ 王朝阳，华人科学家，公开资料显示，1984年获浙大热物理工程学系（现能源系）内燃动力工程专业学士学位，1987年获浙大热物理工程学系（现能源系）工程热物理专业硕士学位。 如今，王朝阳是美国国家发明家科学院院士，宾夕法尼亚州立大学William E. Diefenderfer 讲席教授，并且还兼任电池与储能技术研究院院长，美国机械工程师学会（ASME）会士，电化学学会（ECS）电池分会执行委员等一大堆名誉头衔。 read more