宁国宝：解析电动汽车是否需要加装变速器

近日，听到很多关于电动汽车需要加装变速器，加装变速器能够提高动力电池使用寿命的声音，于是和几个业内同事共同探讨电动汽车是否加装变速器这个问题，并多次向南车时代、中科院、同济大学等企业和高校科研机构的电机领域专家讨教，最终形成对电动汽车是否需要加装变速器几点认识(本认识主要基于永磁电机，以乘用车为对象)。

首先，电动汽车概念是涵括常规混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等，不同动力系统结构方案电动汽车对变速器的需求也不同，探讨这个问题时不能将电动汽车一概而论。

其次，常规混合动力汽车一般加装内燃机并匹配相应的变速器(这里指动力系统结构采用并联式或狭义混联式方案，如果发动机工作时其转速可以自由设定，并相对恒定，如串联式混合动力汽车，则发动机工作转速不受车速影响，可以不加装变速器)，决定加装变速器的一个重要原因是发动机在不同转速、负荷下的工作效率差别很大，发动机万有特性曲线(效率map图)可以证实这一点，通过加装变速器，实现发动机工作点的调节和优化，从而使发动机工作在高效区，其效率提高的幅度明显大于加装变速器带来传动系统效率降低幅度，从而使车辆动力传动系统总体效率提高，提高了车辆燃油经济性总体水平。

再次，对于纯电动汽车，动力系统匹配时，电机的特性曲线形状主要由车辆最高车速、爬坡能力、加速时间等动力性要求决定，从而得到电机的额定转速、最高转速、额定转矩、最大转矩需求，在此需求下进行电机本体和控制器设计。当然，在进行车辆主电机特性匹配时，还必须考虑其制动能量回收能力。如果采用定传动比减速器，车辆的加速时间和最高车速性能往往相互制约，因此，对于追求车辆加速性能好、最高车速高的高性能纯电动汽车尤其是纯电动跑车，在电机重量和成本增加空间受限情况下，可以考虑加装变速器，从而既提高车辆最高车速，又缩短车辆加速时间。而对于大部分纯电动汽车，通过合理设计电机特性曲线，匹配减速器减速比，在车辆加速能力好情况下，其最高车速也可以设计在时速150公里以上，基本上能够满足市场需求，因此没有必要加装变速器。

值得注意是，虽然电机和内燃机均存在效率场，但发动机低效区的效率远远低于高效区的效率，如某发动机高效区燃油消耗率约为200g/kWh，其低效区燃油消耗率高达400g/kWh以上，相比之下，电机高效区效率可达到95%以上，而其低效区效率也可以达到70%以上，因此电机在其效率场内效率变化没有发动机那么明显，其高效区比例远大于发动机高效区比例，这也决定纯电动汽车不是非常必要加装变速箱。但是，通过加装变速器可以减少电机工作在弱磁控制区域，并使其在车辆起步加速时减少以铜损为主的功率消耗，快速进入高效区，从而使电机大部分时间工作在高效区，提高了车辆动力传动系统效率(这里有个前提条件：加装变速器后，传动系统总体效率变化小，如果传动系统由于加装变速器而增加了齿轮副、摩擦副等能量消耗环节，则加装变速器后车辆动力传动系统总效率提升不多，车辆总体等效燃油经济性水平提高也不明显)。

最后，从电机及电机控制单元设计角度分析，加装变速器的纯电动汽车，可以减少电机工作在弱磁控制等工况下的IGBT等功率开关单元工作电流，这应有利于提高电机及控制器单元的寿命，同时可以减少对功率单元元件的性能要求，有利于降低电机及控制单元的成本。

(科技部863电动汽车重大项目管理办公室宁国宝博士，这里特别感谢南车时代电动、中科院电工所和同济大学专家耐心解答)

( 编辑/李艳娇 )