如何解决电动轻卡重载爬长坡痛点
近期，新能源商用车之家对成都市的电动轻卡使用场景进行沉浸式调研，发现有以下特点变化：2024年之前，成都市的电动轻卡主要以城市配送场景为主，运价在3元/公里以上，盈利能力远高于燃油轻卡；2024年以来市场已经严重饱和，运价为2.2—2.5元/公里，盈利能力下降；100 kWh电量以上的电动轻卡已经从城市配送转向城际运输，例如成都—重庆350公里、成都—达州400公里、成都—宜宾300公里等。
四川省的地形复杂，除了成都为平原以外，其他地级市的道路均为丘陵和山区道路，很多坡道的长度超过10公里，落差超过500米。为了解决长下坡的刹车热失效问题，目前跑城际运输的电动轻卡都匹配了容积0.2—0.4立方米的水箱。新能源商用车之家在调研当中发现，跑城际运输客户的最大抱怨是：电动轻卡无法重载爬长坡，当车辆重载遇到10公里的长坡时，在爬到3—4公里处就会出现电机高温限扭，此时车辆只能靠边停车，等待电机降温之后再走。一个长坡要反复停车2—4次，严重影响了运输效率。
电量100kWh以上的电动轻卡，主要从事跑城际运输
为了解决长下坡刹车热失效问题，电动轻卡安装了水箱
重载爬长坡为什么会出现电机高温限扭？如何才能解决电动轻卡重载爬长坡的问题？新能源商用车之家分别从电机工作原理和对应解决方案两个方面进行分析。
01
电机为何会高温限扭
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电机的工作原理很简单：中间旋转轴是转子，上面固定了很多磁铁；外面不旋转部分是定子，定子卡槽里绕着大量铜线形成线圈，电机通电之后，定子的线圈产生磁场，驱动转子旋转。电机有两个功率：额定功率和峰值功率，例如某款电动轻卡的电机额定功率为65kW（88马力），峰值功率为120kW（163马力）。额定功率是指电机可持续输出30分钟以上的功率，通常用于车辆平稳速度行驶。一辆电动轻卡在装载6吨货物、平直道路上匀速行驶，电机按照额定功率65 kW（88马力）输出，车辆可以达到70—75km/h的速度；峰值功率是指电机在短时间内输出的最大功率，通常用于急加速、爬坡、超车、短时间高速行驶这四个工况。车辆爬1公里左右短坡，有经验的司机会提前加速到80km/h，然后利用车辆惯性和电机峰值功率，能够在1分钟左右爬到坡顶。但是，车辆一旦遇到10公里的长坡，则车辆的行驶速度要降低到30—40km/h，电机以峰值功率连续6—8分钟工作之后就会出现高温现象，为了保护电机则会通过控制器限制电动扭矩输出。
主流的电动轻卡电驱桥只有1个挡，速比为16—17，电机散热采用水冷
为什么柴油机可以最大功率长时间输出，而电机不能？两者最大的差异就是散热方式。柴油机气缸周围有水套，通过水泵提供水循环给柴油机强制降温，再通过水箱散热，最终保证柴油机在合理的温度下长时间工作。
目前国内电动轻卡的电机都采用水冷，即在电机定子外设置一圈水套，通过水泵为定子强制性散热。但是电机的定子和转子是相对旋转的关系，两者的圆柱形外表面没有直接接触，两者之间的热传输方式是热辐射，而不是热传导。热辐射的导热系数远低于热传导，因此电机的水冷装置无法给转子进行有效散热。当电机以峰值功率输出6—8分钟之后，电机转子的温度已经超标，长时间高温工作将导致磁铁的磁性下降，从而导致电机额定功率和峰值功率都下降，对电机性能造成不可恢复的损伤。因此电机会设计高温限扭功能，以保证电机的功能安全。
02
三种解决方案
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一、增加爬坡挡。目前某些电动轻卡企业已经发现了“重载爬长坡”的问题，在不更改硬件的基础上，通过软件编程增加了一个“爬坡挡”，即挡位显示的“S”或“L”。但这不是物理上的“爬坡挡”，目前绝大多数电动轻卡只有1个挡位，电驱桥传动速比为16—17。电动轻卡“爬坡挡”的工作原理为：通过软件程序限定车辆重载爬长坡的电机输出功率，即为电机的额定功率，此时车辆只能以20—30km/h速度缓慢爬坡。同样10公里的长坡，柴油轻卡只需要10—13分钟爬上来，而电动轻卡则需要20分钟以上。虽然“爬坡挡”解决了电机高温限扭的问题，但是因为爬长坡速度太慢，又引发了客户新的抱怨。
中间的S挡是爬坡挡
最右侧的L挡是爬坡挡
二、两挡电驱桥。目前有些电动轻卡已经匹配了两挡电驱桥，其速比是低挡25和高挡11。在车辆起步加速、低速行驶、爬长坡时，整车控制程序会挂低挡，提升车辆的动力性；当车辆速度超过40km/h时，则程序会挂高挡，提升车辆的经济性，车辆在70km/h匀速行驶时可达最佳节能效果；当40—50km/h时需要急加速，则程序会降挡并拉高电机转速，例如高速公路上从匝道进入主道；当车辆重载爬长坡时，则程序会锁定低挡，以防止速度变化导致的反复跳挡现象。
两挡电驱桥，变速箱上方有换挡机构
经过实际测试发现，匹配两挡电驱桥的电动轻卡，其动力性和经济性都要高于传统1挡的车型，但是电驱桥结构复杂，重量大约增加30kg，成本增加15%左右（前期产量小，价格略贵）。
三、油冷电机。油冷电机的冷却原理是：在转子的中间加工油道，再通过端部的油道进入到定子外侧，定子外侧再布置一圈油道。最后通过油泵向油道注入高压油，高压油即可将转子和定子的热量全部带出来，热交换器通过水循环将高压油进行冷却，最后通过“水循环+散热水箱”进行散热。油冷电机最大的优势是能够直接给定子散热，解决电机高温限扭的问题，从而解决了电动轻卡重载爬长坡的问题。目前油冷电机只有在某些高端电动重卡、高端电动乘用车上进行使用，其价格比同等功率的水冷电机要贵30%以上。
博世开发的重卡电驱桥，采用扁线油冷电机
纵观电动轻卡的试点和普及全过程，其技术是随着使用场景的拓展在不断升级。未来电动轻卡技术将如何发展，需要深入研究应用场景，从场景和工况出发，来反推出电动轻卡的技术升级方向。