原始设备制造商正在投入越来越多的资金来交付电动汽车;大众汽车(Volkswagen)已将预算增加至1000亿美元，通用汽车(General Motors)将投资350亿美元，丰田(Toyota)也将投入同样数量的资金。戴姆勒(Daimler)将投资470亿美元，现代(Hyundai)将投入800亿美元用于电气化项目。
目前的一个问题是电池技术的改进速度，以提供消费者认为适合其主要运输方式的续航里程。对原始设备制造商来说，重要的是，这项技术的成本是多少。
但电动汽车的效率不仅仅是电池技术的改进。是的，这是非常重要的，但无论电池空间发生了什么，电动动力系统仍然可以进行调整，以实现更大的续航里程。
Sprint Power是一家致力于提高推进系统效率的汽车工程公司。该公司的工程总监詹姆斯·麦基奇(James McGeachie)说:“如果我们考虑效率，实际上你要解决两个问题:质量和热，因为最终它越重，它移动所需的能量就越多，温度也就越高。”
显而易见，改进的地方是如何更好地整合电动汽车动力系统设计，并为质量和热特性问题提供解决方案。这也是McGeachie和他的团队所研究的。
“Sprint Power的48V电源模块单元集成了12V、48V和电池管理系统，作为一个组合设备，它更小，重量更轻。通过我们使用的一些技术，我们也提高了热效率。”McGeachie说。
半导体的发展
半导体是改进的重要组成部分，应该有助于更多的电动汽车变得更加高效。
碳化硅和氮化镓都是新兴技术，碳化硅现在正变得越来越广泛地商业化。
“因为它们在更高的开关频率、更高的电压下工作，所以效率更高。这样就减少了热排斥，也减少了冷却的需求。”McGeachie说。
随着新的半导体技术上线，人们可能会简单地认为，提高电压是提高电动汽车效率的关键。是的，你增加的电压越多，你能达到的效率就越高，这就可以转化为更小、更轻的组件，但可行的方法有一个明确的上限，开发团队不能只是简单地提高电压。
“你开始遇到的是通常额定电压为600V或1200v的半导体和滤波器件，并且很容易在市场上以合理的价格购买到。这几乎是一个艰难的停站。这并不是说不能开发新设备，但目前的商业设备是最具经济意义的。
“你开始给自己设定一个上限。通常情况下，你会看到一个800V的应用和1200 v的半导体器件;800V是一个名义上的情况，当最大电压发生时，它可以确保事情是稳健的，”McGeachie说。
大众汽车(Volkswagen)正投资23亿欧元研发技术，生产包括ID在内的电动汽车。Buzz(资料来源:大众汽车公司)
增加电压也会对电机产生影响，在那里你可能需要更厚的绝缘和更多的绕组。但马达是一个可以做出巨大相对改进的领域。
“今天的电机有不同的配置，这取决于你想要达到的目标。它们都有很好的热效率;在他们的效率曲线上的某个地方将是96%，97%，但国王保持在最有效的点上，”麦基奇说。
软件工具
虽然在硬件改进方面进行了巨大投资——特别是电池系统，但在整个电动动力系统中，这并不是提高电动汽车效率和延长续航里程的唯一途径。软件也是一个非常重要的工具，尤其是在更好地控制将电池储存的能量转化为动力的马达方面。
在一个奇怪的命运转折中，当我们开始减少对内燃机技术的依赖时，旨在提高汽油和柴油效率的系统正在帮助提高电动汽车的性能。
图拉科技公司与一级供应商德尔福合作，将其动态跳过火灾(DSF)软件推向市场。这项技术现在被应用在超过200万辆通用汽车上，通过动态关闭汽缸，尽可能长时间地保持内燃机在最有效的状态，帮助他们提高15%的效率。支持DSF的控制理念现在被用于更好地控制电动机。
图拉开发了动态电机驱动(DMD)，以使电动机尽可能长时间地在最佳位置运行——这正是McGeachie建议需要发生的事情——主动脉冲电机以产生最佳扭矩，减少交付中的峰值和低谷数量。
图拉表示，将DMD引入全电动动力系统的预期收益在2%至3.2%之间。WLTP驱动周期的预测是这个范围的低端。这听起来可能不多，但当你考虑到到2030年，全球电动汽车车队估计将消耗7500亿千瓦时的电力，即使效率提高3%也将节省225亿千瓦时的电力。
包括空气动力学测试在内的研发工作正在取得进展(来源:Shutterstock)
转矩调制
对于最终消费者来说，每100公里增加3公里的续航里程，就可能决定是否完成一段旅程。
“尽管所有的电机都被设计得尽可能高效，但在大部分地区的运行中，最高效率并没有达到。通过扭矩调节，DMD在整个作业过程中实现了最高的效率，通过动态转换作业点到最有效的作业区域，”Tula DMD和工程高级副总裁John Fuerst表示。
该操作策略消除了系统的核心和逆变器损耗，并可将电机损耗降低25%。
Fuerst说:“该系统的工作频率为20Hz至35Hz，在70Nm脉冲下提供5Nm或更小的扭矩。”
“DMD可用于任何由基于软件的逆变器或驱动器驱动的电机。当DMD应用于无稀土电机时，效率收益、成本优势和环境效益是最大的。”
这就是系统目前的局限性，也是软件控制变得更加重要的原因。
汽车行业目前使用内永磁体(IPM)电机。图拉的DMD可以与IPM电机一起使用，但收益会小得多——不到1%——因为IPM电机已经非常高效了。
但是，随着原始设备制造商意识到使用稀土材料是不可持续的，很可能会从IPM电机转向外激同步电机(EESM)。目前使用eesm的企业很少，但很多企业正在开发eesm技术;雷诺(Renault)、日产(Nissan)、宝马(BMW)和马勒(Mahle)只是其中的几家公司，但如果数量增加，就需要软件控制来将效率提高到IPM水平，甚至更高。
根据Fuerst的说法，这是必然的:“我们看到它们取代永磁电机，可能在2030年达到50/50的程度。它得到了很多关注，通过摆脱稀土材料大幅降低成本，”他说。
但是，正如McGeachie所解释的那样，如果电机技术本身并不牢固，那么软件在提高效率方面所能做的就只有这么多了:“你无法克服电机技术环节的基础。关键在于选择正确的系统。”
那么，如果更多地强调寻找收益，无论收益有多小，电动汽车的效率会提高多少呢?
寻找效率
已经在燃烧中尝试过了，普遍的共识是50%是极限。在燃料电池中，这个数字可能会上升到80%，但考虑到即使是最差的电动汽车也只有80%-85%的效率，这个极限可能会更高。
McGeachie表示:“很难想象电动汽车传动系统的整体效率会超过95%。部分原因是你仍然依赖于一些机械损失，因为它们最终总是机械泄漏。我想你可能会说，如果你有轮毂马达可以移除一些机械连杆，但这几乎不可能达到100%。我的直觉是你不会超过95%。”
随着电动汽车市场的扩大，提高汽车效率将变得至关重要。整车厂正在花费巨资确保他们的电动汽车战略满足需求，但改进不仅仅是为了更好的电池，而是为了确保整个动力系统尽可能高效，无论收益有多小。
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