2026年10月9日 星期五

電動車吃胎原理：兇手不是車重！瞬間扭力、輪胎滑移與胎溫硬核拆解


重點先講：電動車吃胎，車重確實有份，但它只是「乘法」裡的一個因子。真正能讓輪胎壽命差一大截的，是瞬間扭力造成的滑移，加上胎壓、定位、胎溫和駕駛習慣一起疊加。新片 〈電動車為什麼這麼吃胎？〉的結論一句話：扭力 × 駕駛習慣 × 胎壓定位與使用環境。

發生了什麼

  • 輪胎廠米其林美國官網：電動車平均比同級燃油車吃胎快約 20%，原因是更重、扭力更多，再加上動能回收。
  • 檢測機構Emissions Analytics：新胎整車平均磨耗約 67 mg/km；車重每多 500 kg（大約一顆大電池），輪胎磨耗排放多約 21%。
  • ADACADAC 說磨耗與車重成正比，而電動車從靜止就有大扭力，容易讓人開得更衝；但 ADAC 的輪胎磨耗測試到目前都還用燃油車，還沒有電動車的直接對照數據。
  • 實車研究Günter Leister 在 Tire Technology International 2024 年刊發表：Mercedes EQA 300 4Matic（2,100 kg、390 Nm）同一條路線，Eco 模式把最大加速度從約 5 降到 3.5 m/s²，行車時間多約 6%，輪胎磨耗少約 30%、能耗少約 20%。
先算一下車重到底佔多少：我們推算Leister 拿來對照的燃油版 GLA 約 1,700 kg，EQA 多了約 400 kg。套用 Emissions Analytics「每 500 kg 多 21%」並假設線性，車重帶來的差距約 17%。同一台車只改駕駛模式就差約 30%，所以「怎麼開」的影響至少跟「多重」同一個量級。兩組數據的測試方法不同，這只是量級比較。

工程重點 1：車重有影響，但不是全部

車越重，每顆輪胎的垂直負荷越大，起步、煞車、過彎需要的力也跟著變大，這部分沒有爭議。但影片裡講的情境很關鍵：兩台一樣重的車，一台平順起步、一台每個紅綠燈都深踩，輪胎的工作環境完全不同。有趣的是，Leister 文中 EQA 的 390 Nm 跟 GLA 的 350 Nm 差不多，差在電動車從零轉就給出來，而且駕駛很容易用到。

工程重點 2：瞬間扭力讓滑移變大，磨耗跟力的平方走

輪胎傳遞驅動力時一定帶著一點滑移。Leister 用的 Schallamach 磨耗式把磨耗寫成 EWR ×（Fx²/cx + Fy²/cs）：Fx 是縱向力，cx 是輪胎縱向剛性。我們推算在同一顆胎、只看加速那一刻的情況下，最大加速度從 5 降到 3.5 m/s²，(3.5/5)² ≈ 0.49，等於那一瞬間的摩擦功約砍半。這也解釋了為什麼不用打滑尖叫，每天幾十次的「小深踩」累積起來就很可觀。

工程重點 3：胎壓、定位、驅動軸，讓磨耗不平均

米其林提醒：胎壓不足會磨胎肩，胎壓過高會磨胎面中央；前驅車前輪磨得快、後驅車後輪磨得快，四驅也會依扭力分配出現不同磨耗型態。影片裡用橡皮擦比喻前束（toe）：定位一偏，輪胎就不是單純滾動，而是一邊滾一邊斜著拖。看到內側磨光、中間還很深，先查定位和外傾角，別只怪電池。米其林加拿大官網建議電動車每 8,000–10,000 km 對調一次（前後尺寸相同且無方向限制時）。

工程重點 4：胎溫、配方與胎面設計

高速、連續加減速和激烈過彎都會讓胎溫上升，橡膠特性、胎壓和抓地表現都跟著變。輪胎廠的對策在胎上：米其林說它在胎面不同區域組合不同配方，對付電動車的扭力；Leister 的結論是提高輪胎縱向剛性與側偏剛性，能同時降低磨耗、改善操控，剛好對應公式裡的 cx 和 cs。至於動能回收，Leister 的實測認為適應期過後對磨耗沒有明顯影響，跟米其林把它列為原因之一的說法不同。

還缺什麼／待核

  • ADAC 目前沒有電動車與燃油車同條件的直接磨耗對照，「多 20%」主要來自輪胎廠與 Emissions Analytics。
  • Leister 的 30% 只代表那條路線、那種偏積極的開法，作者也說不是盲測。
  • 動能回收到底吃不吃胎，兩派說法不一致，需要更多長里程數據。
  • 胎溫對磨耗速率的量化數據，這次找到的公開來源沒有給。

影片（@vkinng）

換你說：你覺得自己的輪胎最常被什麼吃掉？A 紅綠燈起步深踩　B 胎壓很久沒檢查　C 定位沒做、磨耗不平均　D 真的就是車太重。留言告訴我。

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AI 機櫃固態電池原理：QuantumScape PowerBlock 宣稱功率密度 4 倍、耐熱破 300°C，怎麼做到？


重點先講：固態電池最先賺錢的地方，可能不是電動車，而是 AI 資料中心的機櫃。QuantumScape（QS）10 月 8 日發表第一個資料中心產品 QS PowerBlock，主打三件事：功率密度、續航時間、不容易燒。

發生了什麼

  • 新聞稿QS PowerBlock 是一套模組化的「參考設計」，可以做成模組、層架或整櫃，放進業界標準的電源機櫃，並支援 800VDC 架構，目標是下一代 1 MW 等級的機櫃。
  • 新聞稿在模擬 AI 訓練負載的展示中，和 OCP Open Rack V3（ORV3）規格相比：功率密度 4 倍、續航 5 倍。
  • 新聞稿電芯在第三方與客戶安全測試中 超過 300°C 仍保持熱穩定；QS 說一般鋰電池約 180°C 會進入災難性熱失控。
  • 新聞稿QS 自己註明：成績來自 原型測試加模型化的系統配置，實際表現要看產品設計與現場條件。10/12–15 OCP 全球峰會在 Megmeet 攤位展出。
  • 媒體訪談QS 執行長 Siva Sivaram 對 Axios 說，已在和潛在客戶洽談，第一批可能先進大型訓練資料中心。
先看基準線：已確認・OCP 規格ORV3 備援電池（BBU）層架由 6 個 3 kW 模組組成（5+1 備援），要求 15 kW 放電超過 240 秒。換算下來，一個層架至少要放出約 1 kWh（15 kW × 240 s，我們推算）。QS 說的「4 倍、5 倍」就是拿這個規格比。

工程重點 1：機櫃為什麼需要一顆「緩衝電池」

傳統 UPS 放在機房另一頭，負責停電時撐到發電機啟動。AI 訓練不一樣：上萬顆 GPU 同步運算、同步等待，用電會在短時間內大起大落。把儲能直接放進機櫃，可以在 GPU 旁邊吸收這些波動，減少對上游電網與配電的衝擊。QS 新聞稿也說，多出來的續航「讓營運者有更多餘裕平滑功率波動」。這也是為什麼業界同時在看超級電容：它反應快、壽命長，但存的能量少。

工程重點 2：功率密度 4 倍，換算有多大差別

我們推算・假設值以 1 MW 機櫃為例，如果比照 ORV3 的思路要撐 240 秒，需要約 67 kWh（1,000 kW × 240 s）；用 15 kW 的 ORV3 層架去堆，大約要 67 個層架的放電功率。若功率密度真的是 4 倍，同樣功率只要大約四分之一的體積，約 17 個層架當量。這只是用比例估算的示意，QS 沒公布 PowerBlock 的實際尺寸與容量。

工程重點 3：「5 倍續航」要看在什麼條件下

我們推算・假設值如果 5 倍續航是在同樣 15 kW 負載下量的，就是從 240 秒變成約 1,200 秒（20 分鐘），能量約 5 kWh。但新聞稿沒說基準條件，也沒說是同體積還是同功率比較。鋰金屬負極的優勢是能量密度高；要同時做到高功率又長時間，還得看電芯內阻、散熱與放電深度，這些都還沒公開。

工程重點 4：300°C 對 180°C，安全餘裕從哪來

新聞稿數字兩個溫度相差 超過 120°C（我們推算）。一般鋰電池熱失控的源頭之一是易燃的液態電解液與隔離膜失效；QS 用陶瓷固態隔離層加鋰金屬負極，理論上更耐高溫。執行長甚至說，電池更安全可以讓資料中心的保險與許可流程更順。不過我們在 〈誰說固態電池不會燒？〉講過：固態不等於不會燒，鋰金屬本身很活潑，枝晶與機械應力仍是關鍵。目前只有「第三方測試」這句話，還沒看到公開的測試方法與數據。

還缺什麼／待核

  • 4 倍功率密度、5 倍續航的比較基準與測試條件（同體積？同功率？哪種負載曲線？）未公開。
  • 電芯層級的能量密度、功率能力、循環壽命都沒給；用於功率平滑會有大量淺充放，壽命是關鍵。
  • 300°C 熱穩定的測試方法、第三方機構未具名。
  • 鋰金屬電池通常需要一定的堆疊壓力，模組機構與成本怎麼處理沒有說明。
  • 沒有價格、量產時程與首家客戶。

延伸影片（@vkinng）

換你說：如果你是資料中心工程師，機櫃旁的緩衝儲能你會選哪個？A 固態鋰金屬電池　B 超級電容　C 傳統鋰電池加強消防　D 等量產數據再說。留言告訴我。

來源：QuantumScape 新聞稿（2026/10/8）、Axios 專訪（2026/10/8）、OCP Open Rack V3 BBU Shelf 規格 Rev 1.1。1 kWh、67 kWh、67／17 個層架當量、20 分鐘／5 kWh、120°C 差距皆為我們依公開數字與假設值的推算，不是 QS 公布的數據。

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2026年10月8日 星期四

非晶合金馬達原理：Proterial×FEV 拉到兩萬轉，效率 97.9%、重量少 27% 怎麼做到？


重點先講：電動車馬達的效率早就在 95% 上下，大家以為剩下的油水不多了。Proterial 和 FEV 這份研究的意思是：剩下那 4%～5% 的損失裡，有一大塊卡在鐵芯材料，而鐵芯一換，整個傳動設計（轉速、極數、減速比）都可以重新排一次。效率、功率、重量三個指標同時變好，這在馬達設計裡很少見。

發生了什麼

  • 2026 年 10 月 5 日，日本材料大廠 Proterial（前日立金屬）與德國工程顧問 FEV 發布聯合研究，並在 10 月 5～7 日的 Aachen Automotive Colloquium 發表，FEV 攤位展出馬達結構模型。
  • FEV 先建立一顆代表主流純電車的 230 kW 參考馬達（矽鋼片鐵芯），再用電磁模擬評估改用 Proterial 的非晶合金薄帶鐵芯，加上無重稀土釹燒結磁石。
  • 結果：峰值功率 300 kW、馬達重量 72.8%（少約 27%）、WLTP Class 3 效率 95.5% → 97.9%。
  • 官方強調這是模擬結果，「顯示有潛力」，不是實車量產數據。
項目參考馬達（矽鋼片）本研究（非晶合金）
鐵芯材料矽鋼片非晶合金薄帶（積層黏合）
磁石釹磁石釹磁石（不含重稀土）
極數／槽數8 極 72 槽12 極 72 槽
定子外徑200 mm200 mm
最高轉速14,900 rpm20,000 rpm
減速比10.814.4
鐵芯有效長度100%77.1%
馬達重量100%72.8%
峰值功率230 kW300 kW
WLTP Class 3 效率95.5%97.9%
ARTEMIS MW 150 效率95.3%97.4%

表格數據來源：Proterial／FEV 新聞稿 Table 1。

一句話版本：不是「換個更好的鐵」就結束，而是鐵損降了之後，馬達敢轉更快、做更短，再用減速比把扭力補回來。

工程重點 1：鐵損是什麼，非晶合金為什麼比較低

馬達鐵芯裡的磁場每秒正反翻轉幾百到上千次，每翻一次都會損失能量，這就是鐵損，主要分兩種：磁滯損（磁區來回翻轉的摩擦）和渦流損（鐵片裡被感應出的環形電流發熱）。渦流損大致跟板厚的平方、頻率的平方成正比，所以矽鋼片要做薄、還要加矽提高電阻。非晶合金是熔融金屬急速冷卻、來不及結晶的「玻璃態金屬」，沒有晶界、電阻率高，厚度只有一般矽鋼片的約 1/10（Proterial 2024 年資料），渦流和磁滯損都明顯更低。這正是我們在矽鋼片那集講的：鐵芯材料決定馬達在高頻下會不會「自己把自己烤熟」。

工程重點 2：為什麼要拉到兩萬轉、改成 12 極

馬達功率 ≈ 扭力 × 轉速。轉速拉高，同樣功率需要的扭力就變小，而扭力大致跟轉子體積成正比，所以馬達可以做短做輕。代價是電頻率暴增：以表上參數換算（本文自行計算），參考馬達 8 極、14,900 rpm，電頻率約 993 Hz；新設計 12 極、20,000 rpm，約 2,000 Hz，整整兩倍。換成矽鋼片，鐵損會跟著頻率一路往上衝；換成非晶合金，才撐得住。減速比從 10.8 改成 14.4，換算到輪端：14,900 ÷ 10.8 ≈ 1,380 rpm，20,000 ÷ 14.4 ≈ 1,389 rpm，幾乎一樣，所以車子的極速和輪上扭力維持不變。馬達端只需要約 75% 的扭力（10.8 ÷ 14.4），剛好對上鐵芯有效長度 77.1%。

工程重點 3：效率多 2.4 個百分點，實際有多少

95.5% → 97.9% 看起來只多 2.4 個百分點，但換個角度看，馬達本身的損失從 4.5% 降到 2.1%，少了一半以上（約 53%，本文自行換算）。下面用假設值做個算術示例：假設一台車在 WLTP 下馬達軸端要輸出 15 kWh/100 km，參考馬達需要輸入約 15.71 kWh，新設計約 15.32 kWh，每 100 km 省約 0.39 kWh、約 2.5%。這只算馬達本體，逆變器、減速齒輪的損失沒有算進去，實車效益會再打折。另外，損失減半代表發熱也減半，冷卻系統可以縮小，這部分在這份研究裡沒有量化。

工程重點 4：無重稀土磁石，和兩萬轉的機械代價

釹磁石要耐 100°C 以上的高溫，傳統做法是加鏑、鋱這類重稀土，資源少、價格波動大。Proterial 2025 年推出的無重稀土釹燒結磁石，宣稱同時保有高剩磁和高矯頑力，這次被用在 12 極轉子上。但兩萬轉不是免費的：轉子外緣的離心力跟轉速平方成正比，從 14,900 拉到 20,000 rpm，離心應力約變成 1.8 倍（(20,000/14,900)²，本文換算），磁石固定、轉子護套、軸承和油封都要重新驗證；減速比變大，齒輪級的損失和噪音也要重算。這就是為什麼我們在「兩萬轉的災難」那集說，高轉速是整個傳動系統的問題，不只是馬達的問題。

還缺什麼／待核

  • 目前只有電磁模擬，沒有台架實測或實車數據；冷卻、NVH、溫升下的效率都還沒看到。
  • 非晶合金約比矽鋼片硬 5 倍，沖壓模具壽命短，Proterial 用積層黏合（佔積率 90% 以上）改善，但量產良率與成本沒公布。
  • Fe 系非晶合金的飽和磁通密度一般比矽鋼片低（常見材料值約 1.5～1.6 T 對約 2 T），尖峰扭力時鐵芯會不會先飽和，需要完整設計資料。
  • 2 kHz 電頻率下，扁線繞組的集膚效應與交流銅損、逆變器的切換頻率需求，新聞稿沒有交代。
  • 減速比 14.4 的單速減速器效率、噪音，以及整個電驅系統（馬達＋逆變器＋齒輪）的總效率，還沒有數字。

延伸影片（@vkinng）

換你說：你覺得非晶合金馬達最大的關卡是哪一個？沖壓量產成本、兩萬轉的轉子強度，還是減速齒輪的噪音？留言告訴我。

資料來源： Proterial／FEV 新聞稿（2026-10-05）、 新聞稿 PDF（含 Table 1）、 Proterial 積層黏合非晶合金薄帶（2024-02-13）、 Proterial 無重稀土釹燒結磁石（2025-07-22）。電頻率、輪端轉速、損失比例、離心應力倍數與能耗示例為本文依公開參數及假設值自行計算；非晶合金飽和磁通為一般材料典型值。

Vkinng World｜vkinngworld.blogspot.com｜YouTube @vkinng

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