電動(dòng)車(chē)由來(lái)已久,從1831年亨利制造出首臺(tái)直流電機(jī)應(yīng)用于早期電動(dòng)車(chē)上開(kāi)始,1889年德國(guó)AEG公司制造出首臺(tái)交流三相異步電機(jī)。直到二十世紀(jì)80年代,微電子控制技術(shù)完善使得交流電機(jī)得到推廣。永磁材料、電力電子技術(shù)(電機(jī)控制技術(shù))的發(fā)展極大促進(jìn)了相關(guān)電機(jī)的應(yīng)用推廣,交流三相異步和永磁同步電機(jī)為當(dāng)前大規(guī)模應(yīng)用的主流產(chǎn)品。
而驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為新能源汽車(chē)三大主要零件之一,如果說(shuō)電池系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的血液,電控系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的大腦,那么電機(jī)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的心臟。在新能源汽車(chē)中使用電動(dòng)機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)并在電機(jī)控制器的控制下,將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛,是純電動(dòng)汽車(chē)的唯一驅(qū)動(dòng)裝置。
各有所需 適者生存
現(xiàn)階段電機(jī)的分類(lèi),主要有直流、交流感應(yīng)、永磁同步和開(kāi)關(guān)磁阻四種,目前,永磁同步由于其較優(yōu)的性能,是主流的電機(jī)類(lèi)型。交流異步電機(jī)的價(jià)格適中,但性能稍差,在美國(guó)及中國(guó)有部分廠商使用。而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于其較低的價(jià)格,但同時(shí)也存在著雜音和震動(dòng)的技術(shù)問(wèn)題,如果這些問(wèn)題能夠解決的話,開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)將具備很大的市場(chǎng)。現(xiàn)階段適合新能源汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁同步、交流異步和開(kāi)關(guān)磁阻三大類(lèi)。因其不同特點(diǎn), 各有應(yīng)用場(chǎng)合。
永磁同步電機(jī)體積小、質(zhì)量輕,功率密度大,可靠性高,調(diào)速精度高,響應(yīng)速度快;但最大功率較低,且成本較高。由于永磁同步電機(jī)具有最高的功率密度,其工作效率最高可達(dá) 97%,能夠?yàn)檐?chē)輛輸出最大的動(dòng)力及加速度,因此主要用在對(duì)能量體積比要求最高的新能源乘用車(chē)上。
交流異步電機(jī)價(jià)格低、運(yùn)行可靠;但其功率密度低、控制復(fù)雜、調(diào)速范圍小是固有限制。價(jià)格優(yōu)勢(shì)使得其在新能源客車(chē)中使用的較廣泛。
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)價(jià)格低、電路簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍寬;但震動(dòng)、噪聲大,控制系統(tǒng)復(fù)雜,且對(duì)直流電源會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電流,用于大型客車(chē)。
新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向著:小型輕量化;高效性;更出色的轉(zhuǎn)矩特性;使用壽命長(zhǎng),可靠性高;噪聲低;價(jià)格低廉的目標(biāo)發(fā)展。
各有所需 適者生存
目前,永磁同步電機(jī)在我國(guó)新能源汽車(chē)中的使用占比超過(guò) 90%,交流異步電機(jī)主要是以特斯拉為首的美國(guó)車(chē)企和部分歐洲企業(yè)使用。一方面,這與特斯拉最初的技術(shù)路徑選擇有關(guān),交流感應(yīng)電機(jī)價(jià)格低廉,而偏大的體積對(duì)美式車(chē)并無(wú)掛礙;另一方面,美國(guó)高速路網(wǎng)發(fā)達(dá),交流電機(jī)的高速區(qū)間效率性能上佳。
包括中國(guó)、日本在內(nèi)的其他國(guó)家新能源汽車(chē)電機(jī)最廣泛使用的仍是永磁同步電機(jī)。適合本國(guó)路況是主要因素,永磁同步電機(jī)在反復(fù)啟停、加減速時(shí)仍能保持較高效率,對(duì)高速路網(wǎng)受限的工況是最佳選擇。
此外,我國(guó)稀土儲(chǔ)量豐富,日本稀土永磁產(chǎn)業(yè)有配套基礎(chǔ)也是重要因素。日本的豐田、本田、日產(chǎn)等汽車(chē)公司基本上都采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),如豐田公司的Prius,本田公司的CIVIC。因?yàn)樵谌毡荆?yīng)永磁電機(jī)使用的稀土磁鐵的公司比較多,同時(shí)汽車(chē)大多以中低速行駛,因此采用加減速時(shí)效率較高的永磁同步電動(dòng)機(jī)較為適宜。
日本在發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)方面居世界領(lǐng)先地位,其中以豐田普銳斯最為著名。
綜合來(lái)看,新能源汽車(chē)電機(jī)技術(shù)要求較高,永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車(chē)的三大核心部件之一,相比傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī),新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有更高的技術(shù)要求。從綜合性能來(lái)看,永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì),更能代表新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展方向。
由于中國(guó)稀土儲(chǔ)量極大豐富,而且電機(jī)工藝已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平,因此預(yù)計(jì)永磁電機(jī)將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占據(jù)中國(guó)新能源汽車(chē)的電機(jī)市場(chǎng)。
電機(jī)發(fā)展技術(shù)趨勢(shì)
總的來(lái)說(shuō),永磁同步電機(jī)對(duì)比感應(yīng)電機(jī),它們各自都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。不過(guò),目前純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程勢(shì)必是一項(xiàng)及其重要的指標(biāo),永磁同步電機(jī)的高效率能更好地提高續(xù)航里程。而且高耐熱性、高磁性能釹鐵硼永磁體的成功開(kāi)發(fā)以及電力電子元件的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn),使稀土永磁同步電機(jī)的發(fā)展進(jìn)一步完善。但就現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)看,永磁同步電機(jī)似乎前景更好。
隨著新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展,許多新結(jié)構(gòu)或新概念電機(jī)已經(jīng)投入研究。其中新型永磁無(wú)刷電機(jī)是目前最有前景的電機(jī)之一,包括混合勵(lì)磁型、輪轂型、雙定子型、記憶型以及磁性齒輪復(fù)合型等。此外非晶電機(jī)也開(kāi)始走進(jìn)新能源汽車(chē)領(lǐng)域,作為新一代高性能電機(jī),其自身的優(yōu)越性必將對(duì)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。
來(lái)源:造車(chē)網(wǎng)
審核編輯 黃昊宇
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