作為新能源汽車核心三電系統之一的“電機”就好比燃油車的發動機一樣,是車輛核心部件,但似乎消費者沒太大關注這方面。今天我們給大家聊聊這個核心部件! ?
一輛新能源汽車占生產成本最高的部件是動力電池,約占到30%左右,而電機占到10%。目前國內不少廠商有生產和研發新能源汽車電機,在該領域,國產的技術還是比較靠前,比造燃油車的發動機更有優勢,而且少了很多技術壁壘的限制,所以國產電機的制造水準不比海外企業差。
各類新能源電機優劣對比
現階段電機的分類,主要有直流、交流感應、永磁同步和開關磁阻四種,目前,永磁同步由于其較優的性能,是主流的電機類型。交流異步電機的價格適中,但性能稍差,在美國及中國有部分廠商使用。而開關磁阻電機的主要優勢在于其較低的價格,但同時也存在著雜音和震動的技術問題,如果這些問題能夠解決的話,開關磁阻電機將具備很大的市場。現階段適合新能源汽車的驅動電機主要有永磁同步、交流異步和開關磁阻三大類。因其不同特點, 各有應用場合。
永磁同步電機體積小、質量輕,功率密度大,可靠性高,調速精度高,響應速度快;但最大功率較低,且成本較高。由于永磁同步電機具有最高的功率密度,其工作效率最高可達97%,能夠為車輛輸出最大的動力及加速度,因此主要用在對能量體積比要求最高的新能源乘用車上。
交流異步電機價格低、運行可靠;但其功率密度低、控制復雜、調速范圍小是固有限制。價格優勢使得其在新能源客車中使用的較廣泛。開關磁阻電機價格低、電路簡單可靠、調速范圍寬;但震動、噪聲大,控制系統復雜,且對直流電源會產生很大的脈沖電流,用于大型客車。
新能源汽車驅動電機向著:小型輕量化;高效性;更出色的轉矩特性;使用壽命長,可靠性高;噪聲低;價格低廉的目標發展。
永磁同步電機成主流
交流異步電機主要是以特斯拉為首的美國車企和部分歐洲企業使用。一方面,這與特斯拉最初的技術路徑選擇有關,主要原因是對于稀土資源匱乏,交流感應電機價格低廉,而偏大的體積對美式車并無掛礙;另一方面,美國高速路網發達,交流電機的高速區間效率性能上佳。
特斯拉的早期車型多采用感應異步電機(Roadster等),2019款的海外特斯拉Model 3 在單電機版本上依然搭載了感應異步電機,在雙電機版本上則搭載前驅永磁同步電機搭配后驅感應異步電機。2019款國產版的特斯拉Model 3 單電機版本則搭載的是永磁同步電機。現階段,特斯拉Model 3、Model Y、Model S、Model X 等車型均在單電機版本上搭載永磁同步電機,在雙電機版本上搭載永磁同步電機+感應異步電機。新款特斯拉Model S Plaid三電機版本搭載的全部是永磁同步電機。總體來看,特斯拉的驅動電機配置趨勢是數量越來越多,性能越來越強,永磁同步電機的滲透率越來越高。
基于上文中已經詳細分析過的永磁同步電機與感應異步電機的性能互補,特斯拉主要的性能版車型中都采用永磁同步電機與感應異步電機搭配的雙電機解決方案。特斯拉新款Model S Plaid 版搭載了全部使用永磁同步電機的三電機解決方案,并落地了很多特斯拉在驅動電機上的前沿技術。
包括中國、日本在內的其他國家新能源汽車電機最廣泛使用的仍是永磁同步電機。適合本國路況是主要因素,永磁同步電機在反復啟停、加減速時仍能保持較高效率,對高速路網受限的工況是最佳選擇。
日本的豐田、本田、日產等汽車公司基本上都采用永磁同步電機驅動系統,如豐田公司的Prius,本田公司的CIVIC。因為在日本,供應永磁電機使用的稀土磁鐵的公司比較多,同時汽車大多以中低速行駛,因此采用加減速時效率較高的永磁同步電動機較為適宜。日本在發展混合動力汽車方面居世界領先地位,其中以豐田普銳斯最為著名。
我國稀土儲量豐富,日本稀土永磁產業有配套基礎也是重要因素。目前,永磁同步電機在我國新能源汽車中的使用占比超過90%,而且電機工藝已經接近世界先進水平,因此預計永磁電機將在較長時間內占據中國新能源汽車的電機市場。
從國內市場上熱門車型來看,像比亞迪漢、Model 3/Y、理想one、小鵬P7、蔚來ES6、EC6、埃安Y、LX等等,絕大部分都是采用永磁同步電機。
有些車型搭載的是前后雙電機的,會采用永磁同步與交流異步搭配使用。例如比亞迪一直使用永磁同步電機,并且早在2015款的比亞迪唐新能源上就落地了雙電機四驅結構,具有一定的前瞻性和先進性。在純電平臺方面,比亞迪最新的E平臺3.0采用了前驅感應異步電機+后驅永磁同步電機的技術方案,二者互補,在日常行駛中以永磁同步電機為主,在加速工況下雙電機最大輸出。
電機發展技術趨勢
總的來說,永磁同步電機對比感應電機,它們各自都具有明顯的優勢。不過,目前純電動車的續航里程勢必是一項及其重要的指標,永磁同步電機的高效率能更好地提高續航里程。而且高耐熱性、高磁性能釹鐵硼永磁體的成功開發以及電力電子元件的進一步發展和改進,使稀土永磁同步電機的發展進一步完善。但就現在的發展趨勢看,永磁同步電機似乎前景更好。隨著新能源汽車驅動技術的快速發展,許多新結構或新概念電機已經投入研究。其中新型永磁無刷電機是目前最有前景的電機之一,包括混合勵磁型、輪轂型、雙定子型、記憶型以及磁性齒輪復合型等。此外非晶電機也開始走進新能源汽車領域,作為新一代高性能電機,其自身的優越性必將對新能源汽車產業的發展起到巨大的推動作用。
新能源電機國內主流供應商
目前,國內新能源汽車電機行業主要分為三類:車企、新能源汽車電機企業、傳統電機生產廠。
高工智能汽車研究院數據顯示,2022年中國市場(不含進出口)新能源乘用車搭載驅動電機(包括單電機、雙電機、三電機)616.16萬臺(上險量口徑),同比增長81.65%;其中,雙電機搭載交付新車92.20萬輛,同比增長90.3%,市場占比17.62%,并仍在保持快速增長態勢。
國內電機市場份額前五,分別是比亞迪旗下的弗迪動力(28.26%)、特斯拉(12.87%)、方正(5.60%)、日本電產(5.27%)、匯川技術(5.15%)。
行業專家預測到2025年,新能源汽車電機電控市場規模將突破3000億元。從電機行業發展趨勢,國內的新能源車企已重點布局自主研發方向,像北汽、蔚來、比亞迪、吉利都有自己旗下或投資的電機生產廠。也有不少車企選擇與電機廠合資生產,像廣汽、一汽、北汽與日本電產、大洋電機這些傳統電機廠成立合資公司,為車企定制新能源汽車電機及動力系統,雖為合資,但車企是主導方,更具有話語權。
無論是自主研發,還是合資生產,都會推動國內電機產業的發展和技術的提升。國內市場,比亞迪和特斯拉牢牢占據了第一和第二名,借助自身的技術優勢與供應鏈資源,自主研發生產電機有助于成本的控制以及供應量。按目前新能源汽車產業的發展趨勢,未來將會越來越多車企轉向自己研發、生產電機,掌握新能源汽車“三電”核心技術(電池、電機、電控)。
編輯:黃飛
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