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新能源汽车驱动电机已经处于风口,企业该如何分羹?
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导读
随着新能源汽车被提升至国家高度,作为核心部件之一的驱动电机毫无疑问被推上风口。从整车到独立新能源汽车电机企业,从要研究单位到汽配销售公司,从政府到民间,大量资金涌入,促进着驱动电机技术完成了一次又次更高级的升级,从直流到交流,从感应到轮毂,未来还将更智能化、集成化。随着新能源汽车的爆发,我们相信电机市场也会迎来自己的黄金时代,而涉及的新材料、电子、机械等企业也将从中受益。
1 驱动电机的基本情况
2 驱动电机与工程塑料
驱动电机系统主要是由电机及其控制器组成,其中电机主要由定子、转子、机壳、连接器、旋转变压器等零部件装配而成。
驱动电机行业产业链上游是电解铜(电磁线)、硅钢、钢材、铝材、绝缘材料、永磁材料等原材料供应商。
3 驱动电机的发展状况
3.1 驱动电机的发展历程
汽车电机与工业电机的区别
新能源电机的要求
布置空间有限,封装尺寸需针对性设计
有效的瞬时功率和功率密度
工作环境温度变化大(-40℃~+105℃)
较高的效率
安全
须符合车辆电气控制安全性能指标和规定
通常为冷水冷却
能实现能量回馈
需要精确的力矩控制,动态性能要好
低速大扭矩、高速宽调速,控制精度要高,动态响应快
功能密度>2.5kw/kg
高密度,轻量化
性价比高
坚固、可靠,防尘防水能力,高电压、低成本
正是基于此,新能源汽车驱动电机在不断地革新换代以满足上述要求,其经历了一个较长的发展过程。
主要的驱动电机分类如下:
最初的直流电机,到现在的交流异步电机,永磁同步电机,且最新的开关磁阻电机也在快速发展,异步感应电机的研究也一直在推进。这几种电机的特点如下:
性能及类型
直流电机
异步电机
永磁同步电机
开关磁阻电机
转速范围/rpm
4000~6000
12000~20000
4000~10000
>15000
功率密度
轻高
重量
体积
可靠性
一般
结构坚固性
控制器成本
一般
峰值效率(%)
85-89
90-95
95-97
80-90
数据来源:EVTank
3.2 驱动电机的发展方向
新能源汽车驱动电机性能上的目标是:小型轻量化;高效性;更出色的转矩特性;使用寿命长,可靠性高;噪声低;价格低廉。
而在技术方向发展呈现了下面的趋势:
4 驱动电机主要类型介绍
4.1 永磁同步电机
来源:盖世汽车社区
(1)优点
具有较高的功率密度与转矩密度,就是相比于其他种类的电机,在相同质量与体积下,永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度,便于布置,还可以把更多的空间贡献给车内,更多的质量也为增加新能源汽车的续航里程起到了积极作用。
(2)缺点
转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下,会产生磁性衰退的现象,所以在相对复杂的工作条件下,电机容易发生损坏,而且永磁材料价格较高,因此整个电机及其控制系统成本较高。
(3)应用
一汽、东风、长安、奇瑞等。
目前,我国的永磁同步电机已经形成了一定的研发和生产能力,产品技术指标已接近国际先进水平,而且已经基本具备永磁同步电机集成化的能力。
4.2 异步电机
异步电动机(Asynchronous Motor)又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。
当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。当导体在磁场内切割磁力线时,在导体内产生感应电流,“感应电机”的名称由此而来。感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。
(1)优点
比永磁同步电机成本更低、工艺更简单、运行可靠耐用、维修更方便,而且能忍受大幅度的工作温度变化。反之,温度大幅变化会损坏永磁同步电动机。转速范围广泛以及高达20000rpm左右的峰值转速,即使不匹配二级差速器也能够满足该级别车型高速巡航的转速需求,高能量密度也是无敌。
(2)缺点
体积重量上和体积上没有优势,功率因数滞后,轻载功率因数低,调速性能稍差。
(3)应用
特斯拉等国际知名品牌。
4.3 开关磁阻电机
开关磁阻电机是一种新型调速电机,调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点,是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。
4.4 轮毂电机
轮毂电机技术也被称为车轮内装电机技术,它的最大特点就是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内,得以将电动车辆的机械部分大为简化。
(1)优点
(2)缺点
(3)有待解决问题
(4)应用:
5 驱动电机生产企业
目前国内新能源汽车驱动电机生产企业主要有三类,包括整车生产企业、通用电机生产企业以及单独的新能源汽车驱动电机生产企业。这三类企业各有特点,各有优势,未来将共同快速发展。
生产企业
特点
代表
整车生产企业
具有丰富的传统整车或零部件研发设计生产经验,具有雄厚的经济实力和人才储备,具有先天的开发优势。
比亚迪、万向集团、上汽集团、一汽集团、二汽集团、东风集团等
通用电机生产企业
具有多年传统电机研发设计生产经验,具有较雄厚的经济实力和研发储备,联合研究单位和车企共同推进
大洋电机、江特电机、中纺锐力等
单独的新能源汽车驱动电机生产企业
注重新能源汽车控制系统的研发投入,技术能力较强,市场拓展手段灵活
北京精进电动、上海电驱动、上海大郡等
2016年,大约有56.24%的新能源汽车驱动电机由整车厂生产,43.76%的驱动电机由第三方电机企业生产(下图左)。EVTank分析认为,参照国外的成熟经验,未来以整车厂主导生产驱动电机的可能性较大。
EVTank在研究报告中统计了2016年国内有销量的新能源汽车驱动电机生产企业(上图右),大约190家左右,其中比亚迪以25.12%的市场份额排名第一。在独立第三方新能源汽车驱动电机企业中,安徽巨一自动化以3.89%的市场份额排名第一。
此外,从图中也可以看出,虽然比亚迪一家独大,但目前还处于多家企业共同竞争的状态,未来以车企为代表的企业将进一步积聚力量。
附:2016年中国新能源汽车驱动电机生产企业八十强
数据来源:EVTank,中国电池网
6 驱动电机的前景
新能源汽车NEV (New Energy Vehicle),简单来说即采用非传统燃油(目前主流是动力电池)作为动力源的汽车。正是这一点小改变,却对环境、经济等带来大大的好处。
新能源汽车优势
低排放甚至零排放
起步加速性能好,能量转换效率高
噪音少
实现制动能量回收
精简了传动机构
能方便地实现四轮驱动
拓展了空间
充电费低
维修简单易于保养
政府补贴以及上牌优势
恶劣的气候和环境促使着多国政府采取行动,大力新能源汽车的发展。在2017年7月8日,在二十国集团(G20)德国汉堡峰会上,各国联手表态,将制定明确的禁售燃油车时限,在期限到来前全面禁售燃油车。
挪威四个主要政党一致同意从2025年起禁止燃油汽车销售。德国联邦参议院以多票通过决议,自2030年起新车只能为零排放汽车,禁止销售汽油车和柴油车。英国、法国计划从2040年开始,全面停止出售汽油车和柴油车。
印度表示最晚至2030年将全面禁售燃油汽车。荷兰劳工党也要求从2025年开始禁止在本国销售传统的汽油和柴油汽车。这一切都表明,新能源汽车时代大门已经慢慢开启。
我国也制订了新能源汽车推广相应的计划。
自2014年以来,国内新能源汽车市场进入到爆发式增长阶段,
2014年国内新能源汽车产量达到7.86万台,较2013年增长349%;
2015年的增长率仍然维持在330%以上,产量陡升至34.05万辆;
2016年新能源汽车增长速度相对放缓,一共生产51.7万辆,销售50.7万辆,比上年同期分别增长51.7%和53%;
2017年10月份,新能源汽车生产与销售分别完成9.2万辆和9.1万辆,同比分别增长了85.9%和106.7%。
来源:中国汽车协会
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