新能源汽車驅動電機發展現狀及趨勢分析

2022-12-11

根據中國汽車協會發布的產銷數據，2017年中國新能源汽車的生產和銷售分別分別為 www.yingtumall.com 萬輛和 www.yingtumall.com 同比增長分別為萬輛 www.yingtumall.com 和 www.yingtumall.com，產銷連續三年位居世界第一。新能源汽車的快速發展給驅動電機帶來了巨大的發展機遇，電機技術的發展成為業界關注的焦點。

1. 電機技術發展現狀

目前，驅動電機主要分為直流電機、交流電機和輪轂電機；其中，直流和交流電機可以進一步劃分。目前，行業高度重視交流異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機。通過對幾種常見電機的比較分析(見表) 1)永磁同步電機具有效率高、速度范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、成本低等優點，已成為純電動乘用車市場的主要驅動電機。

表1 主電機性能及參數比較

新能源乘用車主要采用交流感應電機和永磁同步電機。其中，永磁同步電機使用較多，由于其速度范圍和效率相對較高，但需要使用昂貴的系統永磁材料釹鐵硼；部分歐美汽車采用交流感應電機，主要是由于稀土資源短缺，降低電機成本，主要缺點是速度范圍小，效率低，需要性能更高的調速器來匹配性能。

隨著新能源汽車市場的快速發展，電機市場潛力巨大，吸引了許多企業和資本。國內外典型驅動電機企業永磁同步電機產品如表所示 2 所示。總體而言，中國的驅動電機取得了巨大的進展，獨立開發了滿足各種新能源汽車需求的產品，部分主要性能指標已達到國際先進的相同功率水平。但峰值速度、功率密度和效率與國外仍存在一定差距

表2 國內外驅動電機企業永磁同步電機參數比較

在技術指標方面，國內電機與國外電機仍存在以下差距：

① 峰值轉速

峰值轉速是驅動電機的重要指標，也是國內驅動電機與國外電機差距最明顯的指標。中國大多數永磁同步電機的峰值轉速都在微信rpm 國外基本在微信rpm 以上。

② 功率密度

雖然國內電機在功率方面基本可以達到國際水平，但在同一功率條件下存在重量劣勢，因此功率密度與國際水平存在較大差距。目前，國內永磁同步電機的功率密度主要處于 1～2 kw/kg 區間內，與 2020 年 www.yingtumall.com kw/kg 目標值差距較大。

③ 效率

就電機效率而言，國內電機的最高效率已經達到西門子已達94%~96%，Remy 等待企業的水平。但在高效區域，如系統效率大于 80% 區域比例仍存在一定差距。我國電機高效區的比例集中在 70%~75%，而國外電機基本達到 80%。

④ 冷卻方式

電機的冷卻模式已逐漸從自然冷卻發展為水冷。目前，國內電機企業主要采用水冷，國外先進電機企業已發展為油冷電機。國內一些電機企業也開發了油冷卻電機，如改進，進一步提高了電機的冷卻效率。

2. 永磁同步電機發展瓶頸

目前，由于純電動乘用車以永磁同步電機為主要技術路線，如何進一步提高其性能已成為行業的關鍵問題。目前，永磁同步電機面臨以下技術困難：

① 功率密度

提高功率有兩種方法，一種是增加扭矩，另一種是增加速度。前者的主要問題是過載電流增加，導致熱量高，散熱壓力大；后者是高速鐵磁損失大，需要使用高性能低飽和硅鋼，以提高成本；或復雜的轉子結構，但影響功率密度。

② 材料方面

永磁材料也是制約永磁同步電機性能提高的重要因素。目前，常用的永磁材料釹鐵硼主要存在溫度穩定性差、不可逆損失高、溫度系數高、高溫下磁性能損失嚴重等缺點，影響電機性能。

③ 生產工藝

永磁同步電機在生產過程中的困難是限制大型配套乘用車的重要因素。由于永磁同步電機制造商缺乏工業化積累，國內企業生產不良率高，不能滿足乘用車企業的不良率要求，特別是隨著純電動乘用車市場規模的擴大，年產量10萬給永磁同步電機帶來了巨大的挑戰。

3. 發展輪轂電機

① 技術現狀

最早的輪轂電機 1900 年由保時捷搭載到純電動汽車上 100 經過多年的發展，不僅美國和日本的許多主機制造商增加了輪轂電機的發展，電機公司（如英國） Protean 公司、法國 TM4 公司等。)和輪胎企業(米其林公司、普利司通公司)也開發了輪轂電機產品。在國內，萬安科技和英國 Protean 亞太股份與斯洛文尼亞輪轂電機公司合資 ** 中國電機產品。國內外主要輪轂電機產品及參數如表 3 所示。

表3 國內外主要輪轂電機產品及參數

② 優缺點分析

總的來說，永磁同步電機廣泛應用于輪轂電機。近年來，國內外汽車及零部件企業嘗試了許多輪轂電機驅動純電動和混合動力乘用車。通過比較，輪轂電機的優缺點如表所示 4 所示。

表4 分析輪轂電機的優缺點

③ 性能改進對策

輪轂電機性能的主要問題是彈簧質量的提高對舒適性和操控性的影響；與輪轂集成后的散熱問題和制動能量回收問題，以及隨后的抗震、防水和防塵問題。主要的技術手段和對策如表所示 5 所示。

表5 提高輪轂電機性能的對策

④ 發展前景

不同行業主體對輪轂電機的態度不同，導致輪轂電機發展前景不佳。新能源主機廠主要關注輪轂電機。傳統電機企業尚未開發和規劃輪轂電機，僅依靠部分合資電機企業推廣輪轂電機，缺乏成熟批量生產車輛的支持。同時，輪轂電機的高成本和系統復雜性尚未得到解決，顯著制約了輪轂電機在新能源乘用車領域的發展，詳見表 6。

表6 不同行業主體對輪轂電機發展的看法

4. 分析未來驅動電機的發展趨勢

通過以上分析和市場調研，可以看出，永磁同步電機在未來幾年仍將占據純電動乘用車市場的主流，交流異步電機的配套設施將逐年萎縮。隨著輪轂電機技術的逐步成熟和成本的下降，純電動乘用車市場的配套數量將有一定的增長；開關磁阻電機受體積和噪聲問題的限制，不太可能在短時間內應用于乘用車。