目前驅動電機主要分為直流電機、交流電機及輪轂電機等;其中,直流和交流電機又可進一步劃分。目前行業對交流非同步電機、永磁同步電機及開關磁阻電機關注度較高。透過對常見的幾種電機進行比較分析可知(見表 1),永磁同步電機具有效率高、轉速範圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、成本低等優點,成為純電動乘用車市場的主要驅動電機。
① 峰值轉速
峰值轉速是驅動電機的重要指標,也是目前國內驅動電機較之國外電機差距最為明顯的指標。國內絕大部分永磁同步電機的峰值轉速在 10000 rpm 以下,而國外基本在10000 rpm 以上。
② 功率密度
雖然國內電機在功率方面基本能夠達到國際水平,但是在同功率條件下存在重量劣勢,因此功率密度較之國際水平存在較大差距。目前,國內的永磁同步電機功率密度多處於 1~2 kw/kg 區間內,與 2020 年 3.5 kw/kg 的目標值存在較大差距。
③ 效率
在電機效率方面,國內電機的最高效率均達到 94%~96%,已達到西門子、Remy 等企業的水平。但是在高效區面積方面,如系統效率大於 80% 的區域佔比方面尚存在一定差距。中國電機的高效區面積佔比集中在 70%~75%,而國外電機基本達到 80%。
④ 冷卻方式
電機的冷卻方式已經從自然冷卻逐步發展為水冷,目前國內電機企業採用水冷為主,國外先進的電機企業已經發展到油冷電機。國內部分電機企業也研發出油冷電機,如精進等,使電機的冷卻效率得到進一步提升。
2. 永磁同步電機的發展瓶頸
當前因純電動乘用車以永磁同步電機為主要技術路線,故如何進一步提升其效能成為行業重點問題。目前,永磁同步電機面臨以下幾方面的技術難點:
① 功率密度
功率的提升有兩種途徑,一種是提高扭矩,另一種是提高轉速。前者主要問題是過載電流加大,造成發熱量高,給散熱造成較大壓力;後者是高速時鐵磁損耗大,需採用高效能低飽和矽鋼片,從而使成本提高;或採用複雜的轉子結構,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效能提升的重要因素,目前常用的永磁材料釹鐵硼主要存在溫度穩定性差、不可逆損失和溫度係數較高以及高溫下磁效能損失嚴重等缺點,從而影響電機效能。
③ 生產工藝
永磁同步電機在生產工藝方面的難點是制約大規模配套乘用車的重要因素。因為永磁同步電機生產企業缺乏產業化的積累,國內企業生產不良率較高,無法達到乘用車企業的不良率要求,尤其是隨著純電動乘用車市場規模的擴大,十萬級的年產量給永磁同步電機帶來了巨大的挑戰。
目前驅動電機主要分為直流電機、交流電機及輪轂電機等;其中,直流和交流電機又可進一步劃分。目前行業對交流非同步電機、永磁同步電機及開關磁阻電機關注度較高。透過對常見的幾種電機進行比較分析可知(見表 1),永磁同步電機具有效率高、轉速範圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、成本低等優點,成為純電動乘用車市場的主要驅動電機。
① 峰值轉速
峰值轉速是驅動電機的重要指標,也是目前國內驅動電機較之國外電機差距最為明顯的指標。國內絕大部分永磁同步電機的峰值轉速在 10000 rpm 以下,而國外基本在10000 rpm 以上。
② 功率密度
雖然國內電機在功率方面基本能夠達到國際水平,但是在同功率條件下存在重量劣勢,因此功率密度較之國際水平存在較大差距。目前,國內的永磁同步電機功率密度多處於 1~2 kw/kg 區間內,與 2020 年 3.5 kw/kg 的目標值存在較大差距。
③ 效率
在電機效率方面,國內電機的最高效率均達到 94%~96%,已達到西門子、Remy 等企業的水平。但是在高效區面積方面,如系統效率大於 80% 的區域佔比方面尚存在一定差距。中國電機的高效區面積佔比集中在 70%~75%,而國外電機基本達到 80%。
④ 冷卻方式
電機的冷卻方式已經從自然冷卻逐步發展為水冷,目前國內電機企業採用水冷為主,國外先進的電機企業已經發展到油冷電機。國內部分電機企業也研發出油冷電機,如精進等,使電機的冷卻效率得到進一步提升。
2. 永磁同步電機的發展瓶頸
當前因純電動乘用車以永磁同步電機為主要技術路線,故如何進一步提升其效能成為行業重點問題。目前,永磁同步電機面臨以下幾方面的技術難點:
① 功率密度
功率的提升有兩種途徑,一種是提高扭矩,另一種是提高轉速。前者主要問題是過載電流加大,造成發熱量高,給散熱造成較大壓力;後者是高速時鐵磁損耗大,需採用高效能低飽和矽鋼片,從而使成本提高;或採用複雜的轉子結構,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效能提升的重要因素,目前常用的永磁材料釹鐵硼主要存在溫度穩定性差、不可逆損失和溫度係數較高以及高溫下磁效能損失嚴重等缺點,從而影響電機效能。
③ 生產工藝
永磁同步電機在生產工藝方面的難點是制約大規模配套乘用車的重要因素。因為永磁同步電機生產企業缺乏產業化的積累,國內企業生產不良率較高,無法達到乘用車企業的不良率要求,尤其是隨著純電動乘用車市場規模的擴大,十萬級的年產量給永磁同步電機帶來了巨大的挑戰。