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中外电动汽车电池、电驱和电控关键技术对比分析研究

2018-08-12 14:41 来源: 驱仕世界

1 车用驱动电机方面中外技术对比

电机驱动系统是新能源车辆行驶中的主要执行机构,驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。受益于国内巨大的市场容量,国内驱动电机产业得以飞速发展,且国内电动汽车匹配的驱动电机基本为本土生产,基本能满足国内新能源汽车使用要求。

中外电动汽车电池、电驱和电控关键技术对比分析研究

在驱动电机技术开发方面,如果我们把专利作为技术储备,那么在过去的十年里,中国车用驱动电机的专利申请总量是世界第一,但是,其中最体现技术水平的发明专利占比仅仅50%,而国外发明专利占申请总量的90以上,从这个角度来看,我国的专利申请更看重“量”,而国外更重“质”。

中外电动汽车电池、电驱和电控关键技术对比分析研究

在驱动电机功率密度方面,“十三五”国家规划中,明确提出电机效率超过4KW/KG,国内很多企业的产品已经能够达到此指标,但是相较国际先进产品,在体积、制造工艺等方面相差较多。

目前,我国新能源汽车所使用的电机多为永磁同步电机、交流异步电机以及其它电机。从电机类型市场结构来看,主要以永磁同步电机为主,2017年新能源汽车领域永磁同步电机装机量达到68.51万台,占比超过78%;交流异步电机装机量近19万台,占比21.4%。

中外电动汽车电池、电驱和电控关键技术对比分析研究

在和国外电机对比功率密度的时候,有一点要注意的是,特斯拉model s用的是感应电机,感应电机和同步电机在功率密度上直接比较是不妥的,至少有两点:一是交流电机没有永磁体、用料少,这在一定程度上减轻了重量;另一方面交流电机可以自我励磁,能够建立比同步电机高的磁场强度。另外特斯拉的铜芯转子专利技术也解决了很大的问题,这3点使得特斯拉的感应电机功率密度可以和国内的永磁同步电机媲美。

中外电动汽车电池、电驱和电控关键技术对比分析研究

▲Tesla model S motor

功率密度尽管能够在一定程度上代表电机的性能,但是在有些场合却并不适合,比如在一些要求低转速的场合,就无法通过高转速来提升功率密度,而转速过高对电机来说又会带来诸如风磨损损耗问题、轴承问题、NVH问题等。这时候就要用另一个指标表征电机的性能:转矩密度。因为在很多时候,和重量及体积正相关的未必是功率,而是转矩。

提高转矩密度又有很多方法,像丰田prius、BMW等是通过提高磁阻转矩比例的方法来获得的。还有一种方法是从控制侧出发,通过谐波注入的方式,把电机产生的谐波转矩也利用起来。最后一条路就是提高单位体积内的磁场能量。

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转矩密度之所以成为一个发展方向,还因为另外一个因素的驱动,那就是发展越来越兴旺的独立驱动技术,也叫作分布式驱动。

在这种应用中,电机直接安装在轮子边上,带了减速器叫轮边电机,不带减速器叫轮毂电机 ,轮毂电机直接驱动车轮,和车轮同步旋转。车轮的转速其实很低的,一般也就几百转,这种情况下,追求功率密度,也就只有转矩密度这一条路可以选了。

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但是转矩密度也要分应用场合,乘用车多是高速电机,做成高转矩密度就比较困难,而要求低速大扭矩的商用车就相对容易一些。目前国内驱动电机需要在磁路设计时重点加强转子形状和磁阻转矩利用率的设计;如何大幅提高导热面积又不影响磁路性能是设计的重点。

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