新能源汽车电机产业链报告

新能源汽车电机产业链报告
Time:2017-06-06 From:

一、新能源汽车用电机类型及趋势

 

(一)电机的结构及性能

驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

简单来讲,电机驱动系统主要由驱动电机和电机控制器两部分构成。从电机驱动系统的产业价值链来看,驱动电机和电机控制器所占的成本之比大致相同。

新能源汽车驱动电机属于中低压电机范畴,由于其应用领域的特殊性,相对一般中低压产品,它具有较高的性能要求:

1)调速范围宽:新能源汽车有两类工况场景,在启动、加速、 爬坡时,要求工作在恒转矩区间;在高速行驶时,要求电机工作在恒功率区间;

2)功率密 度高,主要是为了在尽量小的车内空间限制、电池电量下,提高续航里程;

3)安全可靠, 要求电机的稳定工作和抗震、散热性能佳;

4)轻量化,即电机体积小,满足整车轻量化的要求;

5)过载能力强:在启动、加速、爬坡工况下,要求电机具有 4-5 倍的过载能力。

                图表 2  新能源汽车驱动电机性能要求

要求

原因

调速范围宽

包括恒转矩区(启动、加速、爬坡)和恒功率区(高速行驶)

功率密度高

提高续航里程

安全可靠

抗震

轻量化

体积小、减重 过载能力强 4-5倍的过载能力(启动、加速、爬坡)

 

(二)不同电机类型应用场景存在差异

电机一般要求具有电动、发电两项功能,按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。功率转换器按所选电机类型,有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式,其作用是按所选电动机驱动电流要求,将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。

适合新能源汽车的驱动电机主要有永磁同步、交流异步和开关磁阻三大类。因其不同特点, 各有应用场合。

永磁同步电机体积小、质量轻,功率密度大,可靠性高,调速精度高,响应速度快;但最 大功率较低,且成本较高。由于永磁同步电机具有最高的功率密度,其工作效率最高可达 97%,能够为车辆输出最大的动力及加速度,因此主要用在对能量体积比要求最高的新能源乘用车上

交流异步电机价格低、运行可靠;但其功率密度低、控制复杂、调速范围小是固有限制。 价格优势使得其在新能源客车中使用的较广泛。

开关磁阻电机价格低、电路简单可靠、调速范围宽;但震动、噪声大,控制系统复杂,且 对直流电源会产生很大的脉冲电流。用于大型客车

新能源汽车驱动电机目前的发展方向有以下几方面: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。随着时间的推移,新能源驱动电机的发展呈现了下面的趋势:

电机本体永磁化:永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等优点。我国具有世界最为丰富的稀土资源,因此高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要发展方向。

电机控制数字化:专用芯片及数字信号处理器的出现,促进了电机控制器的数字化,提高了电机系统的控制精度,有效减小了系统体积。

电机系统集成化:通过机电集成(电机与发动机集成或电机与变速箱集成)和控制器集成,有利于减小驱动系统的重量和体积,可有效降低系统制造成本。

 

(三)永磁同步电机成主流趋势

现阶段,交流异步电机主要是以特斯拉为首的美国车企和部分欧洲企业使用。一方面,这与特斯拉最初的技术路径选择有关,交流感应电机价格低廉,而偏大的体积对美式车并无挂碍;另一方面,美国高速路网发达,交流电机的高速区间效率性能上佳。

包括中国、日本在内的其他国家新能源汽车电机最广泛使用的仍是永磁同步电机。适合本国路况是主要因素,永磁同步电机在反复启停、加减速时仍能保持较高效率,对高速路网受限的工况是最佳选择。此外,我国稀土储量丰富,日本稀土永磁产业有配套基础也是重 要因素。目前,永磁同步电机在我国新能源汽车中的使用占比超过90%。

日本的丰田、本田、日产等汽车公司基本上都采用永磁同步电机驱动系统,如丰田公司的Prius,本田公司的CIVIC。因为在日本,供应永磁电机使用的稀土磁铁的公司比较多,同时汽车大多以中低速行驶,因此采用加减速时效率较高的永磁同步电动机较为适宜。日本在发展混合动力汽车方面居世界领先地位,其中以丰田普锐斯最为著名。          

              图表 4  国外主要新能源汽车电动类型及供应商情况

车型

电动机类型

电机供应商

宝马i3

永磁同步电动机

采埃孚

宝马 Mini-E

交流感应电动机

AC Propulsion

日产Leaf

永磁同步电动机

In-house

 

包括中国、日本在内的其他国家新能源汽车电机最广泛使用的仍是永磁同步电机。适合本国路况是主要因素,永磁同步电机在反复启停、加减速时仍能保持较高效率,对高速路网受限的工况是最佳选择。此外,我国稀土储量丰富,日本稀土永磁产业有配套基础也是重 要因素。目前,永磁同步电机在我国新能源汽车中的使用占比超过90%。

日本的丰田、本田、日产等汽车公司基本上都采用永磁同步电机驱动系统,如丰田公司的Prius,本田公司的CIVIC。因为在日本,供应永磁电机使用的稀土磁铁的公司比较多,同时汽车大多以中低速行驶,因此采用加减速时效率较高的永磁同步电动机较为适宜。日本在发展混合动力汽车方面居世界领先地位,其中以丰田普锐斯最为著名。 

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