对新能源汽车电机行业的分析
张闻鸣
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张闻鸣,. 对新能源汽车电机行业的分析[J]. 中国新闻传播,2021.9. DOI:10.12721/ccn.2021.158090.
摘要: 电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电动机。开始是采用控制性能最好和成本较低的直流电动机。随着电机技术、机械制造技术、电力电子技术和自动控制技术的不断发展,交流电动机、永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能,在电动汽车上,这些电动机逐步取代了直流电动机。本文主要对新能源汽车电机行业的发展进行分析。
关键词: 新能源;汽车;电机
DOI:10.12721/ccn.2021.158090
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 一、新能源汽车电机的发展

直流电机的驱动特性是在基本转速以下运行于恒转矩区,基本转速以上运行于恒功率区。它的这种特性很适合汽车对动力源低速高转矩、高速低转矩的要求,而且宣流电机结构简单,易于平滑调速,所以直到20世纪80年代中期,它仍是国内外的主要研发对象。几乎所有早期的电动车都采用直流电机驱动系统。如日本东京大学的UOT电动汽车采用直流串励电动机,意大利菲亚特公司的900E/E2电动汽车用直流他励电动机驱动,日本马自达汽车公司的BANGO电动汽车则采用直流并励电动机。但是直流电机的效率和转速相对较低,其换向

器维护困难,直流电机价格高、体积和质量大。随着控制理论和电力电子技术的发展,直流驱动系统与其他驱动系统相比,已大大处于劣势。因此,目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。

20世纪90年代后,交流电机驱动系统的研制和开发有了新的突破。相比直流电机,交流电机体积小、、质量轻、效率高、调速范围宽、可靠性高、价格便宜、维修简单方便,在电动汽车上得到了广泛应用。交流电机包括异步电机、永磁电机以及开关磁阻电机。

美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机,如Ghrysler公司生产的Epic Van,Ford公司生产的Ranger EV,通用汽车公司生产的IMPACT和EH电动汽车。国内也采用感应电动机作为电动汽车的驱动电机也比较多,如胜利SL6700DD电动客车,郑州华联ZK6820HG-1电动轻型客车。但其最大缺点是驱动电路复杂,相对永磁电机而言,其效率和功率密度偏低,因此有被其他新型永磁电机逐步取代的趋势。

永磁电机包括永磁无刷直流电机和永磁无刷同步电机两种。永磁无刷直流电机是在直流电机的基础上不再用电刷和换向器,起动转矩大、过载能力强,非常适合电动车的运行特性。香港大学研制的U2001电动车采用的永磁无刷直流电机,最高车速为110km/h,本田研制EV PLU S电动车采用的永磁无刷直流电机,最高车速为128km/h。永磁无刷同步电机的恒转矩区比较长,这对提高汽车的低速动力性能有很大帮助,电机最高转速较高,能达到10000r/min。永磁无刷同步电机功率密度高调速性能好、在宽转速范围内运行效率高.它的主要缺点是电机造价较高,永磁材料会有退磁效应,要想增大电机的功率其体积会很大。随着稀土永磁材料的开发和应用,永磁无刷电机的性能有了很大的提高,是未来最有发展前景的驱动电机之一。

开关磁阻电机(SRM)是英国于1983年首次正式推出的,经过多年的研制开发,已成为现代电动汽车交流驱动的又一个新支,它具有可控相数多、实现四象限控制方便、成本低。开关磁阻电机结构和控制简单、出力大,可靠性高,起动制动性能好,运行效率高,但电机噪声高,转矩脉动严重,非线性严重,在电动汽车驱动中有利有弊,目前在电动汽车应用较少。

上述几种电动机各有自己的优势和不足,并各有侧重,它们在现有的电动汽车中均有应用,其中,交流异步电机主要应用在纯电动汽车(包括轿车及客车),永磁同步电机主要应用在混合动力汽车(包括轿车及客车)中,开关磁阻电机目前主要应用在客车中,而以交流异步电动机和永磁直流电动机的应用稍微居多一些。

要想使电机驱动并发挥出其优良的性能必须与合理的控制策略相配合。目前由于包括V/F控制、转差频率控制、矢量或磁场定向控制、直接转矩控制、变结构控制以及智能控制如专家系统、模糊逻辑和神经网络等在内的先进的控制策略与传统控制方法相结合来解决复杂问题,使电机的效率得到优化,电机参数的自动测量、自动整定时系统工作在最佳状态。总之,电动汽车驱动电机总的发展趋势是由通用走向专用,由直流走向交流;电机的功率密度、可靠性及耐久性不断提高;驱动控制系统向集成化与一体化发展。

二、我国驱动电机产业发展概况

2014年,我国对新能源汽车发展队伍推出了一系列利好政策,新能源汽车市场出现了快速增长。而我国驱动电机产业也获得了快速发展,推出了一系列的驱动电机系统新产品,同时,驱动电机的产业结构也呈现多样化发展趋势。

1.产销规模

驱动电机系统作为动力系统的核心关键部位,其市场需求与新能源汽车市场规模同步增长。而在2014年,我国主要驱动电机生产企业的产销量超过100%,产品销售收入实现翻倍。

表1 我国主要驱动电机企业电机系统供应量统计    单位:台套

1.png2.主要企业加速发展

201 4年,伴随着我国新能源汽车市场的爆发式增长,我国主要驱动电机企业发展迅速,产能建设不断提升,个别企业已经开始为国外企业配套。在2014年,我国主要电机企业纷纷增加投资,加快厂房以及生产线建设,不断提升供货能力。上海电驱动嘉定区新能源汽车产业基地一期工程于2014年10月竣工,生产能力达到10万台套/年:上海大郡2014年产能达到2万套/年,并启动了新生产基地的建设,建成后可突破年产10万套的规模。大洋电机引入自动化嵌线机系统,2014年实现全自动化的电机组装、控制器组装和测试,

乘用车电机产能达到3万台套/年。

3.驱动电机产业结构变化

 随着我国驱动电机产业规模扩大,各企业产能建设加快,产业内竞争更为激烈,驱动电机产业结构呈现出了新的变化。一方面,从事传统电机生产和电机产业链上下游企业正逐步进入驱动电机产业;另一方面,驱动电机生产企业通过收购或并购方式建立了完整的集成系统和配套的产业链。

驱动电机系统是继续向着集成化的方向发展,这有利于降低整个系统的重量和体积,并可以有效地降低系统的制造成本。而其中集成化分成两个方向:一是机电集成,即电机与发动机总成或电机与变速箱集成。二是电力电子集成,主要包括基于IGBT芯片、电容、高效散热技术的高功率密度电力电子集成技术。电力电子技术可以实

现车载电力电子系统的功率密度倍增,降低成本。

而我国驱动电机产业结构调整趋势更是变化快速,在市场快速发展和国家政策的刺激下,周边行业的辐射覆盖、外资企业的加入都大大加强了我国驱动电机领域的产业基础。除此之外,在互联网模式影响之下,传统产业都已逐步从单一的产品溢价转向商业模式的溢价,对产业链的整体发展起到了促进作用。在不久的将来,驱动电机产业的多样化、灵活化、智能化将会是发展的方向。

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