新能源汽车驱动电机发展现状及趋势分析

2022-12-11

根据中国汽车协会发布的产销数据，2017年中国新能源汽车的生产和销售分别分别为 www.xilukeji.com 万辆和 www.xilukeji.com 同比增长分别为万辆 www.xilukeji.com 和 www.xilukeji.com，产销连续三年位居世界第一。新能源汽车的快速发展给驱动电机带来了巨大的发展机遇，电机技术的发展成为业界关注的焦点。

1. 电机技术发展现状

目前，驱动电机主要分为直流电机、交流电机和轮毂电机；其中，直流和交流电机可以进一步划分。目前，行业高度重视交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。通过对几种常见电机的比较分析(见表) 1)永磁同步电机具有效率高、速度范围宽、体积小、重量轻、功率密度大、成本低等优点，已成为纯电动乘用车市场的主要驱动电机。

表1 主电机性能及参数比较

新能源乘用车主要采用交流感应电机和永磁同步电机。其中，永磁同步电机使用较多，由于其速度范围和效率相对较高，但需要使用昂贵的系统永磁材料钕铁硼；部分欧美汽车采用交流感应电机，主要是由于稀土资源短缺，降低电机成本，主要缺点是速度范围小，效率低，需要性能更高的调速器来匹配性能。

随着新能源汽车市场的快速发展，电机市场潜力巨大，吸引了许多企业和资本。国内外典型驱动电机企业永磁同步电机产品如表所示 2 所示。总体而言，中国的驱动电机取得了巨大的进展，独立开发了满足各种新能源汽车需求的产品，部分主要性能指标已达到国际先进的相同功率水平。但峰值速度、功率密度和效率与国外仍存在一定差距

表2 国内外驱动电机企业永磁同步电机参数比较

在技术指标方面，国内电机与国外电机仍存在以下差距：

① 峰值转速

峰值转速是驱动电机的重要指标，也是国内驱动电机与国外电机差距最明显的指标。中国大多数永磁同步电机的峰值转速都在微信rpm 国外基本在微信rpm 以上。

② 功率密度

虽然国内电机在功率方面基本可以达到国际水平，但在同一功率条件下存在重量劣势，因此功率密度与国际水平存在较大差距。目前，国内永磁同步电机的功率密度主要处于 1～2 kw/kg 区间内，与 2020 年 www.xilukeji.com kw/kg 目标值差距较大。

③ 效率

就电机效率而言，国内电机的最高效率已经达到西门子已达94%~96%，Remy 等待企业的水平。但在高效区域，如系统效率大于 80% 区域比例仍存在一定差距。我国电机高效区的比例集中在 70%~75%，而国外电机基本达到 80%。

④ 冷却方式

电机的冷却模式已逐渐从自然冷却发展为水冷。目前，国内电机企业主要采用水冷，国外先进电机企业已发展为油冷电机。国内一些电机企业也开发了油冷却电机，如改进，进一步提高了电机的冷却效率。

2. 永磁同步电机发展瓶颈

目前，由于纯电动乘用车以永磁同步电机为主要技术路线，如何进一步提高其性能已成为行业的关键问题。目前，永磁同步电机面临以下技术困难：

① 功率密度

提高功率有两种方法，一种是增加扭矩，另一种是增加速度。前者的主要问题是过载电流增加，导致热量高，散热压力大；后者是高速铁磁损失大，需要使用高性能低饱和硅钢，以提高成本；或复杂的转子结构，但影响功率密度。

② 材料方面

永磁材料也是制约永磁同步电机性能提高的重要因素。目前，常用的永磁材料钕铁硼主要存在温度稳定性差、不可逆损失高、温度系数高、高温下磁性能损失严重等缺点，影响电机性能。

③ 生产工艺

永磁同步电机在生产过程中的困难是限制大型配套乘用车的重要因素。由于永磁同步电机制造商缺乏工业化积累，国内企业生产不良率高，不能满足乘用车企业的不良率要求，特别是随着纯电动乘用车市场规模的扩大，年产量10万给永磁同步电机带来了巨大的挑战。

3. 发展轮毂电机

① 技术现状

最早的轮毂电机 1900 年由保时捷搭载到纯电动汽车上 100 经过多年的发展，不仅美国和日本的许多主机制造商增加了轮毂电机的发展，电机公司（如英国） Protean 公司、法国 TM4 公司等。)和轮胎企业(米其林公司、普利司通公司)也开发了轮毂电机产品。在国内，万安科技和英国 Protean 亚太股份与斯洛文尼亚轮毂电机公司合资 ** 中国电机产品。国内外主要轮毂电机产品及参数如表 3 所示。

表3 国内外主要轮毂电机产品及参数

② 优缺点分析

总的来说，永磁同步电机广泛应用于轮毂电机。近年来，国内外汽车及零部件企业尝试了许多轮毂电机驱动纯电动和混合动力乘用车。通过比较，轮毂电机的优缺点如表所示 4 所示。

表4 分析轮毂电机的优缺点

③ 性能改进对策

轮毂电机性能的主要问题是弹簧质量的提高对舒适性和操控性的影响；与轮毂集成后的散热问题和制动能量回收问题，以及随后的抗震、防水和防尘问题。主要的技术手段和对策如表所示 5 所示。

表5 提高轮毂电机性能的对策

④ 发展前景

不同行业主体对轮毂电机的态度不同，导致轮毂电机发展前景不佳。新能源主机厂主要关注轮毂电机。传统电机企业尚未开发和规划轮毂电机，仅依靠部分合资电机企业推广轮毂电机，缺乏成熟批量生产车辆的支持。同时，轮毂电机的高成本和系统复杂性尚未得到解决，显著制约了轮毂电机在新能源乘用车领域的发展，详见表 6。

表6 不同行业主体对轮毂电机发展的看法

4. 分析未来驱动电机的发展趋势

通过以上分析和市场调研，可以看出，永磁同步电机在未来几年仍将占据纯电动乘用车市场的主流，交流异步电机的配套设施将逐年萎缩。随着轮毂电机技术的逐步成熟和成本的下降，纯电动乘用车市场的配套数量将有一定的增长；开关磁阻电机受体积和噪声问题的限制，不太可能在短时间内应用于乘用车。