新能源汽車驅動電機發展現狀及趨勢分解

依據中汽協發布的產銷數據，2017年我國新能源汽車產銷分別為79.4萬輛和77.7萬輛，同比增長分別為53.8%和53.3%，產銷量連續三年位居全球第一。新能源汽車的快速發展給驅動電機帶來了巨大的發展機遇，電機技術的發展成為行業關注的熱點。

電機技術發展現狀

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。目前行業對交流異步電機、永磁同步電機及開關磁阻電機關注度較高。通過對常見的幾種電機進行比較分解可知（見表1），永磁同步電機具有效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、成本低等優勢，成為純電動乘用車市場的主要驅動電機。

表1?主要電機性能及參數比較

從行業配套來看，新能源乘用車主要使用的是交流感應電機和永磁同步電機。其中，永磁同步電機使用較多，因其轉速區間和效率都相對較高，但是需要使用昂貴的系統永磁材料釹鐵硼；部分歐美車系采用交流感應電機，主要因為稀土資源匱乏，同時出于降低電機成本考慮，其劣勢主要是轉速區間小，效率低，需要性能更高的調速器以匹配性能。

隨著新能源汽車市場的迅猛發展，驅動電機市場空間潛力巨大，吸引了眾多企業和資本的進入。國內外典型驅動電機企業的永磁同步電機產品情況如表2所示。整體來看，我國驅動電機取得較大進展，已經自主開發出滿足各類新能源汽車需求的產品，部分主要性能指標已達到相同功率等級的國際先進水平。但是在峰值轉速、功率密度及效率方面與國外仍存在一定的差距。

表2?國內外驅動電機企業的永磁同步電機參數比較

在技術指標方面，國內電機與國外電機相比尚存在以下幾方面的差距：

①峰值轉速

峰值轉速是驅動電機的緊要指標，也是目前國內驅動電機較之國外電機差距最為分明的指標。國內絕大部分永磁同步電機的峰值轉速在10000rpm以下，而國外基本在10000rpm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于1～2kw/kg區間內，與2020年3.5kw/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，如系統效率大于80%的區域占比方面尚存在一定差距。我國電機的高效區面積占比聚集在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，目前國內電機企業采用水冷為主，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。

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，故要怎么樣進一步提升其性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；后者是高速時鐵磁損耗大，需采用高性能低飽和硅鋼片，從而使成本提高；或采用復雜的轉子結構，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性能提升的緊要因素，目前常用的永磁材料釹鐵硼主要存在溫度穩定性差、不可逆損失和溫度系數較高以及高溫下磁性能損失嚴重等缺點，從而影響電機性能。

③加工工藝

永磁同步電機在加工工藝方面的難點是制約大規模配套乘用車的緊要因素。因為永磁同步電機加工企業缺乏產業化的積累，國內企業加工不良率較高，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張大，十萬級的年產量給永磁同步電機帶來了巨大的挑戰。

輪轂電機的發展

①技術現狀

輪轂電機最早于1900年由保時捷搭載到純電動車上，經過100多年的發展，不僅眾多美系、日系主機廠增加對輪轂電機的開發，電機公司（如英國Protean公司、法國TM4公司等）和輪胎企業（米其林公司、普利司通公司）也開發出輪轂電機產品。國內方面，萬安科技與英國Protean合資、亞太股份與斯洛文尼亞輪轂電機公司合資開發輪轂電機產品。國內外主要輪轂電機產品及其參數如表3所示。

表3?國內外主要輪轂電機產品及參數

②優缺點分解

從整體來看，永磁同步電機在輪轂電機上使用較為廣泛。近年來，國內外的整車及零部件企業進行了很多輪轂電機驅動純電動和混合動力乘用車的嘗試，經比較可知輪轂電機的優缺點如表4所示。

表4?輪轂電機優缺點分解

③性能提升對策

輪轂電機在性能上面臨的主要問題是簧下質量的提升對舒適性和操控性的影響；與輪轂集成后的散熱問題和制動能量回收問題，以及隨之而來的防震、防水和防塵等。主要提升的技術手段及對策如表5所示。

表5?輪轂電機性能提升對策

④發展前景

不同的行業主體對輪轂電機的態度不同造成輪轂電機的發展前景并不理想。新能源主機廠對輪轂電機以觀望為主，傳統的電機企業尚未對輪轂電機進行開發和規劃，僅靠部分合資的電機企業對輪轂電機的推進，從而缺乏成熟量產車的支撐，同時輪轂電機的高成本和系統復雜度尚未處理，顯著制約著輪轂電機在新能源乘用車范疇的發展，詳見表6。

表6?不同行業主體對輪轂電機發展的觀點

將來驅動電機發展趨勢分解

通過以上分解并結合市場調研可以看出，在將來幾年的純電動乘用車市場上，永磁同步電機仍將占據主流，交流異步電機的配套將逐年萎縮。隨著輪轂電機技術的逐步成熟和成本的下探，其在純電動乘用車市場的配套量會有一定的增長；而開關磁阻電機受限于體積和噪聲問題，短時間內使用到乘用車的可能性較小。

表7?驅動電機技術路線圖

依據《節能與新能源汽車技術路線圖》分解，驅動電機的發展路線圖如表7所示。總體上看，驅動電機的主要趨勢蘊含以下幾個方面：集成化——涵蓋電力電子控制器的集成和機電耦合的集成；高效化——提高功率密度并降低成本；智能化和數字化——與控制器配合不斷提升驅動系統的性能。

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