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新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)行業(yè)在新技術(shù)方面的發(fā)展情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 英搏爾    2023-08-23

①永磁同步電機(jī)成為主流解決方案

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車的核心部件之一，其作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，常見的有直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)。其中，直流電機(jī)因?yàn)?strong>效率低、質(zhì)量大、體積大、可靠性差等缺點(diǎn)，已逐步被淘汰。而永磁同步電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)則是目前電動(dòng)汽車應(yīng)用廣泛的兩種電機(jī)。

感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)最主要的差別在于轉(zhuǎn)子。感應(yīng)電機(jī)通常使用鋁或銅材料制成轉(zhuǎn)子，沒有磁場(chǎng)；而永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子則采用永磁材料制成，具有強(qiáng)磁場(chǎng)。

永磁同步電機(jī)因其具有功率密度高、體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)更高、恒功率調(diào)速范圍寬、振動(dòng)噪音小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為主流技術(shù)方案。與感應(yīng)電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)在高速和高功率下的效率更高，且轉(zhuǎn)速范圍更廣，適應(yīng)性更好。

此外，由于永磁材料的磁場(chǎng)穩(wěn)定性更好，所以永磁同步電機(jī)的控制更加容易，但因永磁體在高溫環(huán)境下容易退磁的特點(diǎn)，部分高性能車型會(huì)采用永磁同步電機(jī)+感應(yīng)電機(jī)的雙電機(jī)模式，以彌補(bǔ)不同工況下單電機(jī)系統(tǒng)所帶來的性能缺失。

綜上，永磁同步電機(jī)因其具有高效率、小體積、輕重量、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，成為目前主流電動(dòng)汽車的技術(shù)解決方案。

②油冷模式在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)得到廣泛運(yùn)用

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)正朝著高轉(zhuǎn)速、高扭矩發(fā)展，考慮到集成化趨勢(shì)，電機(jī)內(nèi)部空間趨于緊湊，散熱空間變小，隨著電機(jī)性能的提高，在工作過程中產(chǎn)生的熱量增加，若沒有良好的散熱性能，可能會(huì)引起定子繞組絕緣老化破損、鐵芯損壞以及永磁體退磁等問題，導(dǎo)致電機(jī)壽命降低甚至損毀，還可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部的電阻增加，從而造成電機(jī)的效率和功率下降。

此外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高溫往往會(huì)限制電機(jī)功率密度的提升，影響電機(jī)性能的穩(wěn)定性和可靠性，因此提高電機(jī)冷卻效率是提高電機(jī)性能和功率密度的有效方法。

目前，行業(yè)較為通用的做法是水冷降溫，通過外部的冷卻液帶走電機(jī)內(nèi)部的熱量。但仍存在著短路、殼體體積增加、電機(jī)壽命縮短等問題，不符合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

油冷技術(shù)作為新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用的一種冷卻技術(shù)，在解決上述問題方面具有較大優(yōu)勢(shì)。油冷電機(jī)基于直接冷卻路徑，具有不導(dǎo)磁不導(dǎo)電的特性，能夠直接接觸繞組并帶走產(chǎn)生的熱量，而水直接與電機(jī)接觸可能造成短路，因而，只能通過流經(jīng)特定管道這一方式帶走熱量，效率較低；水冷因冷卻水道的存在，會(huì)使得電機(jī)體積有所增加，而油冷在提高冷卻效率的同時(shí)，可以大幅降低電機(jī)殼體的復(fù)雜程度以及電機(jī)的體積和重量，提高相同體積下電機(jī)的功率密度；

并且油相對(duì)于水不易含有雜質(zhì)或腐蝕物質(zhì)，而長(zhǎng)期使用水冷，不僅會(huì)腐蝕系統(tǒng)，還將在通道中產(chǎn)生水垢，縮短電機(jī)使用壽命；此外，油的沸點(diǎn)高、凝點(diǎn)低、高溫不易沸騰、低溫不易凝結(jié)，適用溫度范圍也更廣；最后，與水冷技術(shù)相比，油冷技術(shù)的應(yīng)用成本也更低，油冷系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)成本會(huì)更低廉。

綜上所述，隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)不斷擴(kuò)大和技術(shù)不斷進(jìn)步，油冷技術(shù)已經(jīng)逐漸成為電機(jī)冷卻領(lǐng)域主流技術(shù)方案之一。目前，包括特斯拉、比亞迪、寶馬、奔馳等在內(nèi)多個(gè)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠商都已經(jīng)開始采用搭載油冷技術(shù)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

③扁線繞組的運(yùn)用進(jìn)一步提升電機(jī)性能

在電機(jī)設(shè)計(jì)中，繞組是至關(guān)重要的一部分，與電機(jī)性能高度相關(guān)。隨著電機(jī)技術(shù)發(fā)展，扁線繞組作為新一代電機(jī)繞組解決方案，在新能源汽車領(lǐng)域中也越來越得到廣泛采用。

一方面，扁線繞組相較于傳統(tǒng)的圓線繞組，在效率、功率密度、散熱能力、體積重量等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。扁線繞組可以使得線路之間的排布更為緊密，裸銅槽滿率將進(jìn)一步提升，提高電機(jī)的效率；同時(shí)，扁線繞組也可以產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，提升電機(jī)功率密度；此外，扁線之間接觸面積大，相比圓線，熱導(dǎo)性能更好，溫升更低，可以更好抵抗高溫環(huán)境，提高電機(jī)可靠性和穩(wěn)定性。

另一方面，扁線繞組還可以通過節(jié)省端部銅材的方式提高銅線利用率、降低端部發(fā)熱損耗，進(jìn)一步降低電機(jī)損耗，從而實(shí)現(xiàn)降本增效目標(biāo)。在新能源汽車領(lǐng)域，扁線繞組應(yīng)用可以有效提高電機(jī)功率密度，使得電機(jī)的體積和重量更加緊湊，也更符合新能源汽車輕量化要求。

隨著新能源汽車領(lǐng)域不斷發(fā)展，扁線繞組已逐步替代了圓線繞組，成為新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要解決方案之一。

④平臺(tái)化成為新能源汽車主要開發(fā)模式

平臺(tái)化作為一種汽車研發(fā)先進(jìn)技術(shù)，具備降低成本、縮短研發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于新能源汽車零部件行業(yè)。隨著汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈不斷發(fā)展，平臺(tái)化技術(shù)也在不斷進(jìn)化和完善。

在降低成本方面，平臺(tái)化設(shè)計(jì)能夠在保證生產(chǎn)核心工序不變的情況下，通過調(diào)整產(chǎn)品外部結(jié)構(gòu)，來匹配市場(chǎng)大多數(shù)車型的裝配需求，該舉措可以減少生產(chǎn)線上的研發(fā)和生產(chǎn)成本。此外，通過核心技術(shù)多次重復(fù)利用或零部件系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，可以提高產(chǎn)品通用化率，從而形成生產(chǎn)規(guī)模效應(yīng)并降低成本。

在加速研發(fā)周期方面，通過核心技術(shù)的多次復(fù)用和零部件模塊化設(shè)計(jì)，平臺(tái)化設(shè)計(jì)可以縮短產(chǎn)品響應(yīng)周期，降低與整車廠產(chǎn)品定點(diǎn)溝通成本及溝通時(shí)間，可以讓汽車動(dòng)力系統(tǒng)零部件供應(yīng)商更好地適應(yīng)市場(chǎng)的變化，推出更符合下游整車廠需求的產(chǎn)品。

在提升生產(chǎn)效率方面，因同一平臺(tái)的多款產(chǎn)品具有相似的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，可以使生產(chǎn)線更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還可以降低生產(chǎn)過程中的錯(cuò)誤率，從而提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)的質(zhì)量。

因此，平臺(tái)化設(shè)計(jì)已經(jīng)在新能源汽車行業(yè)得到廣泛運(yùn)用。通過使用平臺(tái)化技術(shù)，新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)零部件供應(yīng)商可以降低生產(chǎn)成本、加速研發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，獲取更大的市場(chǎng)空間。