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图1 纯电动轿车成本拆分
图2 纯电动小型货车成本拆分
(二)永磁同步、交流异步电机成为驱动电机主流技术
电动机在工业中的应用非常广泛,功率覆盖范围宽,种类也很多。但由于新能源汽车在功率、转矩、体积、质量、散热等方面对驱动电机有更高的要求,因此,相比工业电机,新能源汽车驱动电机必须具备更优良的性能,如:小体积以适应车辆有限的内部空间,工作温度范围宽(-40~1050C),适应不稳定的工作环境,高可靠性以保证车辆和乘员的安全,高功率密度以提供良好的加速性能(1.0-1.5kW/kg)等,因此驱动电机的种类相对较少,功率覆盖也相对较窄,产品相对集中。
目前,应用于新能源汽车的驱动电机主要包括直流电机、交流电机和开关磁阻电机三类,其中在目前乘用车、商用车领域应用较为广泛的电机包括直流(无刷)电机、交流感应(异步)电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等。其他特殊类型的驱动电机包括轮毂/轮边电机、混合励磁电机、多相电机、双机械端口能量变换器(Dmp-EVT),目前市场化应用较少,是否能够大规模推广需要更长时间的车型验证。
交流异步电机的优点在于结构简单,定子转子无直接接触,运行可靠性强,转速高,维护成本低。不足之处在于能耗高,转子发热快,高速工况下需要额外冷却系统;功率因数低,需要大容量的变频器,造价较高,调速性较差。目前,交流异步电机主要用于空间要求较低、且速度性能要求不高的电动客车、物流车、商用车等车型中。
永磁同步电机主要应用于体积小,且速度、操控性能要求较高的电动乘用车领域,部分中小型客车亦开始尝试使用永磁电机作为驱动源。永磁无刷直流电机则一般在小功率电动汽车、低速电动车领域应用较为广泛。
开关磁阻电机结构和控制简单、出力大,可靠性高,成本低,起动制动性能好,运行效率高,但电机噪声高,但转矩脉动严重,非线性严重,在电动汽车驱动中有利有弊,目前电动汽车应用较少。直流电机多用于早期的电动汽车驱动系统,目前新研制的车型已经基本不再采用。
图3不同类型电机的性能对比
我国稀土资源丰富,因此电动乘用车多采用功率性能高、体积较小的永磁同步电机。根据中国汽车工业协会统计数据,2016 年上半年,我国纯电动汽车产销量分别达到13.4万辆、 12.6万辆,同比分别增长160.8%、161.6%。上半年生产纯电动乘用车约 70000 辆,其中永磁同步电机的装机占比约为 65.7%,比15年同期增长21.25个百分点,比15年全年增长了19.99个百分点。同期,国产新能源乘用车用交流异步电机的市场分额在逐渐减小,从2015年上半年的35.1%下滑至2016年上半年年的32.9%;而混合励磁同步电机的占比则从0.03%上升至1.10%,尽管绝对占比仍相对较小,但装机率有望保持小幅稳定的增长态势,未来有可能在纯电动乘用车领域率先获得突破性进展。
图4 2015-2016年国产纯电动乘用车电机装机量变动情况
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