为什么说和感应电机相比 比亚迪的永磁同步电机

2020-02-15 作者:分析预测   |   浏览(109)

  在多方因素的共同作用下,电动汽车已经成了一个无法阻挡的交通出行大趋势。街头行驶的电动汽车种类越来越多,消费者对电动汽车的认识也由原来的新奇发展到逐步接受,中国更是连续多年蝉联全球新能源汽车产销榜冠军宝座。

  但是在真的需要选择购买一台电动汽车的时候,消费者又不禁开始迷惑:美国人生产的豪华电动汽车特斯拉为什么大都使用一种叫感应电机的东西,而国产纯电动汽车则基本全部使用永磁同步电机呢?进口的东西是不是一定好,自己的东西肯定比不上呢?

  众所周知,电机是电动汽车驱动力的来源,是其动力系统最关键的组件之一。如果说发动机是传统汽车的“心脏”,那么驱动电机就是电动车的“心脏”,它的好坏将会直接影响车辆外在表现。

  目前电动汽车驱动电机主要解决方案有两个:感应电动机(即交流异步电动机)和永磁同步电动机。开关磁阻电机主要应用于新能源商用车领域,不做讨论。对于两者的区别,可以简单概括为转子与定子是否同步,以及是否含有永磁材料(钕铁硼)。

  感应电机(交流异步电机)转子的转速总是慢于定子旋转磁场的转速,因此表现为异步运行。由于存在转差率,导体在磁场内可以做切割磁感线运动,并同时在导体内产生感应电流,“感应电机”的名称由此而来。

  感应电机特点为结构相对更简单、成本较低、功率更大,但有尺寸较大,重量较重等缺点,代表车型有特斯拉的Model S/X以及蔚来ES8。

  永磁同步电机在结构上与交流异步电机非常相似,最主要的组成部件同样是定子和转子,其中定子的结构与交流异步电机上的一致,但转子由一块永磁体构成。

  永磁同步电机转子的速度一定等于定子的同步速度,且转子是磁性很强的永磁体,磁场并不会消失,所以叫做“永磁同步电机”。

  相比感应电机,永磁同步电机具有功率密度高、能量转换效率高(约 90%-95%)、能耗较低等优势。现阶段电动汽车超过 90%均采用交流异步电机或永磁同步电机,因为同等功率下永磁同步电机体积更小,效率更高,容易得到更多车企的青睐。虽然永磁体高温下有退磁风险,但一些车企已经克服了这个问题,如比亚迪通过优化直轴电感及凸极率,提升了永磁同步电机的抗退磁能力。

  另外,永磁同步电机所需要的钕铁硼永磁材料需要使用稀土资源,对于稀土资源缺少或稀土工业不发达的国家而言,车用动力电机的技术方案是与国家安全相关的。而我国拥有全球70%的稀土资源,钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%。

  2017年我国全年车用电机装机量达到87.4万台,其中永磁同步电机占比77%,总计装机68万台。2018年仅1-8月车用电机就已装机55.1万台,永磁同步电机占比升至78.33%。在永磁同步电机的配套供应层面,比亚迪自2015年起连续4年包揽车用(含乘用车及商用车)电机装机量榜首位置,其后分别为北汽新能源、上海电驱动、精进电动等国内知名企业。而欧美车企的电动车若想用永磁同步电机的话,就不得不考虑进口稀土材料或电机总成的问题。

  相信看到这里,你就会明白为什么特斯拉Model S/X一直坚持使用感应电机的原因了吧。而且,特斯拉在全新车型Model 3上已经改用了永磁同步电机,其能效比较前两代车型明显更为出色一些。特斯拉 Model3的百公里加速为3.5秒(性能版),最高车速超过了 200km/h。国内的比亚迪全新一代唐EV600同样采用了永磁同步电机,使得一台中大型SUV的百公里加速做到了 4.4 秒,最高车速也达到了 180 km/h。

  对于国内新能源车企来说,目前唯一拥有完全自主研发设计永磁同步电机的主机厂仅有比亚迪一家。很多人都知道比亚迪以电池起家,动力电池系统做的非常出色,却鲜有人知道比亚迪的电机相关技术也毫不逊色。比亚迪电机和电机控制系统由十四事业部生产和开发,涵盖了多种类型不同功率的家族化产品,全面应用在旗下新能源乘用车、电动大巴以及新能源专用车等车型上。

  截止2018年,比亚迪乘用车驱动电机拥有最大输出功率70kw、110kw、120kw、150kw、160kw和180kw级别6款。其中,最大输出功率120kw的驱动电机,已经适配在秦Pro EV500车型上,而最大输出功率180kw的驱动电机,将会用于即将上市的唐EV 600车型上,并且除单电机版,还会推出双180kw电机的电四驱唐EV车型。

  比亚迪永磁同步电机线圈采用永磁体激磁,不采用线圈激磁的方式。这样省去了激磁线圈工作时消耗的电能,提高了电机机电转换效率,可以降低行驶电流,延长续航里程。另外,比亚迪也是国内一直坚持使用高功率电机的新能源企业,新一代电机的最高转速已经达到了15000转速区间,兼具有非常宽泛的经济转速,进一步降低能耗。

  以秦Pro EV500为例,其配备了全新的“3合1”电驱动技术。浴霸换电机适配融合比亚迪最新一代技术的永磁同步电机,其最高功率120kw、最大扭矩280N·m,电机转速高至14000rpm,在功率、扭矩等主要参数上全面升级。

  在全新技术的加持下,秦Pro EV500的0-50km/h加速时间仅需3.7秒,实测0-100km/h加速时间8.2秒,60公里/小时等速纯电续航里程500公里;具备液冷高温散热和低温预热功能的镍钴锰酸锂(三元锂)电池总成的能量密度为160.9Wh/kg、搭载电量56.4度电。

  在性能提升的同时,新一代电机技术还可以带来更佳的经济表现。这台永磁同步电机最大转速15000转/分。这就意味整车最高车速更高,在60-120公里/小时车速区间段的综合电耗更小,可以直接提升长途高速行驶的续航里程。

  借助这比亚迪“3合1”电驱动技术的整合,不仅可以提高效能和轻量化,还可以降低尺寸并有利于不同车型平台模块化通用。使得电驱动技术成本降低33%,体积降低30%,重量降低25%,扭矩密度提升17%,功率密度提升20%,NEDC效率指标增加1%。

  在三电系统上核心优势的积累,使得比亚迪在国内新能源汽车市场上的表现始终无人能及。1月7日,比亚迪汽车公布了2018年12月份的销量快报。去年12月份,比亚迪共计销售新能源汽车4.67万辆,环比增长55.11%,而公司2018年全年新能源汽车的累计销售量也达到24.78万辆。在乘用车的销售中,纯电动汽车、插电式混合动力汽车的销量分别为10.33万辆和12.39万辆,上述两大业务的销量成“旗鼓相当”之势。

  除销量外,公告还提到,比亚迪 2018 年全年新能源汽车动力电池及储能电池装机总量约为13.373GWh。同时比亚迪的新能源车产业链覆盖上中下游,同时掌握电池、电机电控、充电基础设施以及整车技术。预计2019年,在全新一代产品的助力下,比亚迪新能源乘用车的销量将继续提升,稳固其新能源汽车领导者地位。

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