新能源汽车的心脏:电机

  • 2025-12-10 15:30
  • 精华
发动机是传统燃油车的心脏,发动机的性能决定传统燃油车的档次,前驱、后驱、V4、V8、V12等是关键词。对于电动汽车,电机则是心脏。但电机与发动机的特性存在很多不同。



传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。
 
电动机驱动系统是新能源大三电(电池、电机、电控)系统之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成,结构如下图所示。



电动机一般要求具有电动、发电两项功能,按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机,如图3。功率转换器按所选电机类型,有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式,其作用是按所选电动机驱动电流要求,将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成,驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1,根据设计原理与分类方式的不同,电机的具体构造与成本构成也有所差异。电机的控制系统主要起到调节电机运行状态,使其满足整车不同运行要求的目的。针对不同类型的电机,控制系统的原理与方式有很大差别。


电机的上游原材料有永磁体、硅钢片、铜线、铝合金等;中游定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转轴和端盖等零部件生产商;下游各种电机组装生产。

根据日电产预测,未来随着专业化分工的建立,三年之后,整车厂外采驱动电机的趋势将会增强,对于第三方玩家来说,这是进入整车厂供应商的黄金机会。举个例子,大部分造车新势力们就是这么做的。




电机及系统主要技术突破点

1、在高密度驱动电机方面,我国主要电机研制企业如上海电驱动、精进电动、中车时代电动、苏州汇川、安徽巨一自动化、比亚迪、华域电动等等纷纷开发出功率密度达到3.8~4.6kW/kg的样机和产品,最高转速达13000~16000rpm,并实现了电驱动一体化集成,电机冷却方式涵盖水冷和油冷多种类型,技术指标达到国际先进水平。同时,华域汽车为上汽EDU二代电驱动总成和纯电动汽车平台配套驱动电机采用扁导线,同时与麦格纳成立合资公司为大众MEB平台配套扁导线感应电机;精进电动依托国家重点研发计划专项开发了高速乘用车扁导线电机样机;上海电驱动将扁导线技术应用于48V BSG电机总成,为上汽通用混合动力汽车配套。另外,精进电动还开发出转矩密度达到20.3Nm/kg的商用车直驱电机,北京佩特来应用扁导线技术开发了3500Nm外转子直驱电机,天津松正、菲仕电机也报到开发出了商用车扁导线直驱电机,我国商用车电机技术水平总体达到国际先进水平。
 
 
2、在高密度电机控制器方面,上海电驱动联合上海道之,采用芯片双面焊接工艺和电力电子功率组件的直焊互连工艺,研制出峰值功率125kW高密度电机控制器,30s功率密度达到17.5kW/L,10s峰值功率密度达到23.1kW/L;中车时代电气采用自主IGBT芯片、双面焊接与双面冷却技术、自主驱动芯片和电力电子集成封装技术,开发出600A/750V双面散热模块及组件产品,基于双核MCU(微处理器)芯片开发出功率密度达到20kW/L以上的电机控制器;上海大郡联合上海道之采用双面焊接模块与双面水冷结构,通过功率组件的模块化组合,开发出输入功率达到260kW,电机控制器功率密度达到23.5kW/L,双电机控制器与国外同类双控制器产品相比较,功率密度指标相当。
 
 
3、在电驱动总成方面,上海电驱动、精进电动、中车时代、汇川技术、上海大郡、巨一自动化、深圳比亚迪等均开发了集成电机、控制器和减速器的一体化总成,总成峰值功率95~150kW,总成输出转矩3200~3900Nm,总成输出转速1200~1500rpm。 

同时,我国重庆青山、株洲欧格瑞、上海汽车变速器等已开发出了最高转速12000rpm的高速减速器。其中,上汽变速器开发了最高转速达到16000rpm高速减速器,我国高速减速器(大于12000rpm)技术和产品正在快速追赶国外先进水平。
 
 
4、在轮毂电机自主开发方面,中国汽车工程研究院与上海电驱动合作,联合开发电动轮总成样机,采用拼快式定子铁心、超短端部绕线和双面水冷结构技术,转矩密度达到20.6Nm/kg,功率密度达到2.1kW/kg,相同功率和转矩指标的电机重量和尺寸均减轻30%以上。在商用车电动轮领域,深圳比亚迪、宇通客车、安凯客车先后研发并产业化轮边和轮毂电机驱动的新能源客车,在新能源客车应用方面取得了良好的效果。同时,我国在轮毂电机和电动轮方面的产业并购加快,浙江亚太机电、浙江万安科技、湖北泰特机电等多家企业与国外厂商通过合资,快速推动分布式驱动产业发展。
 
 
5、在驱动电机系统产业链方面,我国电驱动系统产业联盟持续发展,联盟产品涵盖了硅钢、磁钢、绝缘材料、高速轴承、IGBT器件、碳化硅器件、膜电容器、传感器、集成芯片等关键上游材料和器件,联盟在高密度电机控制器、全碳化硅电机控制器、高密度驱动电机、电驱动总成等方面取得进展,在核心零部件方面推动研发与验证,有望进一步提升我国零部件自主竞争力。据不完全统计,我国超过200家企业为2017年前10批新能源汽车推荐目录车型提供电机配套。



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