新能源汽车电机电控系统产业分析.docx

新能源汽车电机电控系统产业分析新能源电动汽车性能还有巨大的提升空间大家往往最关注电池作为决定电动汽车性能的关键部件本文详细说说电机电控。一、电机电控的重要性新能源汽车作为传统燃油汽车的替代品其主要电气系统即为在传统汽车“三小电”(空调、转向、制动)基础上延伸产生的电动动力总成系统“三大电”——电池、电机、电控。其中电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。同时新能源汽车电机、电控系统面临的工况相对复杂：需要能够频繁起停、加减速低速/爬坡时要求高转矩高速行驶时要求低转矩具有大变速范围；混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。此外电机的能耗直接决定了固定电池容量情况下的续航里程。因此电动汽车驱动系统在负载要求、技术性能和工作环境上有特殊要求：其一驱动电机要有更高的能量密度实现轻量化、低成本适应有限的车内空间同时要具有能量回馈能力降低整车能耗；第二驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能；第三电控系统要有高控制精度、高动态响应速率并同时提供高安全性和可靠性。电机电控系统作为新能源汽车产业链的重要一环其技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。目前国内在电机、电控领域的自主化程度仍远落后于电池部分电机电控核心组件如IGBT芯片等仍不具备完全自主生产能力具备系统完整知识产权的整车企业和零部件企业仍是少数。随着国内电机电控系统产业链的逐步完善电机电控系统的国产化率逐步提高电机电控市场具有的增速有望超过新能源汽车整车市场的增速。电池、电机、电控在新能源汽车中的应用此外随着整车车体结构轻量化的推进电池、电机、电控系统在新能源汽车整车中的成本占比也逐渐上升。根据Argonne国家实验室统计数据新能源汽车动力总成(电机、电控、变速器)的成本分别占整车成本的15.67%(轿车)和13.69%(小型货车)总成占比仅次于电池和BMS系统。在新能源汽车补贴逐步退坡的政策驱动下动力总成成本、重量下降的压力将逐步向上传导至电机、电控产品厂商具备技术、规模优势的供应商将在成本下降的过程中占据优势。因此电机电控市场仍然在很大程度上影响新能源汽车市场的走向。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。新能源汽车驱动电机的分类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。(1)交流异步电机也称为感应电机(InductionMotor)在定子绕组中输入三相交流电定子绕组中的励磁电流在定子铁芯中产生旋转磁场此时转子绕组中有感应电流通过并推动转子作旋转运动。当转子带有机械负载时转子电流增加由于电磁感应作用定子绕组中的励磁电流也增加。交流异步电机控制器采用脉宽调制(PWM)方式实现高压直流到三相交流的电源变换采用变频器实现电机调速采用矢量控制或直接转矩控制实现转矩控制的快速响应满足负载变化特性的要求。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。(2)永磁电机(PermanentMagneticMotor)包括永磁同步电机(正弦波)和永磁无刷直流电机(方波)两大类其转子均由永磁材料制成定子采用三相绕组输入调制方波产生旋转磁场带动永磁转子转动。永磁同步电机的优点在于其较大的转矩和驱动效率具有高功率密度和宽调速范围且没有励磁损耗和散热问题电机结构简单体积比同功率的异步电机小15%以上；其缺点在于高速运行时控制复杂永磁体退磁问题目前难以解决电机造价较高。目前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。