想符合潮流!永磁同步电机PK感应电机,谁是未来

日期:2019-11-08编辑作者:北京赛车官方正版投注

再一次受到汽车小小值邓老编的邀请,这次来给大家科普一些关于驱动电机的知识。之前一期讲的是电动车的使用,一期讲的是电池,那么这一期再来讲一讲电动车上的驱动电机。俗话说,发动机是汽车的心脏,它将燃料的化学能转化成让车子行进的动力;而对于电动车来说,把电能转换成动能的是驱动电机,这是电动车行驶的动力来源。其实,不仅仅只有纯电动车才用电机,油电混动,以及氢燃料电池车都需要电机来驱动。本文就简单为大家科普一下电机的优势和不同种类电机的异同。

国内新能源车型主要使用永磁同步电机,上述提到我国制造永磁同步电机的成本较低,其中的主要一个原因是我国作为稀土永磁材料大国,制造永磁同步电机的成本得到有效的控制。这两种电机代表着两种不同的发展方向,在更注重能耗的与空间的情况下,永磁同步电机更符合现在的潮流,至于在购买电动车时,不用刻意去纠结车辆搭载了哪种电机,厂家已经做好了最优的选择,以满足消费者的需求。

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。

电机驱动好处多,容我一一跟你说相对于内燃机来说,把驱动电机作为汽车的动力来源是有诸多好处的。首先,驱动电机的转速范围很宽,可以从0到10000多转,这样既不需要离合器也不需要变速箱,而且电机本身也比较小,动力系统可以做得简单又紧凑。从总布置的角度来说,没有必要像燃油车似的做个“大鼻子”发动机舱来容纳发动机和变速箱,无论是造型还是车内空间都有更大的发挥余地。 更爽的是,电机几乎可以从起步开始就输出最大的扭矩,而且在整个中低转速区间始终都有很大的扭矩输出。在起步加速时,电动车的动力优势非常明显,这也是为什么特斯拉、蔚来、比亚迪等电动车可以在百公里加速这个项目上花式吊打同价位的燃油车。同样,这也是为什么很多鸡贼的“买菜级”电动车喜欢标0-50km/h的加速时间,就是因为电机的动力优势在中低速。对于日常城市驾驶来说,这种中低速下的动力表现其实是更为重要的,而且电机的动力响应通常会更快一些,很多电动车用户表示开了电动车之后就很难再开回油车了,相信动力体验的优势是其中一个重要原因。其次,驱动电机在效率方面也拥有绝对的优势。我们知道,现在汽油机效率的巅峰不过是40%左右,这还是一个高载荷的理想工况,换句话说就是只有在急加速、长上坡、或者拉满货的情况下才可能跑得出来。而在实际驾驶中,特别是城市道路工况中,汽油机的油箱到车轮效率通常连20%都到不了,有强混加持的很省油的车可能做到20% 的水平。而对于电动车来说,驱动电机的效率几乎在任何情况下都能做到80%以上,高效率的工况可以有90%多。即便考虑到电能在电池充放电过程中的一些损耗,其油箱到车轮效率也可以轻松超过60%,即汽油车的3倍以上。 此外,电机还可以对输出扭矩进行更加精细的控制。特别是对于牵引力控制和弹射起步控制,电机的响应速度要比传统的内燃机快得多,可以更好地榨取轮胎的抓地力。打破世界纪录的苏黎世联邦理工大学的大学生方程式电动赛车,百公里加速仅需1.513秒,这是油车所难以企及的成绩。 打破加速纪录的苏黎世联邦理工大学的电动赛车驱动电机拆开看,感应永磁哪家强把电池塞进玩具四驱车里,打开开关,车子就能跑了,对于童年玩过四驱车的剁友们来说,这个过程并不难理解。动手能力比较强的可能还拆开过四驱车的马达,能看到里面的定子和转子。四驱车里的马达,尽管和这里说的驱动电机原理不太一样,不过本质上都是把电能转化为机械能的设备。 驱动电机的结构主要分为定子、转子和机械结构三大块。其基本原理是利用通电线圈产生旋转的磁场,并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。其中,定子是电机里静止不动的部分,由定子铁芯、定子绕组和机座组成,定子绕组通入三相电之后就会产生旋转的磁场。而转子就是电机中旋转的部件,主要由转子铁芯,永磁体和转子绕组组成。 说到这里,根据转子的不同驱动电机就分成了永磁同步电机和感应异步电机两种。刚开始接触这两个名词的时候可能很难记住谁是谁,其实这个名字还是挺直观的,永磁同步电机,永远有磁,那么说明转子里有一块“大磁铁”,也就是所谓的永磁体。这个“大磁铁”不是我们中学时学的四氧化三铁,那个磁能积太弱了,实际电机里用的永磁体材料是钕铁硼。我知道很多人不知道这字咋念,教大家个诀窍,一般不认识的元素念右半边就对了,所以这就念“女失朋”,哦不对,应该念“女铁朋”。 红圈圈出的是稀土元素这个钕Nd元素是稀土元素,稀土元素的产能绝大多数都在中国,稳定的稀土供应算是我国电机生产的一个优势。由于永磁体材料含有稀土元素,永磁同步电机的制造成本是比较高的,其中永磁体材料要占到整个电机成本的接近一半比例。尽管成本高一些,不过永磁同步电机更小巧紧凑,效率更高,目前占据了市场的主流。特斯拉的感应电机从上图中可以看到,特斯拉的感应电机尺寸很大,几乎是填满了两个车轮间的空间。当然,特斯拉作为电动汽车的先行者,其集成度做得很高,布置得也很巧妙,所以空间利用率做得是比较好的。从蔚来所展示的电机对比中不难看出,蔚来下一代的永磁同步电机在功率接近的情况下,尺寸相较感应电机缩小了很多,小巧的尺寸意味着更轻的重量和更低的布置难度。 蔚来驱动电机展示有意思的是,比较贵的电动车,特斯拉和蔚来的高端车型用的反而是成本比较低还笨重的感应异步电机,而它们入门款车型以及其他广大平民品牌的电动车则大多用的是永磁同步电机,这又是为什么呢?永磁同步电机千好万好,但有一个致命缺点,就是会有高温退磁问题。特斯拉和蔚来早期的车型都把强大的动力性能作为一个优势项目,电机的功率都做得特别大,蔚来ES8是652马力,特斯拉的P100D车型甚至有772马力的狂暴动力!国内外的媒体没少拿这些高性能电动车去和燃油的性能车去PK加速,甚至说会跑去刷赛道圈速,这其实对车子是很大的考验,在大几百马力的全功率输出下,电机的发热量是很可观的。而钕铁硼在温度100多度的情况下就会开始出现退磁现象,如果永磁体长时间处于高温状态,那么会造成永久的不可逆的退磁。不过话说回来,近年来特斯拉和蔚来也开始逐步改用永磁同步电机,性能同样非常强,也没少刷圈,这说明退磁问题应该是得到了一定程度的解决。特斯拉Model3的四驱版,蔚来ES6的中高配版本,不约而同地采用了永磁同步电机和感应异步电机“混搭”的组合,以便同时满足高性能和高效率的需求。永磁同步电机占据市场主流的最主要的原因我认为还是效率更高。现阶段由于电池的能量密度还不够高,续航里程仍是电动车用户的痛点,所以消费者们都希望电动车能跑得更远。永磁同步电机的效率相对感应电机更高,特别是频繁加减速的瞬态工况,效率差距会更明显。以蔚来为例,前后都是感应异步电机的ES8工信部续航只有355公里,上市后被诟病得很惨。而之后将前电机替换为永磁同步电机的ES6,在加速性能几乎没有下降的前提下,同样电池续航增加了20%,达到了430公里。当然,ES6更小的尺寸和更轻的重量同样为更远的续航做出了贡献。在乘用车领域,永磁同步电机已完全成为了市场主流。相比较而言,永磁同步电机的功率密度更大,尺寸小重量轻,效率高振动小,缺点在于成本较高,以及高温时的永磁体退磁问题。感应异步电机的优势在于成本低、工艺简单,同时还能承受大幅度的温度变化,而缺点是体积重量大,效率低,除特斯拉、蔚来等少数乘用车用之外,主要用于对空间要求较低的电动客车、物流车以及载货车等车型中。每周四晚上,汽车小小值联合站内达人,为大家带来中立、客观、有干货的深度汽车攻略文章。

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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?

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搭载永磁同步电机的车型,像是北汽新能源 EX系列、EU系列、比亚迪系列电动车,还少不了诸多的造车新势力们的电动车型,当然还少不了后来转用永磁同步电机的特斯拉Mode 3。由于结构简单,在国内的生产成本相对较低,市场上主流的中小型电动车多会采用永磁同步电机。

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 Model 3的百公里加速为3.5秒,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。

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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电池总成的能量密度为160.9Wh/kg、搭载电量56.4度电。

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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。

交流异步电机,它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后,产生旋转磁场并切割转子,获得转矩。与永磁同步电机最大的区别在于转子速度与定子旋转磁场是否一致,同时转子与定子皆有电流励磁。

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。

该款电机具有结构简单,体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点。缺点:剧烈的机械振动、高温或低温时可能产生不可逆的退磁现象。另一点,永磁体的主要材质为稀土金属,稀土永磁目前的价格还比较贵,导致永磁电机的成本相对较高。

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。

特斯拉Model 3 Performance版本(前异步交流电机与后永磁同步电机)。不仅有着较长的续航里程,同时又有着不错的加速性能。

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。

这给小型电动车可以提供更多的乘坐空间,带来更舒适的乘坐体验,如比亚迪e1,搭载一台45kW的永磁同步电机和一块32.2kWh的电池,可以为该车提供305km的续航里程。

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。

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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。

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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”。

为了兼顾二者的特性,便有了同时搭载这两种电机的车型为别为蔚来ES6(前160kW永磁同步电机与后240kW交流异步电机)

感应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。

上面简单讲了两种电机的差异和优缺点,不知好奇的你有没有被无聊的基础知识搞晕呢?下面结合具体车型来看看这两种电机为何会产生派别之争?

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%。

通过这一点就可以看出异步交流电机输出扭矩调整范围大、高速区间效率好的优点;但是,能耗较大、功率因数滞后、高效区窄、轻载功率因数低,调速性能稍差。

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。

因此交流异步电机的优点在于结构简单、可靠性较高、较好的保持高速性能。缺点:转矩密度、功率密度以及效率偏低、需要复杂的冷却系统同时,体积重量方面没有优势。

以秦Pro EV500为例,其配备了全新的“3合1”电驱动技术。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。

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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%。

专业的讲述是永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,永磁体作为转子产生旋转磁场。通俗一点来讲永磁同步电机的转子含有永久磁体,转子的磁场由永磁体产生。

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

目前电动汽车驱动电机主要解决方案有两个:感应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。

想符合潮流!永磁同步电机PK感应电机,谁是未来的主流选择?【北京赛车官方正版投注】。交流异步电机

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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。

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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、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。

还有长城欧拉R1,搭载一台35kW的永磁同步电机和一块33kWh的电池组,可以为高车提供351km的续航里程。正是得益于永磁同步电机的高效与小体积,这种微型电动车在空间有限的情况下,搭载的电池依然可以行使300km以上。像是这个级别的电动车如果搭载交流异步电机,续航里程将不会是一件理想的事情。

想符合潮流!永磁同步电机PK感应电机,谁是未来的主流选择?【北京赛车官方正版投注】。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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燃油车时代,我们经常听到自吸与涡轮另种发动机的派别之争,有人喜欢大排量自吸加速的舒畅有人喜欢涡轮发动机在涡轮介入之后的那种爆发感。

从目前发展趋势来看,永磁同步电机已经成为主流,搭载该款电动机的车型,永磁同步电机对比其他电机在相同体积下有着更轻的重量,在用级别车辆中可搭载更大容量的电池,以保证续航里程。

想符合潮流!永磁同步电机PK感应电机,谁是未来的主流选择?【北京赛车官方正版投注】。想一想,豪车一般有着较强的动力,电动豪车更是如此,交流异步电机可以为车辆提供更强劲的动力,特斯拉Model S 百公里加速时间最快可达2.6秒,蔚来ES8百公里加速时间可达4.4s。有着如此之高的性能,自然能耗也是一个不能忽视的问题。特斯拉Model S得益于大电池(100kWh电池组)才有了500 km的续航里程,而蔚来ES8搭载的70kWh电池组却只能为它提供355km的续航。

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介绍完永磁同步电机,下面我们再来看看搭载交流异步电机的有哪些车型,具有代表性的便是特斯拉Model S与Model X,当然还有蔚来ES8,上述车型售价高昂,已经进入豪车的范畴。

谁才是王道?

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然而,在电动车时代,即使开起来“索然无味”的电动车也依然有着派别之分,这是因为电动机也有着各种各样的形式,经过市场的考验,目前主流电动车主要搭载两种电机,分别为永磁同步电机与交流异步电机,虽然二者日常驾驶没有太大区别,但是却在电动车界形成了这两种电动机派别之争。那么这两款电机具体有什么区别呢?

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关键词: 永磁 电动车 电机 特斯拉

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