成本讓步者 新能源核心技術之電機篇
電池續(xù)航時間!電池續(xù)航時間!電池續(xù)航時間!目前在購買純電動汽車時,以電池容量為代表的續(xù)航能力成為第一參考指標。甚至在很多消費者眼里,續(xù)航能力是衡量一輛電動車價格和產品質量的唯一標準。但實際上,在電動車的技術評估和購買方面,電池部分只是參考的一部分,還有另外兩個核心模塊也決定了產品的最終體驗,那就是電機和電控。因此,我們也打算用兩期文章,幫助大家快速直觀地了解電機和電控決定了什么。他們和電池有什么樣的合作關系?同時,為什么現(xiàn)階段他們很難被關注?
●合作是新能源汽車三電技術的關鍵。
新能源汽車發(fā)展至今,三電技術不斷成為一家車企核心技術實力的證明。其中,電池是決定純電動汽車續(xù)航能力的基礎,其直白的技術指標更容易讓大家理解和重視。但電控和電機的技術含義相對復雜,但這兩部分也是決定車輛質量,幫助電池組發(fā)揮最大價值的關鍵。
就像發(fā)動機和變速箱的配合一樣,在電池容量基礎的背后,電控和電機能否達到最佳配合,將對車輛的性能、功耗和機械品質產生決定性的影響。簡單來說,電機參數(shù)決定了純電動汽車的功率水平和效率,而電子控制則是控制動力輸出、平衡車輛功耗的總控制臺。三電技術的每一部分都有不可忽視的價值,它們之間的協(xié)同能力是決定產品高度的關鍵。
相比電池技術的升級,目前市場對電機和電控技術的重視程度和增長速度要慢得多。技術的復雜性和成本的權衡都使得后者的發(fā)展速度無法滿足像電池這樣迫切的剛性需求。然而,技術的同質化和成本控制的趨勢已經成為電機技術市場的現(xiàn)狀。
●為什么永磁同步電機成為壟斷技術?
作為純電動汽車極其重要的組成部分,電機技術目前分為感應異步電機和永磁同步電機兩大類。在市場應用方面,后者目前占據(jù)了大部分市場份額。就連之前堅持使用感應異步電機的特斯拉,在最新的Model 3(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)中也改為使用永磁同步電機,那么我們就來簡單了解一下這兩類電機的技術優(yōu)缺點,看看這種壟斷性的技術現(xiàn)象是如何形成的。
感應電動機也叫交流異步電動機。從名字上也可以看出,這種技術下轉子和定子處于“異步”狀態(tài),轉子比定子轉動慢一點,這也是由于這種“異步”效應引起的打滑,打滑在轉子導體上產生電流。由于“異步”,很難保持穩(wěn)定的磁場旋轉和更高的電磁轉換效率,但相反,在成本控制方面,感應異步電機可以使用更容易獲得的鋁和銅,這也讓這項技術有了立足之地。
《感應異步電動機爆炸圖》
永磁同步電機從字面上也很容易理解,就是在轉子上加入永磁體來增強轉子的性能,它以同步轉速的形式與定子形成電流,在轉換效率和穩(wěn)定性上高于感應電機,從而直觀地幫助電池組提供更高的續(xù)航能力,這也是大多數(shù)車企選擇永磁電機的主要原因之一。但由于需要永磁體,最重要的是釹稀土材料在準入和采購價格上更難控制。
《永磁同步電機爆炸圖》
在電機技術層面,與最大功率輸出相比,效率轉換更受車企重視,因此為了實現(xiàn)更好的電池壽命,永磁同步電機成為目前首選的電機技術。以特斯拉Model 3為例。因為機箱更小,所以電池組更小。希望通過提高電機效率,使車輛達到更好的續(xù)航性能。所以特斯拉并沒有堅持Model 3使用Model S(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)搭載的感應異步電機,之后改為使用永磁同步電機。之后,Model 3在續(xù)航方面也不遜色于自己的其他車型,這也間接說明了永磁同步電機在續(xù)航方面的幫助。
為了更好的滿足續(xù)航,當然也是為了滿足消費者的需求。在技術選擇上,即使感應電機成本更低,車企也更愿意選擇永磁電機來提供車輛的續(xù)航里程。就像燃油卡車紛紛轉向渦輪增壓發(fā)動機以滿足低排放的要求一樣,這項技術應該向市場規(guī)則和需求低頭,即使還有另一條路可以走空。
為了控制成本和服務電池壽命,這兩個重要原因阻礙了電機技術的發(fā)展。博格華納作為目前全球永磁同步電機系統(tǒng)的提供商之一,也談到了電機發(fā)展的技術趨勢:雖然感應異步電機在目前市場上具有明顯的成本優(yōu)勢,但也存在一些明顯的缺點,如體積大、重量大、與不同車輛平臺的兼容性差,這也是很多中國新能源車企選擇永磁同步電機的另一個原因。
但在未來的應用趨勢中,隨著新能源市場的不斷擴大,成本控制仍是廠商首要考慮的問題,因此感應異步電機將在下一步受到更多關注。按照新能源市場的增長速度,對永磁材料的需求會讓價格越(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)來越高,性價比的不足會進一步顯示出感應電機的成本優(yōu)勢。根據(jù)以往的成功案例,特斯拉采用了專門設計的銅線和銅環(huán)進行焊接,彌補了感應電機高速運行時的穩(wěn)定性和高效性,也證明了未來感應電機技術的發(fā)展。
該技術雖然有明確的發(fā)展思路,但在目前全行業(yè)都在追求高續(xù)航指標的情況下,2021年新能源汽車市場幾乎被永磁同步電機承包。在技術沒有明顯差異的前提下,電機也從自身角度進行了削弱。畢竟對于消費者來說,反正都是用永磁同步電機,沒什么好深究的。
“新款江鈴E200也換成了永磁同步電機”
如前所述,電機作為三電技術的核心之一,理論上應該在市場增長的過程中做出更好的技術改進,比如更好的轉換效率和功率輸出的優(yōu)化。然而,事實上,近兩年來,電機技術領域似乎處于停滯狀態(tài)。大部分車企都是依靠統(tǒng)一供應商采購電機,但擁有自主電機技術的公司并不多,技術同質化現(xiàn)象進一步顯現(xiàn)。
目前,中國純電動汽車市場仍以微型和小型汽車為主。在10萬元左右的價格下,車企不僅要生產足夠漂亮的“續(xù)航”數(shù)據(jù),還要控制生產成本。當產品的所有賣點都傾向于續(xù)航時,電機的關鍵硬件部分自然會因為“成本限制”的問題而被忽略。純電動汽車從磷酸鐵鋰電池過渡到成本更高的三元鋰電池后,這部分成本的增加也在一定程度上削弱了汽車企業(yè)對電機技術的關注。
與2021年相比,目前在中國市場上銷售的純電動汽車在續(xù)航方面確實有了很大的提升,但在其他參數(shù)上整體水平仍然停滯不前。電機技術的發(fā)展在行業(yè)內也有明確的推廣路線。無論是感應異步還是永磁同步電機,都將繼續(xù)朝著小型化、高效率、集成化的方向發(fā)展。但是,對于剛剛從萌芽階段崛起的新能源汽車市場來說,是技術照顧需求,還是需求跟隨技術?如果總是受限于兼顧續(xù)航和入門級車型成本低的考慮,電機技術的發(fā)展速度不會太快。
總結:面對電池續(xù)航的第一需求,三電技術很難一視同仁。
技術需要與落地的產品對話。電池容量帶來的續(xù)航能力之所以對我們更有吸引力,是因為它的優(yōu)缺點可以直接體現(xiàn)在產品上,而恰恰相反,電機和電子控制不具備這樣的特性。尤其是對于純電動汽車這樣的新事物,雖然統(tǒng)稱為“三電核心技術”,但現(xiàn)階段還是很難一視同仁。有人說,電機和電控技術的發(fā)展正在經歷市場上“先吃再吃好”的過程。純電動車在續(xù)航方面如何才能讓大家“吃飽”之前,其他技術指標如何討論?
但是,正如文章開頭提到的,三大動力技術是相互協(xié)同的,技術并行是市場走向成熟的基礎。目前海外車企在三電技術方面已經比中國品牌走得更遠,產生了另一個重要的數(shù)據(jù)指標作為純電動汽車的評價,那就是功耗。電耗是如何科學計算的,能否像油耗一樣作為硬性參考指標?下一次我們將繼續(xù)談論可以控制純電動汽車功耗的電子控制技術。
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