最近一年,新能源車企刮起了一股換裝扁線電機的風潮,比亞迪推出的比亞迪e平臺3.0的扁線電機就全部由比亞迪自行研發和制造,那么為什么扁線電機為什么從之前的無人問津,到現在被許多企業所接受,甚至是搶著使用呢?
據悉,目前市場上的新能源車主要用的是永磁同步電機和異步電機這兩種。在一些雙電機的新能源車中,異步電機的作用主要適用于搭配永磁同步電機,用于實現在低速和高速工況的表現平衡,當汽車處于中低速工況時,低速高效率的永磁同步電機工作,維持電機的高效運轉,續航也就相對更好一些。當汽車處于高速工況時,永磁同步電機和異步電機同時工作,這時候電動車的加速性能也就更好一些。目前國內永磁同步電機的裝機量占比之所以高達94%是因為永磁同步電機適合城市交通頻繁啟停的工況,以及中國擁有全球80%的釹、鐵、硼等磁性材料的生產總量。
但是電動車想要真正實現大規模的普及,就必須想盡辦法降低成本,其中動力電池的成本占整車成本的40%,所以要想降低整車的成本,我們就要想辦法從其他部件身上降低成本。電機的效率與轉速和扭矩相關,市區工況中出現的頻繁啟停工況屬于低轉速高扭矩工況,永磁同步電機長久以來用的一直都是發展了上百年的傳統原線技術,而原線電機在市區這種頻繁啟停的工況中是低效率運轉的。低效運轉,也就意味著續航能力的減弱,續航減弱又會進一步導致電池成本的增加。
此外,圓線電機的槽滿率偏低,就是說線圈在放入槽內后占用槽內空間的比例是比較低的,僅有40%左右。這也就意味著電機的功率密度偏低,重量偏大,電動車的動力也就偏弱。那為了提升動力,就不得加大圓線電機,這就導致了成本的增加。所以,為了解決圓線技術存在的低效率的槽滿率缺陷,扁線技術應運而生了。所謂扁線,就是將導線有原來的圓形變成了橫截面為扁平的矩形。相比傳統的圓形線圈,線圈更加緊密,占用空間更少,從而能夠在相同體積的情況下提供更高的功率和轉矩,實現更高的功率密度。槽滿率由原先的40%提升到70%,電機轉化效率提升了1.12%。千萬不要小看這1%,這意味著在低轉速高扭矩的擁堵工況中,扁線電機的工作效率比圓線電機高出10%,可以減小電池的容量需求,進一步降低電動車的成本。
其次,槽滿率的提升也就代表著線圈中導線越多,電流的傳導效率更高,能夠減少電阻損耗,產生的磁場會更強,那么電機的功率就會更大,使得整車動力更加強勁。傳統圓線電機的功率密度也就3.5kW/kg的水平,而國家現在要求新能源乘用車電機功率密度必須滿足4kW/kg的水平。比亞迪DM-i車型上的扁線電機功率密度達到了驚人的5.8kW/kg。更重要的是,扁線技術讓電機變得更輕量化和小型化。小體積首先帶來的是電驅動系統的高度集成化,比如說比亞迪量產的全球首款八合一電動力總成。做八合一目的就是為了給電動車減重,減重意味著降低電耗,而減少體積能夠帶來乘坐空間或者電池容量的提高,這套八合一電動力總成綜合效率超過89%,這里包含了驅動電機、減速器、直流變換器、整車控制器、電機控制器、車載充電器、配電箱、電池管理器這八個模塊的綜合效率。畢竟,集成模塊越多,想要達到高能效也就更難。
總之扁線電機作為一種新型的電機結構,具有許多優點。在電車上,扁線電機能夠提供高效率、高功率密度、低噪聲、高可靠性和環保節能等優勢,隨著電動車輛市場的不斷發展,扁線電機有望在未來得到更廣泛的應用和進一步的技術提升。