大到空調、冰箱、洗衣機,小到風扇、吹風、剃須刀,生活中處處可以看到電機的身影,所以很多人對于電機的了解還停留在對家電中工業電機的認知,而我們今天要說的汽車驅動電機與這些電機有著很大的不同。在傳統燃油車時代,發動機被稱為汽車的心臟,因為它是能量轉化的核心部件,而在電動汽車時代,電機就成為車輛新的“動力心臟”,而這顆“心臟”要面臨安裝空間狹小、工作狀況惡劣,振動大、沖擊大、腐蝕嚴重等特殊工作環境,因此汽車驅動電機需要具有高密度、體積小、高功率、高扭矩、可靠性、耐久性和成本低等特點。

“三大流派”統治驅動電機

知道了驅動電機的特點,我們來看看現在市場上的情況。目前新能源汽車的驅動的電機主要可以分為開關磁阻電機、永磁同步電機、交流異步電機三大流派,而這三種流派的電機,依照結構和性能的不同,分別應用在商用車和乘用車領域。

在商用車領域,普遍使用的是開關磁阻電機。此類流派的驅動電機從命名中就可以看出其具備的兩個基本屬性,一是開關性,二是磁阻性。開關性是指電機必須工作在一種連續的開關模式,而磁阻性,指的是電機的定子和轉子具有可變磁阻磁路。開關磁阻電機有著明顯的優勢,結構簡單、調速范圍廣、性能穩定可靠、成本也更低,但也存在轉矩波動大、噪音大、系統非線性等缺點,這些問題對于乘用車而言很難接受,因此只是被商用車大規模采用。

永磁同步電機電機內部有包裹永磁體的轉子,定子產生轉矩來推動轉子繞軸心線進行旋轉,定子和轉子的磁場是同步的。這類電機由于效率高、功率密度高和體積小等優點主要應用于乘用車領域,在國內市場備受追捧,但由于永磁材料價格較貴,成本較高。主要的新能源車企有比亞迪、,吉利等。

交流異步電機為了能夠切割磁感應線而產生感應電流,轉子的轉速總是慢于定子旋轉磁場的轉速,也就表現為異步運行。這一類電機結構相對更簡單、成本較低,但有尺寸較大,重量較重等的缺點,在乘用車和商用車領域都有應用,代表車企有特斯拉、蔚來等。

“雙雄爭霸”,乘用車電機的相愛相殺

看完以上內容,我們大致了解了這三種流派的市場分布,在乘用車領域,主要采用的是永磁同步電機和交流異步電機,而乘用車與我們日常生活聯系更加緊密,所以我們有必要單獨講講這兩個流派。

比較關注新能源汽車的朋友可能會有一個認知,就是國內的大多數主機廠喜歡采用永磁同步電機,而歐美國家比較喜歡使用交流異步電機。像國內的比亞迪秦ProEV500、全新一代宋EV500、吉利帝豪EV、榮威ERX5等新能源車型都是搭載永磁同步電機。而國外的主機廠比如特斯拉,旗下的ModelS與ModelX都使用的是交流異步電機,不過也有例外,像國內的蔚來與江鈴也搭載交流異步電機,但是除了這幾個知名廠商,很少能看到使用交流異步電機的車型了。

盡管目前永磁同步電機的市場占比更大,但曾經有一段時間,交流異步電機也在市場中得到大量應用,因為其過載能力強,加速性能較好,同時結構更穩定,那為何永磁同步電機能逆勢而上?主要在于交流異步電動機能耗高、發熱大、重量沉、需要大體積冷卻系統,這些缺點直接造成了像特斯拉這種“交流異步專業戶”必須不斷做大車身增加能量密度才能保證續航。可以說在能耗重量和體積方面的劣勢,牢牢限制住交流異步電機在乘用車領域的發展。

永磁同步搶占潮頭,“大一統”初見矛頭

現在這種“雙雄爭霸”的局面已經在悄悄地發生著改變。特斯拉作為交流異步電機的代表性車企,全新產品Model3已經轉投永磁同步電機陣營,這次換裝電機釋放了一個關鍵信號——目前永磁同步電機更適合乘用車!永磁同步電機究竟有什么優勢,我們以目前國內一流主機廠比亞迪為例,一起來了解一下。

作為市場上率先涉足新能源汽車的老牌車企,比亞迪在永磁同步電機領域頗有造詣,旗下王朝系列產品搭載的驅動電機重量更輕、體積更小、效率更高,通過將轉速提升至15,000rpm,使得電機在保障功率的同時,減重了35%,對于電動汽車來說,減重就是減負,重量更輕續航才能更長。并且因為自身優勢,永磁同步電機可以做得更小,比亞迪在此基礎上將驅動電機、電機控制器、減速器三合一,使得動力總成體積相較于分體系統體積下降了30%,節省出更多空間留給車內人員,駕乘體驗更加舒適。除此之外,相比于交流異步電機,永磁同步電機在驅動效率方面也更有優勢,像比亞迪全新一代宋EV500,其搭載的永磁同步電機最高效率達到96%,使得車輛在絕大多數轉速區間均能保證高效動力輸出,這也是純電車型長續航能力的重要保障。

總結

從目前來看,三大電機流派憑借各自特性在不同領域各有所得,開關磁阻電機在商用車領域全面開花,而在乘用車領域,雖然永磁同步電機和交流異步電機各有優勢,但從市場表現上來看,永磁同步電機陣營取得的成績更加優異,像國內老牌新能源車企比亞迪,在今年陸續推出了包括元EV360、全新一代宋EV500、秦ProEV500在內的多個爆款產品,銷量屢創新高,這些產品無一不搭載永磁同步電機。

相信隨著市場的發展,在未來幾年的純電動乘用車市場上,永磁同步電機將繼續擠壓交流異步電機的市場占比,如果未來不能解決現有的技術難題,用于安放電機和更多的電池的空間依然有限,那么市場上留給交流異步電機的生存空間會將越來越小。