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  • 新能源電機vs工業電機,區別在哪你真的造嗎?

           新能源電機vs工業電機
     

           整體而言,電動汽車電機和工業電機都是是電機的一種,分類及控制的理論和方法相同。而與電機的工業應用不同的是,用于電動汽車的電機通常要求頻繁起停,快速動態響應,低速恒轉矩運行且過載能力強,轉速變化范圍寬,可以四象限運行,在充分滿足汽車運行功能的同時還應滿足行駛時的舒適性,適應環境的能力等。
     


           電動汽車電機所用驅動器相比于工業用電機的驅動器來說,在尺寸、工作環境、可靠性、功率密度、冷卻方式等方面有較大差異,對電動汽車電機驅動技術的基本要求總結如下:
     

           1. 嚴格的體積要求和重量要求:因為是車載,所以這方面要求突出。普通工業電機對于體積尺寸和重量沒有這么嚴格的要求,一般以滿足工業目標為第一目的。電動汽車不同,尺寸和重量決定了汽車的動力性能和駕駛體驗,直接影響產品的質量。所以,電動汽車電機的難點就在于提高功率重量密度和功率體積密度。越小,越輕,功率越大的電機,越好。 
     

           2. 獨特的轉矩特性:啟動或低速時要求超高轉矩,將汽車速度以最快的方式泵升至期望速度。一般工業電機并沒有這么高的啟動速度要求。同時,高速時需要提供足夠的功率,使得汽車可以高速巡航。
     

           3. 寬調速范圍:最高速度可能是電機基速的4倍甚至更高。目前電動汽車最好的方案莫過于省去多檔變速箱,只使用固定檔的齒輪組。如此,則要求電機的調速范圍越寬越好。以特斯拉的Model S 基本款為例,電機最高RPM能達到18000轉/分鐘,相當可怕。這對于電力電子調速器來說是一個非常大的考驗。 
     

           4. 全范圍效率要求:電動汽車不像電力機車由受電弓供電,電動汽車由電池供電,巡航范圍完全取決于電機效率。電機效率每提高1%,巡航里程就可相應增加1%。所以對于電機的效率要求很高。能高一點,就是勝利,每一點能量都要優化。
     

           5.車輛運行環境中的高可靠性和穩定性:任何情況下都應確保具有高度的安全性,尤其是失效模式下可控。
     

           6.低噪聲:包括電磁噪聲和音頻噪聲,滿足車輛電磁兼容性和駕駛舒適性需要。
     

           7.合理的成本:對電動汽車的普及來說成本始終是一大障礙。
     

           評價一個電機驅動系統的指標主要有外特性(最大輸出轉矩與轉速關系)、恒功率調速范圍、驅動系統效率分布圖(非某一點效率,也不是單獨的電機本體或控制器的效率)、驅動系統功率密度與轉矩密度等。
     

           下面的圖片清楚的指出了汽車電機和工業電機的相關區別:
     


           各類新能源電機優劣對比
     

           驅動電機作為新能源汽車三大主要零件之一,如果說電池系統是電動汽車的血液,電控系統是電動汽車的大腦,那么電機系統是電動汽車的心臟。在新能源汽車中使用電動機取代發動機并在電機控制器的控制下,將電能轉換為機械能來驅動汽車行駛,是純電動汽車的唯一驅動裝置。
     


           各有所需 適者生存

     

           現階段電機的分類,主要有直流、交流感應、永磁同步和開關磁阻四種,目前,永磁同步由于其較優的性能,是主流的電機類型。交流異步電機的價格適中,但性能稍差,在美國及中國有部分廠商使用。而開關磁阻電機的主要優勢在于其較低的價格,但同時也存在著雜音和震動的技術問題,如果這些問題能夠解決的話,開關磁阻電機將具備很大的市場。現階段適合新能源汽車的驅動電機主要有永磁同步、交流異步和開關磁阻三大類。因其不同特點, 各有應用場合。
     

           永磁同步電機體積小、質量輕,功率密度大,可靠性高,調速精度高,響應速度快;但最大功率較低,且成本較高。由于永磁同步電機具有最高的功率密度,其工作效率最高可達 97%,能夠為車輛輸出最大的動力及加速度,因此主要用在對能量體積比要求最高的新能源乘用車上。
     

           交流異步電機價格低、運行可靠;但其功率密度低、控制復雜、調速范圍小是固有限制。 價格優勢使得其在新能源客車中使用的較廣泛。
     

           開關磁阻電機價格低、電路簡單可靠、調速范圍寬;但震動、噪聲大,控制系統復雜,且對直流電源會產生很大的脈沖電流,用于大型客車。
     


           驅動電機性能指標對比
     

           新能源汽車驅動電機向著:小型輕量化;高效性;更出色的轉矩特性;使用壽命長,可靠性高;噪聲低;價格低廉的目標發展。 
     

           永磁同步電機成主流趨勢
     

           目前,永磁同步電機在我國新能源汽車中的使用占比超過 90%,交流異步電機主要是以特斯拉為首的美國車企和部分歐洲企業使用。一方面,這與特斯拉最初的技術路徑選擇有關,交流感應電機價格低廉,而偏大的體積對美式車并無掛礙;另一方面,美國高速路網發達,交流電機的高速區間效率性能上佳。
     

           包括中國、日本在內的其他國家新能源汽車電機最廣泛使用的仍是永磁同步電機。適合本國路況是主要因素,永磁同步電機在反復啟停、加減速時仍能保持較高效率,對高速路網受限的工況是最佳選擇。
     

           此外,我國稀土儲量豐富,日本稀土永磁產業有配套基礎也是重要因素。日本的豐田、本田、日產等汽車公司基本上都采用永磁同步電機驅動系統,如豐田公司的Prius,本田公司的CIVIC。因為在日本,供應永磁電機使用的稀土磁鐵的公司比較多,同時汽車大多以中低速行駛,因此采用加減速時效率較高的永磁同步電動機較為適宜。
     

           日本在發展混合動力汽車方面居世界領先地位,其中以豐田普銳斯最為著名。
     

           綜合來看,新能源汽車電機技術要求較高,永磁同步電機最具優勢。驅動電機是新能源汽車的三大核心部件之一,相比傳統工業電機,新能源汽車驅動電機有更高的技術要求。從綜合性能來看,永磁同步電機最具優勢,更能代表新能源汽車驅動電機的發展方向。
     

           由于中國稀土儲量極大豐富,而且電機工藝已經接近世界先進水平,因此預計永磁電機將在較長時間內占據中國新能源汽車的電機市場。 
     

           電機發展技術趨勢
     

           總的來說,永磁同步電機對比感應電機,它們各自都具有明顯的優勢。不過,目前純電動車的續航里程勢必是一項及其重要的指標,永磁同步電機的高效率能更好地提高續航里程。而且高耐熱性、高磁性能釹鐵硼永磁體的成功開發以及電力電子元件的進一步發展和改進,使稀土永磁同步電機的發展進一步完善。但就現在的發展趨勢看,永磁同步電機似乎前景更好。 
     

           隨著新能源汽車驅動技術的快速發展,許多新結構或新概念電機已經投入研究。其中新型永磁無刷電機是目前最有前景的電機之一,包括混合勵磁型、輪轂型、雙定子型、記憶型以及磁性齒輪復合型等。此外非晶電機也開始走進新能源汽車領域,作為新一代高性能電機,其自身的優越性必將對新能源汽車產業的發展起到巨大的推動作用。

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