經(jīng)過多年的持續(xù)發(fā)展,我國自主開發(fā)的永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與整車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)配套,電機(jī)重量比功率達(dá)到28 ~30kW/kg,

  經(jīng)過多年的持續(xù)發(fā)展,我國自主開發(fā)的永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與整車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)配套,電機(jī)重量比功率達(dá)到28 ~30kW/kg,電機(jī)系統(tǒng)最高效率達(dá)到94%以上,系列化產(chǎn)品的功率范圍覆蓋200kW以下新能源汽車用電機(jī)動力需求。國家863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體組電機(jī)責(zé)任專家、上海電驅(qū)動有限公司總經(jīng)理貢俊說:“在關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面,我國驅(qū)動電機(jī)的功率密度、效率等電機(jī)技術(shù)水平與國際水平基本相當(dāng)。”但從更高發(fā)展水平看,國際上以通用沃藍(lán)達(dá)、本田雅閣插電式乘用車為代表的幾個國際主流主機(jī)廠采用的驅(qū)動電機(jī)的峰值功率密度(在等效300VDC)可達(dá)到38 kW/kg、連續(xù)功率密度可達(dá)24~28 kW/kg,而我國的電機(jī)峰值功率密度大多在28 kW/kg、連續(xù)功率密度在12 ~16 kW/kg。

  從電機(jī)轉(zhuǎn)速來看,國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)可以達(dá)到12000rpm,與國際14000~16000rpm仍有一定差異。貢俊表示,我國電機(jī)峰值轉(zhuǎn)速盡管與國際先進(jìn)水平有一定差距,但是現(xiàn)有水平已經(jīng)能夠滿足消費(fèi)者使用需求。另外,因?yàn)槲覈嚋p速器的轉(zhuǎn)速尚不能達(dá)到較高轉(zhuǎn)速,所以驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速沒有必要追求超高的轉(zhuǎn)速。

新能源汽車產(chǎn)能不斷提升 驅(qū)動電機(jī)成最具比較優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)

  在高性能創(chuàng)新結(jié)構(gòu)電機(jī)的開發(fā)上,例如矩形導(dǎo)體、分段導(dǎo)體、定子鐵芯嵌入和定轉(zhuǎn)子鐵芯分段等電機(jī)技術(shù),我國只有少數(shù)電機(jī)供應(yīng)商進(jìn)行樣件開發(fā)探索,而國際上已經(jīng)開始批量生產(chǎn)并進(jìn)入市場;在冷卻技術(shù)方面,例如繞組塑封、油冷技術(shù),我國相關(guān)產(chǎn)品尚處于起步階段;高端試驗(yàn)和關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備、檢驗(yàn)設(shè)備的水平相對落后,基本依賴進(jìn)口;在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化過程中,自動化生產(chǎn)設(shè)備短板明顯。相比國際電機(jī)產(chǎn)業(yè),我國驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈還不夠完善,部分關(guān)鍵材料和零部件(如耐油絕緣材料、高速軸承等)研發(fā)投入不夠,核心部件(鐵芯和永磁體等)材料利用率相對偏低,驅(qū)動電機(jī)技術(shù)和工藝水平仍需要進(jìn)一步提升。

  貢俊介紹,我國已自主開發(fā)了滿足各類電動汽車需求的電機(jī)控制器產(chǎn)品,但目前我國電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平差距明顯,尤其在電力電子集成控制器方面。單從電力電子集成控制器功率密度比較,存在50%~60%的差距;在芯片集成設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、產(chǎn)品化設(shè)計(jì)等核心能力方面差距更大,在電力電子控制器集成度方面,目前我國規(guī)?;a(chǎn)的電機(jī)驅(qū)動控制器功率密度為5~8kW/L,低于12~17 kW/L的國際先進(jìn)水平。其主要原因是國內(nèi)控制器功率密度的大功率IGBT 器件為國外標(biāo)準(zhǔn)封裝產(chǎn)品,而國外控制器采用更高功率密度的定制型大功率IGBT器件。同時,我國電機(jī)控制器、車載充電機(jī)和DC/DC 等車載電力電子變換器大多采用獨(dú)立封裝形式,集成度低、重量大,而國外多功能集成功率控制器 PCU產(chǎn)品已規(guī)?;袌鰬?yīng)用。

  在下一代功率器件發(fā)展方面,第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體材料、器件和寬禁帶功率半導(dǎo)體控制器的基礎(chǔ)理論和技術(shù)開發(fā)在我國基本處于起步狀態(tài),與跨國汽車企業(yè)全SiC電機(jī)驅(qū)動控制器的裝車試運(yùn)行狀態(tài)差距更大。SiC材料可以工作在200℃以上,開關(guān)頻率可以達(dá)到MHz級以上,特別適合于高溫環(huán)境下應(yīng)用,迫切需要高溫電力電子基礎(chǔ)理論支撐,我國在這方面研究基礎(chǔ)較為薄弱。

  高度集成將成未來主要趨勢

  “驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)將向著集成化的方向發(fā)展,降低整個系統(tǒng)的重量和體積,并可以有效地降低系統(tǒng)的制造成本?!眹?63計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體組電機(jī)責(zé)任專家、上海電驅(qū)動有限公司總經(jīng)理貢俊介紹,集成化包括兩個方面:其一是機(jī)電集成,即電機(jī)與發(fā)動機(jī)總成或電機(jī)與變速箱的集成,其技術(shù)特點(diǎn)是通過高效率高速電機(jī)與高效傳動系統(tǒng)的集成,來提升驅(qū)動系統(tǒng)效率、功率密度并降低成本;其二是電力電子集成,主要包括基于IGBT芯片、電容、高效散熱技術(shù)(如雙面冷卻)的高功率密度電力電子集成技術(shù),以實(shí)現(xiàn)車載電力電子系統(tǒng)的功率密度倍增,降低成本。同時,以數(shù)字控制為基礎(chǔ)、功能安全設(shè)計(jì)為目標(biāo)、電磁兼容為約束的高可靠性、多拓?fù)浣M合的車載電力電子集成技術(shù),向著滿足ISO26262的汽車工業(yè)產(chǎn)品安全設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。

  近年來隨著以SiC為代表的第三代寬禁帶材料技術(shù)及產(chǎn)品快速發(fā)展,國外企業(yè)(特別是日本)不斷推出全SiC電力電子集成控制器產(chǎn)品樣機(jī),全SiC控制器功率密度比Si 控制器提升兩倍以上,國外某些全SiC控制器產(chǎn)品樣機(jī)已處于裝車試運(yùn)行狀態(tài)。SiC擊穿場強(qiáng)為Si的10倍,SiC電子飽和速度為Si的兩倍以上,熱傳導(dǎo)率約為Si的3倍,相比Si更適用于生產(chǎn)大功率、高溫、高壓、抗輻照電子器件,適合電動/混合動力汽車的頻變工況場合,有望為車用電力電子裝置帶來革命性變化。

  貢俊介紹,早期我國新能源汽車市場容量只有數(shù)千套的環(huán)境下,產(chǎn)業(yè)內(nèi)的電機(jī)電控企業(yè)數(shù)目屈指可數(shù),尤其是按汽車產(chǎn)品要求進(jìn)行驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)品正向開發(fā)驗(yàn)證及生產(chǎn)的企業(yè)更少。如今,在市場快速發(fā)展和國家政策的刺激下,周邊行業(yè)的輻射覆蓋、外資企業(yè)的大舉進(jìn)入等都極大加強(qiáng)了我國驅(qū)動電機(jī)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。尤其是在資本市場的作用下,使得前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合速度加快。此外,在互聯(lián)網(wǎng)模式的影響下,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)或傳統(tǒng)企業(yè)都已逐步從單純的產(chǎn)品溢價轉(zhuǎn)向商業(yè)模式的溢價,對產(chǎn)業(yè)鏈的整體發(fā)展起到了促進(jìn)作用。未來,驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)多樣化業(yè)態(tài)、靈活合作模式、智能化制造方向發(fā)展。

[責(zé)任編輯:陳語]

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