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中国稀土用对了!攻克新能源动力心脏,中国电机让特斯拉直呼真香
发布:2021-12-1


很多人都知道,中国在新能源汽车领域有着巨大的发展优势。因为我们不仅有着全球第一的新能源汽车市场,还有着全球顶尖的动力电池企业。宁德时代、比亚迪其规模和技术水平,都丝毫不逊色于外国企业,甚至还犹有过之!这也成为中国汽车产业,一扫羸弱、强势崛起的底气。


但是,其实中国在新能源汽车领域,领先的远不止电池一项。像电动车的动力心脏“驱动电机”,中国也已经开始反攻国外市场。就连曾经高高在上的特斯拉,现如今都开始换上“中国心”,甚至换完后还要喊上一句“真香”。那么问题来了:


电动车的驱动电机到底有何技术难度?

中国在此领域又是如何从籍籍无名走到世界领先的?

而电机产业的崛起又能为中国带来多大的价值呢?


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驱动电机 被忽视的“动力心脏”


众所周知,在传统燃油车产业中,一直流传着“三大件”的说法,即发动机、变速箱、底盘。这三个部分,是判定汽车技术水平的最直观标准,也是汽车研发过程的核心技术!不过到了电动车时代,伴随着驱动系统的完全整改,所谓的汽车三大件说法自然也被抛弃。而是改为了以电池、电控以及驱动电机组成的电动车“三电”系统。根据计算,三电系统直接占据了一辆新能源汽车制造成本的60%-70%。


其中电池作为新能源汽车的动力源,取代了传统燃油车中的油箱,来为汽车提供持续稳定的能量。其成本占比最高,大约在百分之三四十左右。而电控系统负责扮演“大脑和神经”的角色,用来传达调节汽车的启动、暂停、加减速度等各项指令。其成本占比相对最低也最稳定,也就在百分之十上下浮动。


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至于驱动电机,则更像传统燃油车中,发动机与变速箱的整合体。不仅能将电能转换成机械能,推动汽车的运行;还要负责调整自身的转速,来控制汽车的行进速度。是当之无愧的汽车“动力心脏”。但有意思的是,虽然驱动电机直接承担了传统燃油车中两个大件的职能,但是其价值却并不算太高。也就在10%-20%左右。那这是不是就代表,驱动电机在新能源汽车中没那么重要?或者说,驱动电机的研发难度更低呢?


刚刚我们说到,驱动电机在作用上,是直接代替了传统燃油车中的发动机、变速箱两大件。这就需要,汽车电机需要同时兼顾极大的起动转矩和极宽的调速范围两大特点,才能满足汽车的起动和加速性能。这样描述可能有点难理解。


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简单来说:在起步阶段,电机就需要保持一个“低转速高扭矩”的运行状态,才能保证汽车能够平稳起步。而到了需要加速时,则需要电力在低扭矩状态下,短时间内达到一个较高转速。同时,在正常运行的情况下,电机还要保证高效率、低损耗的全工况运行,用来提高电池的续航问题!


除此以外,新能源汽车的长时间运行,势必会导致电机过热。因此必须在内部搭载极为优良的散热冷却系统,保证带电机性能的稳定以及安全。另外,由于新能源汽车的空间承载限制,电机的体积和重量还不能过大,这就需要极高的功率密度。总结下来,小质量、小重量、高性能、高效率、低损耗、高可靠性。这样的工艺难度,其实并不比内燃机差多少。


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正因如此,在各大新能源车企的起步阶段,电机研制就成了重中之重。而像特斯拉这样并没有任何造车基础的企业,在研发阶段只能在全球到处找供应商,合作研发能够用于汽车的轻量化电机。当时特斯拉的联合创始人斯特劳贝尔,跑遍了欧美日韩的供应商最后都被拒绝。幸亏机缘巧合之下最后在中国台湾的电机供应商名单里找到了富田,这才开启了双方在汽车驱动电机领域的合作研发之路!而在此后的几年里,双方合作成果不断,其电机技术水平也一路冲到了世界前列!


按理说这种先发优势,足以让特斯拉和富田在此领域建立下足够高的技术壁垒,然后一直领先下去。但伴随着国产新能源市场的扩大以及国产电机技术的崛起,台湾引以为傲的电机技术却逐渐落后,甚至现在就连特斯拉都已经投进了国产电机的怀抱!


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中国稀土 汽车电机杀手锏


2021年7月,特斯拉的Model Y和Model 3先后宣布换装国产驱动电机。而在换装之后,不仅两种车型都下调了价格;其功率和扭矩在原车基础上也都有了不同程度的提升,甚至Model Y的四驱长续航版本,其后电机的功率提升幅度高达22%。这种极高的性价比,也进一步坚定了使用国产电机的决心。而这足以体现出中国汽车驱动电机的技术优势。那中国电机又是如何做到这一点的呢?


其实总结下来,中国电机逆袭的原因有很多。比如我们一直在说的,中国坐拥世界最大的新能源汽车市场,以及中国完善的工业体系等。但是归根结底,中国电机技术之所以能够成功,主要归结为两个方面,那就是电机技术路线的选择,以及电机技术水平的创新。


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先说路线选择,目前在电动车上使用的驱动电机主要有两种,即永磁同步电机和感应交流异步电机。其中永磁电机技术更为成熟,且结构较为简单,具有制造、使用、维护方便的优点。最重要的是,永磁电机本身就由磁体打造,能量转换效率显然更高,体积也可以做得更小。


而轻量化对于电动汽车的节能、续航等标准,具有重大的意义。正因如此,现如今市场上的热门车型,像比亚迪汉、理想one、小鹏P7、蔚来ES6等,采用的都是永磁同步电机。而且业内普遍认为,永磁同步电机是未来新能源汽车的主流选择。


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比亚迪永磁同步电机


但有意思的是,像特斯拉等外国新能源车企,在最初研发阶段都没有把重点放在永磁同步电机上。却选择了另一条新能源汽车电机方案,即感应交流异步电机也称为感应电机。这种电机在体积、结构、能量转化效率方面都略低于永磁同步电机,且感应电机的技术瓶颈更多。


总之,感应电机的技术路线,其实并不适合电动汽车轻量化、高速化的发展方向。那既然如此,为何特斯拉等外国企业,还是义无反顾地选择了感应电机路线呢?难道他们看不到永磁同步电机的潜力吗?当然不是。


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事实上,在永磁同步电机技术领域,外国企业的研究并不比中国差多少。但是如果想要批量应用到汽车制造中去,那么外国企业就要面对一个极为致命的问题,即生产链安全!要知道,永磁同步电机,之所以能用永磁命名,是因为它的主要制造材料就是永磁材料。而永磁材料的主要成分则是钕铁硼。甚至在整个永磁电机中,仅钕铁硼的成本就能占到30%-40%,其重要性不言而喻。


在此大东简单解释下钕铁硼是什么?这是一种特殊的金属材料。不仅易于加工,且磁性极强,极难消磁。是迄今为止性能最优良的永磁材料。但钕铁硼的制取极为不易,需要将钕、硼、镝、铽等稀土元素加入铁中高温熔炼才能获得。也就是说,钕铁硼本质其实是一种稀土产品。而中国作为稀土大国,自然在此领域掌握着绝对的话语权。


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中国作为稀土大国


事实上,现如今中国已经垄断了全球60%以上的稀土产能,以及85%以上的钕铁硼材料产能。也就是说,全球无论谁想生产制造永磁电机,都必须在中国购买原材料。而在这种局势之下,特斯拉等外国企业最初为了降低成本以及保证生产链安全,只能忍痛抛弃永磁电机技术,拥抱感应电机。


但伴随着时间的发展,中国凭借着在稀土领域的巨大优势以及国产企业的不懈努力。已经将永磁电机技术推向了一个极高的高度。而面对这种情况,为了避免被市场所抛弃,只能忍痛更改路线,投入到永磁同步电机的怀抱,安上了一颗中国心。


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而且更重要的是,在近几年的时间里,中国不仅仅是在永磁材料方面建立了优势。像独树一帜的扁线电机技术,不仅提升了电机的功率密度,还缩小了体积,进一步推进了电机轻量化发展。除此之外,像中国完善的驱动电机零部件供应、世界顶尖的电机集成技术,都让中国在全球驱动电机市场中获得了举足轻重的地位!


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国产汽车电机 反攻欧美新能源市场


根据2020年全球新能源汽车驱动电机装机量排名来看,中国企业已经开始占据领头位置。像比亚迪、方正电机、上海电驱动、蔚然动力、双林、精进动力等中企,已经能与特斯拉、大众汽车、日本电产、美国的博格华纳等多国联军平分秋色。甚至在全球十强中,一举夺得了6大席位。而除了以上这些传统电机供应商以外,中国近两年层出不穷的造车新势力也开始在电机领域崭露头角。


例如华为推出的三合一电机,现在已经列装到了赛力斯上,还跑出了百公里加速4.68秒的极限成绩。美的旗下的威灵汽车,也开始进军车用ESP电机产业。就连电力巨头宁德时代,都成立了电控系统合资公司,准备再在汽车电机领域中大干一场。


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华为推出三合一电机


不夸张地说,现如今中国的驱动电机产业,正在以一种百花齐放的姿态迅速发展。只要给予时间,相信用不了多久,中国电机就会建立起属于自己的技术护城河。到时候,也许我们就有底气卡别人的脖子了!


遥想几十年前我们因为技术起步太晚,导致在传统燃油车领域举步维艰,甚至一度被外国企业嘲讽。但幸运的是,伴随着新能源大潮的兴起,在电动汽车领域中国企业终于能和外企再次站在同一起跑线。而这次我们绝不会输,并且还要以无可匹敌的姿态一往无前。在此,祝愿中国汽车一扫羸弱,傲视全球!


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国产概念车ocean-X



文章来源:微信公众号“电机技术及应用

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