儀表儀器現代化及智能發展趨勢
為什么高集成、高功率、低能耗的永磁同步電機才是正確選擇
作者:利愛電氣
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發布時間: 2020-07-16
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相比感應電機，永磁同步電機功率密度高、能量轉換效率高（約 90%-95%）、能耗較低。現階段超過90%的電動汽車均采用永磁同步電機，因為同等功率下永磁同步電機體積更小，效率更高。
相比感應電機，永磁同步電機功率密度高、能量轉換效率高（約 90%-95%）、能耗較低。現階段超過90%的電動汽車均采用永磁同步電機，因為同等功率下永磁同步電機體積更小，效率更高。
在多方因素共同作用下，電動化成為無法阻擋的未來交通出行大趨勢。當街頭行駛的電動汽車種類越來越多，消費者對電動汽車的認識也由原來的好奇發展到逐步接受，中國更是連續五年成為全球最大新能源汽車市場。
EV君注意到一個非常有意思的現象，與傳統燃油車主截然不同，電動汽車車主普遍愛鉆研，對于技術話題也更加感興趣。日常與電動汽車車主交流，發現很多人對于“三電”技術非常了解，尤其是電池，簡直是如數家珍。但電機則沒有這么好的待遇。今天這篇文章我們就聊聊電機。
很多車主都有一個疑問：特斯拉為什么使用感應電機，而國產純電動汽車則基本全部使用永磁同步電機呢？進口的東西是不是一定就比國產的好呢？
眾所周知，電機是電動汽車驅動力的來源，是其動力系統最關鍵的組件之一。如果說發動機是傳統汽車的“心臟”，那么驅動電機就是電動車的“心臟”，它的性能優劣直接影響車輛的動力和駕駛感受。
目前電動汽車驅動電機主要解決方案有兩個：感應電動機（即交流異步電動機）和永磁同步電動機，開關磁阻電機主要應用于新能源商用車領域，本文不做討論。對于兩者的區別，可以簡單概括為轉子與定子是否同步，以及是否含有永磁材料（釹鐵硼）。
感應電機（交流異步電機）轉子的轉速總是慢于定子旋轉磁場的轉速，因此表現為異步運行。由于存在轉差率，導體在磁場內可以做切割磁感線運動，并同時在導體內產生感應電流，“感應電機”的名稱由此而來。
感應電機的特點是結構相對簡單、成本較低、功率更大，但有尺寸較大，重量較重等缺點，代表車型有特斯拉的Model S/X以及蔚來ES8。
永磁同步電機在結構上與交流異步電機非常相似，最主要的組成部件同樣是定子和轉子，其中定子的結構與交流異步電機上的一致，但轉子由一塊永磁體構成。
永磁同步電機轉子的速度一定等于定子的同步速度，且轉子是磁性很強的永磁體，磁場并不會消失，所以叫做“永磁同步電機”。
相比感應電機，永磁同步電機具有功率密度高、能量轉換效率高（約 90%-95%）、能耗較低等優勢。現階段超過90%的電動汽車均采用永磁同步電機，因為同等功率下永磁同步電機體積更小，效率更高，容易得到更多車企的青睞。
雖然永磁體高溫下有退磁風險，但一些車企已經解決了這個難題，如比亞迪通過優化直軸電感及凸極率，提升了永磁同步電機的抗退磁能力。
另外，永磁同步電機所需要的釹鐵硼永磁材料需要使用稀土資源，對于稀土資源缺少或稀土工業不發達的國家而言，車用驅動電機的技術方案是與國家安全相關的。而我國擁有全球70%的稀土資源，釹鐵硼磁性材料的總產量達到全球的80%。
2017年我國全年車用電機裝機量達到87.4萬臺，其中永磁同步電機占比77%，總計裝機68萬臺。2018年僅1-8月車用電機就已裝機55.1萬臺，永磁同步電機占比升至78.33%。
在永磁同步電機的配套供應層面，比亞迪自2015年起連續4年包攬車用（含乘用車及商用車）電機裝機量榜首位置，其后分別為北汽新能源、上海電驅動、精進電動等國內知名企業。而歐美車企的電動車若想用永磁同步電機的話，就不得不考慮進口稀土材料或電機總成的問題。
相信看到這里，你就會明白為什么特斯拉Model S/X一直堅持使用感應電機的原因了吧。而且，特斯拉在全新車型Model 3上已經改用了永磁同步電機，其能效比較前兩代車型明顯更為出色一些。
特斯拉 Model?3的零到百公里加速時間為3.5秒（性能版），最高車速超過了 200km/h。國內的比亞迪全新一代唐EV600同樣采用了永磁同步電機，使得一臺中大型SUV的百公里加速做到了 4.4 秒，最高車速也達到了 180 km/h。
對于國內新能源車企來說，目前唯一擁有完全自主研發設計永磁同步電機的主機廠僅有比亞迪一家。很多人都知道比亞迪以電池起家，動力電池系統做的非常出色，卻鮮有人知道比亞迪的電機相關技術也毫不遜色。
比亞迪電機和電機控制系統由十四事業部生產和開發，涵蓋了多種類型不同功率的家族化產品，全面應用在旗下新能源乘用車、電動大巴以及新能源專用車等車型上。
截止2018年，比亞迪乘用車驅動電機擁有最大輸出功率70kw、110kw、120kw、150kw、160kw和180kw級別6款。其中，最大輸出功率120kw的驅動電機，已經適配在秦Pro EV500車型上，而最大輸出功率180kw的驅動電機，將會用于即將上市的唐EV 600車型上，并且除單電機版，還會推出雙180kw電機的電四驅唐EV車型。
比亞迪永磁同步電機線圈采用永磁體激磁，不采用線圈激磁的方式。這樣省去了激磁線圈工作時消耗的電能，提高了電機機電轉換效率，可以降低行駛電流，延長續航里程。
另外，比亞迪也是國內一直堅持使用高功率電機的新能源企業，新一代電機的最高轉速已經達到了15000轉速區間，兼具有非常寬泛的經濟轉速，進一步降低能耗。
以秦Pro EV500為例，其配備了全新的“3合1”電驅動技術。適配融合比亞迪最新一代技術的永磁同步電機，其最高功率120kw、最大扭矩280N·m，電機轉速高至14000rpm，在功率、扭矩等主要參數上全面升級。
在全新技術的加持下，秦Pro EV500的0-50km/h加速時間僅需3.7秒，實測0-100km/h加速時間8.2秒，60公里/小時等速純電續航里程500公里；具備液冷高溫散熱和低溫預熱功能的鎳鈷錳酸鋰（三元鋰）電池總成的能量密度為160.9Wh/kg、搭載電量56.4度電。
在性能提升同時，新一代電機技術還可以帶來更佳的經濟表現。這臺永磁同步電機最大轉速15000轉/分。這就意味整車最高車速更高，在60-120公里/小時車速區間段的綜合電耗更小，可以直接提升長途高速行駛的續航里程。
借助這比亞迪“3合1”電驅動技術的整合，不僅可以提高效能和輕量化，還可以降低尺寸并有利于不同車型平臺模塊化通用。使得電驅動技術成本降低33%，體積降低30%，重量降低25%，扭矩密度提升17%，功率密度提升20%，NEDC效率指標增加1%。
在三電系統上核心優勢的積累，使得比亞迪在國內新能源汽車市場上的表現始終無人能及。1月7日，比亞迪汽車公布了2018年12月份的銷量快報。去年12月份，比亞迪共計銷售新能源汽車4.67萬輛，環比增長55.11%，而公司2018年全年新能源汽車的累計銷售量也達到24.78萬輛。
在乘用車的銷售中，純電動汽車、插電式混合動力汽車的銷量分別為10.33萬輛和12.39萬輛，上述兩大業務的銷量成“旗鼓相當”之勢。
除銷量外，公告還提到，比亞迪 2018 年全年新能源汽車動力電池及儲能電池裝機總量約為13.373GWh。同時比亞迪的新能源車產業鏈覆蓋上中下游，同時掌握電池、電機電控、充電基礎設施以及整車技術。
預計2019年，在全新一代產品的助力下，比亞迪新能源乘用車的銷量將繼續提升，穩固其新能源汽車領導者地位。
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