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新能源汽车弯道超车?先搞定电机电控吧

半导体行业观察  · 公众号  · 半导体  · 2017-02-05 12:32

正文

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造价较高。目前,永磁同步电机主要应用于体积小,且速度、操控性能要求较高的电动乘用车领域,部分中小型客车亦开始尝试使用永磁电机作为驱动源。 永磁无刷直流电机则一般在小功率电动汽车、低速电动车领域应用较为广泛。


(3)开关磁阻电机 ( Switched Reluctance Motor)的定子和转子铁芯均由硅钢片叠压而成,利用冲片上的齿槽构成双凸极结构, 定子产生扭曲磁场,利用“磁阻最小原理”驱动转子运动。 开关磁阻电机结构和控制简单、出力大,可靠性高,成本低,起动制动性能好,运行效率高,但电机噪声高,但转矩脉动严重,非线性严重,在电动汽车驱动中有利有弊,目 前电动汽车应用较少。


(4)直流电机 ( DC Motor)通过在定子主磁极上绕制励磁线圈并通以直流电以产生磁场,转子电枢绕组也通以直流电,通电绕组置于磁场中输出电磁转矩拖动负载运行。直流电机控制器一般采用晶闸管脉宽调制方式( PWM),控制性能好,调速平滑度高,控制简单,技术 成熟,且成本较低。直流电机的缺点是需要独立的电刷和换向器,导致速度提升受限;电刷易损耗,维护成本较高。直流电机多用于早期的电动汽车驱动系统,目前新研制的车型已经基本不再采用。

不同类型电机的性能对比


目前, 新能源汽车所使用的电机以交流感应电机和永磁同步电机为主。 其中, 日韩车系目 前多采用永磁电机,转速区间和效率相对都较高,但是需要使用昂贵的系统永磁材料钕铁硼;欧美车系则多采用交流感应电机,主要原因是对于稀土资源匮乏,以及降低电机成本考虑,其劣势则主要是转速区间小,效率低,需要性能更高的调速器以匹配性能。 特斯拉公司在其本代车型 Model S 和 Model X 上均采用的是自行设计的交流感应电机。


国外新能源汽车适配电机类型


我国稀土资源丰富, 因此电动乘用车多采用功率性能高、体积较小的永磁同步电机。 根据 中国汽车工业协会统计数据,2016 年上半年,我国纯电动汽车产销量分别达到 13.4 万辆、 12.6 万辆,同比分别增长 160.8%、 161.6%。上半年生产纯电动乘用车约 70000 辆,其 中永磁同步电机的装机占比约为 65.7%,比 15 年同期增长 21.25 个百分点,比 15 年全年增长了 19.99 个百分点。


同期,国产新能源乘用车用交流异步电机的市场分额在逐渐减小, 从 2015 年上半年的 35.1% 下滑至 2016 年上半年年的 32.9%;而混合励磁同步电机的占比则从 0.03%上升至 1.10%,尽管绝对占比仍相对较小,但装机率有望保持小幅稳定的增长态势,未来有可能在纯电动乘用车领域率先获得突破性进展。


2015-2016 年国产纯电动乘用车电机装机量变动情况


电控系统集成化是未来发展趋势


电机控制器在传统汽车的车载电机中已有应用,通过功率半导体、微处理器等电力电子器 件,采用中低压变频等方式实现对车用空调压缩机、转向助力泵电机等进行调控的功能。 电动汽车电机控制器作为控制电动汽车驱动电机的设备,通过接收整车控制器和控制机构 (制动踏板、油门踏板、换挡机构) 传送的控制信息,对驱动电机转速、转矩和转向进行 控制,并可同时对动力电池的输出进行相应控制。


目前,部分“多合一”的电控产品已经在电动汽车中投入应用,同时集成了传统汽车分立的空调压缩机、转向助力泵电机、气泵电机控制器,以及混合动力车型中采用的 BSG/ISG 电机等。 随着微芯片在整车及总成控制中的应用逐步广泛,多合一电控产品的成本有望进一步下降,单一控制器将逐步被集成化“车辆中央控制器”所取代。


电控系统在新能源汽车中处于核心地位


电控系统的设计和标定与电机系统相关程度较高,根据匹配电机的不同,电控系统需要开 发不同技术平台。早期的直流电机一般采用脉宽调制( PWM)斩波控制的方式进行控制, 控制手段相对单一,应用也有局限性。随着感应电机和永磁电机的大量使用,电控系统的 复杂程度迅速上升, 矢量控制技术和直接转矩控制技术成为电控产品的技术主流,电动乘 用车的普及对于电机和电控系统的集成程度要求也越来越高。可以预见的是,未来电机与 电控企业的业务交叉程度将逐步提高, 可提供电机电控一体化动力总成产品的企业将有助

于整车企业进一步降低车重和成本,将具有更大的竞争力。


不同类型电机采用的电控方式


国产替代势在必行, 电机电控行业加速整合


作为新能源汽车“三大电”之二,相比动力电池行业的快速发展以及高关注度,国内电机 电控行业则相对“低调”。 我们认为, 电机电控行业受市场关注度低于电池主要是两方面原因:


其一, 新能源汽车电机电控产业基本与国内电动汽车市场同步启动,整车企业对于电动汽车的研发、采购、生产和销售等流程都处于探索和完善阶段, 对于电机电控配套行业的标准和体系也尚未成型;







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