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从电机电控角度聊聊新能源汽车弯道超车这件事!

2017-02-06 10:25
夜隼008
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进口替代任重道远,产业链细化势在必行

2016年10月26日中国汽车工程学会年会上发布的《节能与新能源汽车技术技术路线图》,在纯电动与插电式混合动力汽车技术路线中,提出2020年纯电动乘用车续航里程要达到300km,电动客车单位载重电耗水平要降至3.5kWh/100km*t,同时提出8项发展重点,其中4项与电机电控直接相关:动力电机与底盘集成技术、纯电动汽车动力系统集成及控制技术、高性能动力电机技术、新型电机控制器技术。

新能源汽车续驶里程(左轴)与电耗水平(右轴)发展目标

相比动力电池在国内已经初步建立起研发技术体系,高性能电驱动系统的研发在国内仍处于起步阶段,大部分具备创新结构的高性能电机(如)仍处于样件开发甚至设计阶段。电驱动系统产业链的快速发展,使得各个企业均有机会在产品和技术上脱颖而出,快速抢占下游电动汽车市场。

原材料成本占比高,集成化轻量化是电机降本必经之路

与动力电池系统不同的,驱动电机系统对于原材料的要求相对简单,主要包括钕铁硼等稀土永磁材料( 永磁体)、钢材( 铁芯叠片、驱动轴体)、铜(绕组)、镁铝合金(机壳)等基本金属。因此,原材料成本和加工成本占据电机成本中的绝大部分。

永磁同步电机各组件成本占比(%)

根据统计数据,在永磁同步电机中, 永磁体组件的成本占整个电机物料成本的45%左右;在感应电机中,铁芯叠片的成本占电机物料成本的58%左右。因此,稀土材料、钢材、铜铝等有色金属材料的价格将对电机成本产生最直接的影响。

交流感应电机各组件成本占比(%)

根据华域电动等企业数据,稀土磁钢的重量仅占据整机重量的2.5-4.5%,但成本已经占了整个车用驱动电机成本的20-30%,稀土价格上涨时甚至可以达到50-60%。因此,原材料成本的波动对于电机生产成本具有直接的影响。

2015 年取消稀土出口配额制以来,我国年稀土氧化物的开采量指标维持在8-10万吨左右,考虑到非法稀土开采和分离量,全年国内稀土的供给量约在16万吨左右。在下游需求保持稳定的情况下,稀土永磁材料的价格总体整体呈现稳中下降的趋势,但稀土价格已经基本位于底部,未来继续大幅下降的空间不大。2016年12月,钕金属的价格已达到为32.15万元/吨,相对去年上涨了10%,最高涨幅已接近20%。

原材料方面,钢材受到上游焦炭、铁矿石等原材料价格上涨的影响,无取向硅钢价格在2016年出现了快速反弹,从2015年12月的3250元/吨迅速上涨到年底的7500元/吨高位,接近了2011年的价格高点。同时,截至2017年1月5日,长江、华南地区现货铜价均达到为4.54万元/吨, 较2016年初每吨上涨了约1000元。

考虑到稀土收储与打私政策的配合执行,以及包括特斯拉在内的欧美电动汽车厂商转向永磁同步技术路线,未来 2-3 年可能迎来稀土供给侧收紧和需求侧放大的双重挤压,稀土价格或将大幅反弹;在供给侧改革和环保税开征的双重压力下,钢铁去产能仍处于“三去一降一补”之首, 17 年价格处于高位盘整的可能性较大。多重因素共同作用下, 电机厂商在物料成本端承压将快速上升,电机厂商只能通过技术革新,迅速降低单体电机金属用量,提高电机功率密度,才可能应对来自上游整车价格下降和下游原材料成本上升的压力。

国家十三五新能源汽车重点研发计划明确提出,2020年,我国驱动电机峰值功率密度应达到4.0kW/kg,连续功率密度应达到2.2kW/kg,基于IGBT功率模块的电控器功率密度达到17kW/L,基于第三代宽禁代半导体的Sic功率模块的电控器功率密度达到36kW/L,较目前性能均实现倍增。在此目标下,实现电机电控成本的下降一般通过两种方式实现:

1) 通过推出集成度高的电驱动总成来降低系统总重,从而提高公里密度,降低成本,如大陆、麦格纳等企业推出的,电力电子与驱动电机总成、驱动电机与减速器总成、混合动力总成模块等,此种方式一般为欧美等企业采用;

2) 通过采用部分组件非金属化降低系统重量和成本,包括转动枢轴、支撑组件等,采用耐磨非金属材料进行替代, 或通过结构设计对包括电机极槽比、齿槽比与裂比等进行多重优化,从而提高单台电机材料用量, 此种方式多为日韩等电机企业采用。

国产电机的峰值和连续功率离世界先进水平仍有相当的差距(kW/kg)

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