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        新能源電動汽車三電:電驅、電池、電控原理、發展現狀和未來趨勢

        新能源電動汽車三電:電驅、電池、電控原理、發展現狀和未來趨勢

        新能源電動汽車三電:電驅、電池、電控原理、發展現狀和未來趨勢

        楚安汽修資料 2018-11-01 08:25:53

        最近很多車企老總在演講時有個共同論點:傳統汽車我們沒有發動機與變速箱,但是現在,我們掌握了新能源汽車的核心技術——三電技術,意味著我們有能力造出新能源汽車,剩下的問題就是如何賣出去了。


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        目前持這種想法的人不在少數,包括一些傳統主機廠與互聯網造車等,在他們眼里,有三電技術就能吹噓造車無壓力,造新能源汽車的門檻就這么低?

        在2017年比亞迪品牌盛典上,王傳福表示:在業內,大家通常稱“三電”技術為核心技術,但我們更愿意稱之為“基礎性技術”。

        那么我們不禁要問:三電技術到底是核心技術還是基礎技術?每個人層次不一樣,認知不一樣,所以沒有誰是對的誰是錯的。


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        造成這種誤差的原因是出發點不一樣。比亞迪自己做的東西較多,技術研發實力較強,而王傳福也是一名資深工程師;其他老總則比較廣泛,汽車工程師出身的比較少,尤其互聯網造車,所以他們對造車的理解一般都比較片面。

        為了搞清楚孰是孰非,我們先了解下三電技術到底是什么?

        新能源汽車區別于傳統車最核心的技術是“三電”,包括電驅動,電池,電控。

        下面詳細講解一下三電基礎知識:


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        電池

        電池是與化學、機械工業、電子控制等相關的一個行業。

        電池的關鍵在電芯,電芯最重要的材料便是正負極、隔膜、電解液。

        正極材料廣為熟知的有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、高鎳三元。


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        動力電池是非?!澳贻p”的產品, 1996年通用推出EV-1采用的是鉛酸電池,它是現代電動汽車架構雛形,從鉛酸電池到日系混動的鎳氫電池,再到現在流行的鋰電池,也才20多年。

        從第四批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》新能源乘用車配置電池來看,32款車型采用了17家企業的電池,其中16家是電池廠商,另外一家是長安新能源的,這說明其它乘用車的動力電池直接外購,包括電芯、電池組與電池管理系統等。

        大部分自主品牌主機廠都沒有自己的電芯與電池組設計能力,所以,怎么能說掌握了三電核心技術?


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        除了這些自主品牌,再看一些合資品牌。寶馬沒有電芯設計生產能力,i8用的是三星SDI的電芯,不過整個電池系統是寶馬自己設計開發,這也是大品牌的通用做法,另外,通用汽車也沒有電芯設計生產能力,而是采用LG化學的電芯,電池組與電池管理系統都是自己開發。

        顯然,對這些跨國車企來說,雖然沒有自己的電芯,但是它們卻堅持自己設計生產電池組件與管理系統,這是為了加強動力電池的核心競爭力。與大多自主品牌的差別是,即使不采用這家的電芯,它們可以換個電芯品牌照樣能夠設計電池組,核心技術還是掌握在自己手里。


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        電驅

        電驅由三部分構成:傳動機構、電機、逆變器。

        目前國內外電動車的傳動機構都是單機減速,即沒有離合、沒有變速。

        未來各電動車企業將會在傳動機構上增加復雜性,同時降低對電機、電機變阻器的需求,即提高性能,降低成本。


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        電機由三部分組成:定子、轉子、殼體,電機技術的關鍵點在定子、轉子。

        轉子即新能源汽車的主驅動電機,它承擔了與新能源汽車運動相關的所有功能。

        新能源汽車的電機有正轉和反轉,正轉即為向前行駛,反轉即為倒車。


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        新能源汽車在正轉加速行駛過程中,電機為負扭矩,扭矩的精確意味著新能源汽車加速速度的快慢。

        當扭矩產生誤差時,需要電機來完成的新能源汽車加速,里程數則轉變為需要消耗同等能量的電池來完成,而電池的成本相比電機較大,因此新能源汽車電機的效率和性能至關重要。


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        根據第四批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》新能源乘用車配置電機來分析,32款車型卻采用了17家企業的電機,它一方面說明電機市場處于早期競爭階段,另一方面說明電機技術含量不高、同質化嚴重。

        這17家電機企業有兩種,一種是主機廠的,比如北汽新能源,另一種則是電機企業,比如深圳大地和,針對第一種,名義上這款電機標著北汽新能源,但其實是和大洋電機合資的電機生產企業,核心技術還在電機廠手里。


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        因為按照政策,新能源主機廠必須具備三電部件的設計生產能力才能通過新能源車型目錄。原來各個主機廠都在生產傳統汽車, 技術研發方向主要還是發動機與變速箱等部件,新能源汽車市場突然爆發了,傳統車企一夜之間就都能生產電機了?技術是需要積累的。

        所以,電機雖然成熟、簡單,但是目前大部分主機廠還不具備設計生產電機的能力,以外購電機為主。但是,對于那些有電機設計與生產的廠家來說卻是機遇,比如通用剛剛上市的別克VELITE 5就采用了條形繞組的電機,條形繞組的電機工藝更復雜、成本更高,但是性能更強、NVH更好;


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        還有比亞迪在K9上采用的后驅輪邊電機,電子差速算法是行業的難點,也是阻礙輪邊電機、輪轂電機大規模量產的阻礙,早期有些K9有磨胎,經過優化控制策略,情況明顯好轉,雖然輪邊電機技術復雜、成本高,但是帶來的好處也有很多,一方面是技術積累,另一方面和別家產品實現差異化,并且提升乘坐體驗。


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        逆變器是把直流電轉變成交流電的設備,若一臺電動汽車的逆變器能支持較高電壓,則相應的電壓充電流較大,功率較大,這意味著同樣電流進行充電,充電功率可以等比例放大,即充電時間會縮短。若提高逆變器的支持電壓,則相應的充電時逆變器產生的熱量會變多,那么就需要解決逆變器中IGBT模塊的散熱問題,這是提高充電效率的關鍵問題,目前日本豐田對此研究較深入,例如其加硅碳技術的應用。


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        電控

        新能源汽車電機、電控系統作為傳統發動機(變速箱)功能的替代,其性能直接決定了電動汽車的爬坡、加速、最高速度等主要性能指標。

        同時,電控系統面臨的工況相對復雜:需要能夠頻繁起停、加減速,低速/爬坡時要求高轉矩,高速行駛時要求低轉矩,具有大變速范圍;

        混合動力車還需要處理電機啟動、電機發電、制動能量回饋等特殊功能。


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        電控方面,對于一般的主機廠來說,真正掌握的只有整車控制器,新能源汽車整車控制器與傳統汽車的整車控制器差別并不是很大,它的成熟度也比較高。

        此外,電機的能耗直接決定了固定電池容量情況下的續航里程。因此,電動汽車驅動系統在負載要求、技術性能和工作環境上有特殊要求:

        1,驅動電機要有更高的能量密度,實現輕量化、低成本,適應有限的車內空間,同時要具有能量回饋能力,降低整車能耗;

        2,驅動電機同時具備高速寬調速和低速大扭矩,以提供高啟動速度、爬坡性能和高速加速性能;

        3,電控系統要有高控制精度、高動態響應速率,并同時提供高安全性和可靠性。

        電機電控系統作為新能源汽車產業鏈的重要一環,其技術、制造水平直接影響整車的性能和成本。目前,國內在電機、電控領域的自主化程度仍遠落后于電池,部分電機電控核心組件如IGBT 芯片等仍不具備完全自主生產能力,具備系統完整知識產權的整車企業和零部件企業仍是少數。


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        通過上面分析可以看出,絕大部分自主品牌僅掌握了整車控制器與三電集成技術,對三電零部件技術卻仍是處于沒有進門的階段,畢竟不是一個領域,技術不是一蹴而就的。

        而合資品牌方面,沒有電芯是它們唯一的軟肋,但是通過自己設計電池組與電池管理系統,進而掌握動力電池技術彌補了這個缺陷。技術這種東西是需要積累的。

        在2020年前補貼逐步下降甚至之后退出,對于主機廠來說,最重要的工作是如何降低動力電池的成本,也是技術與市場博弈的關鍵階段,如果技術受制于人,降成本將難于上青天。

        市場越來越收緊,對主機廠要求越來越高,直接購買三電零部件的做法也越來越行不通。董明珠看上的珠海銀隆與比亞迪,還有一些合資品牌,前者有自己的動力電池技術,后者具備電池系統開發能力,證明董小姐還是很有戰略眼光和行業研究深度的。


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