打造新能源汽车更强“心脏”联合电子攻克汽车电机两大难题
发布日期： 2024-07-23 | 作者：koko电竞平台下载
对于不熟悉新能源汽车的读者来说，第一次见到新能源汽车的驱动结构可能会感到惊讶：这个驱动结构的体积可能只比台式电脑的主机大一些，仅靠一个电机和控制机构就代替了燃油车庞大的内燃机与复杂的变速箱，而且动力毫不逊色。
体积小，动力强，这种反差的实现得益于永磁同步电机技术。永磁，即指电机的转子上采用了稀土材料（钕铁硼等）永磁体，在高低温变化的复杂工作环境中能够永久保持磁力；同步，则表示转子的转速和定子绕组产生的旋转磁场始终保持同步，意味着只要控制输入的电流频率就能控制电动机转子的转速。采用了高能量密度稀土永磁体的永磁同步电机体积更小、质量更轻，同时有更大的输出转矩、更好的制动性能，以及更低的能耗。
但是，永磁同步电机并非完美：一方面，体积小、功率大和电机的工况效率之间有着天然的矛盾；另一方面，稀土材料的高昂价格也导致永磁同步电机成本比较高。联合电子自主开发的低重稀土永磁同步电机正是为了攻克这两个难题，并且已经取得了显著的成果，产品在多家车企的车型上搭载，广受市场认可。日前，联合电子“基于低重稀土永磁材料的高功率密度新能源汽车驱动电机开发”项目（以下简称“低重稀土永磁同步电机”）荣获上汽集团技术创新二等奖。
由于要腾出更多空间排布电池，体积小成为新能源汽车对于电机的一项必然要求。但是，这与电机的性能存在诸多天然矛盾。
“尽管电机体积变小，但是整车的轮端扭矩不能变小，这势必要放大减速器的速比。”联合电子电力驱动业务部电机电磁开发经理和记者说，“但放大减速器速比会导致最高车速降低，要想维持车速，电机的转速也要提升。可是，提升转速又会导致电机效率降低，整车续航能力缩减。”
这是一个相当复杂的工程问题，联合电子电机团队经过多方调研并结合客户的真实需求，决定自主设计与开发全新平台。
“我们细化了客户的需求，分析了过去遇到的问题，重新设计了产品线。”相关负责这个的人说。据悉，为了能在电机体积变小的同时，保障电机各项性能实现用户需求，联合电子将减速器速比、电机转速、电机效率等指标融合在一起，集结了电子、软件、NVH、电磁性能仿真等多个部门的骨干成员，开发出了一套能够满足多目标协同优化的工具链，设计出了各项性能先进的低重稀土永磁同步电机开发平台。
从功率密度和工况效率来看，搭载联合电子低重稀土永磁同步电机的电桥功率密度达3.5kW/kg，CLTC工况效率值更是达到全行业最优的92.8%。相较行业佼佼者90%-91%的工况效率，满电行驶时联合电子的电机大约能为整车节省两度电，使整车续航里程进一步增加约12公里，按每度电600元成本计算，意味着为整车厂节省1200余元成本。
除了性能之外，经济性也是新能源汽车电机竞争的关键一环。要提高产品竞争力，必须对各个零部件的材料进行创新，尽量减少稀土使用，尤其是重稀土成分，避免价格昂贵且波动剧烈的稀土材料对汽车电机成本造成巨大影响。
“以重稀土铽为例，这种材料在2018年时，价格就高达3700元/kg，后来更是一度飙升到19200元/kg，目前价格依然在10000元/kg以上。”相关负责人介绍道，“稀土的价格剧烈波动不仅会影响我们产品的竞争力，更为整个行业蒙上了阴影：有同行对新能源汽车驱动电机是否要继续坚持永磁同步电机路线产生了怀疑。”
应用前景信心不足，这对新能源汽车行业的发展有可能造成巨大阻碍，因而材料降本显得格外重要。为了拿下技术路线发展方向的话语权，保证行业发展的稳定性，联合电子专门建立了一个材料实验室，并组建起一个汇聚多专业、跨学科人才的攻关小组，攻关材料降本难题。
据悉，该实验室是国内汽车电机领域首个研究稀土永磁体的实验室，研究团队从材料成分、材料特性、微观组织结构、与电机性能的因果关系等角度综合考量，并参考了白色家电领域的电机技术，引入了先进的低重稀土制备工艺取代汽车电机领域的传统工艺，成功降低了汽车电机永磁体中重稀土的含量。此外，联合电子还结合电驱系统柔性故障保护策略、磁路设计、机械装配、稀土元素特性、检测方法等方面，基于新能源汽车驱动电机磁钢的特殊工作环境，建立了系统的检测验证方法。
随着研发的不断深入，目前联合电子已在电机磁钢领域获得了2项发明专利、10项实用新型专利授权，电机产品所用磁钢已形成了剩磁越来越高、矫顽力越来越低、重稀土含量越来越少的良性趋势，给产品带来了更高扭矩功率密度、安全的抗退磁能力，以及更低的物料成本，极大地增强了产品的核心竞争力。
“2010年左右是起步阶段，以荣威e550为代表的车型为中国新能源汽车的产业化起步奠定了良好基础。第二个阶段是2016-2018年，随着车和家（理想汽车前身）、爱驰、威马等企业入局，新能源汽车行业风起云涌，这个阶段对电机的要求是大扭矩、大功率，对成本尚不敏感。第三个阶段是2018-2021年，市场进入分化阶段，‘蔚小理’开始批产，但也有部分新能源车企倒闭。与此同时，传统车企开始大举入局新能源汽车，促进了行业对电机的认识加深，电机的工况效率开始受到重视。第四个阶段是从2022年开始，‘卷’成为汽车行业主旋律，电机的成本与效率都备受关注。”
十余年时间里，联合电子见证了行业变迁。昔日的一些竞争对手已销声匿迹，当然，也有新的竞争对手随着中国新能源汽车市场的发展，迅速涌现。大浪淘沙过后，联合电子是少数从起步阶段就已入局，并且依然站在汽车电力驱动行业前列的企业。
截至目前，联合电子研发的低重稀土高功率密度永磁同步电机已经在多个项目中批产，电机/电桥的装机量位居国内市场前列。联合电子预计，未来5年内，企业的电机/电桥供货量将达到550万台。
如今，联合电子已掌握整套驱动电机核心开发流程和自主知识产权，产品的迭代仍在继续。随着客户的真实需求的逐渐深入，联合电子正在低重稀土永磁同步电机平台上不断设计优化，探索无重稀土的可行性，持续挖掘产品潜能，让公司的销售和竞争力继续保持上升势头。