新能源汽車的核心壹定不是體現在自動駕駛、智能座艙、內飾屏幕,真正體驗車企造車技術的是三電系統——“三電”(電池、電控、電驅動)。
壹、電池
現階段電池仍舊是新能源汽車整車成本占比最高的壹項大約在40%左右。
動力電池在新能源汽車上壹般又稱為動力蓄電池,是指為電動汽車動力系統提供能量的蓄電池,主要用於接受和存儲由外置充電裝置和制動能量回收裝置提供的電能,並通過高壓配電系統為驅動電機、電動空調壓縮機、PTC 加熱器等高壓用電設備提供電能。?關乎到汽車的續航裏程及行車安全等等諸多方面。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、三元鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰以及鎳氫電池等。
先來了解下影響電池使用性能的幾個主要參數:
正極材料的穩定性:直接影響到電池的安全性能,乃至整車的安全性能,這也就不難解釋某某品牌的電池自燃現象了。
能量密度:電池的能量密度分為質量能量密度和體積能量密度。質量能量密度是指電池單位質量所能輸出的電能。體積能量密度是指電池單位體積所能輸出的電能。很顯然能量密度越大,同樣體積或質量的電池能夠攜帶的電能就越多,也就是說續航裏程就越大。另外還有壹個功率密度,衡量的是電池的瞬間放電能力,功率密度越大,放電能力越強,車輛的瞬間加速能力越好。
所以能量密度不夠高也是目前阻礙新能源汽車發展的壹個很大原因。
目前市面上常見車型電池類型選用情況:
通過車企對動力蓄電池的選擇也可以間接反應出各車企的追求目標和發展思路,有些更加註重續航裏程,有更好的續航體驗;有些車企更加註重行車安全,更加註重安全第壹的理念。
目前市場主要是磷酸鐵鋰與三元鋰之爭,其他已經基本被乘用車淘汰。
二、電機
驅動電機是電動汽車驅動裝置的核心部件,應用於各種電動汽車上。驅動電機的性能直接影響到整車性能。
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。它承擔了與新能源汽車行駛相關的所有功能。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。並且還要有很廣的調速範圍,在能量回收工況時可充當發電機來用。
目前常用的驅動電機有三類:直流電機、永磁同步電機、交流感應(異步電機)電機。
其性能差異對比如下圖:
直流電機
直流電機應用非常廣泛,上圖這種相比大家都不陌生吧
缺點在於:效率低、質量大、體積大、可靠性差。新壹代電動汽車已經淘汰該電機
感應電機
感應電機和永磁結構是相似的,本質都是通過電磁感應原理產生電流。它們最主要的差別就在於轉子,壹個有磁,使用永磁材料,壹個沒有磁,通常使用鋁或銅材料。
感應電機抗高溫性能強,環境適應性更加佳,感應電機雖然最高效率小於永磁電機,但是平均效率表現得更好。不過缺點在於感應電機不容易控制,在研發成本上是增加的,不過在原材料成本上要小於永磁電機。
永磁電機
永磁電機轉子的磁場是由永磁體產色的,避免了因生磁導致的電能損耗,而且尺寸和質量偏小,布置相對靈活。
缺點有高溫退磁風險(考驗電機散熱能力),空載損耗略高。
不過現在的壹些4驅或者雙電機性能取向的車型,會采用兩者搭配的方式。因為四驅的電動車架構下當不需要那麽高的性能時可以僅讓壹個電機工作但永磁同步電機由於存在永磁體空載時會產生反拖滯阻礙車輛行進異步電機沒有永磁體空載時沒有反拖滯,所以永磁同步電機空載損耗會高於異步電機。
因此四驅的動力要實現近兩驅的能耗就需要“同異”搭配,效率最大化。
電動車極限的動力輸出日常使用頻率較低在日常行駛低負荷工況下以永磁同步電機驅動為主處於隨動的狀態,實現近兩驅的能耗。在加速工況下雙電機最大輸出實現四驅的動力,可以給整車帶來更好性能體驗和綜合能耗。
機械傳動裝置:
機械傳動裝置是將電機輸出機械能傳遞給車輪的裝置。因為電機壹般都具有較好的調速性能,現在的機械傳動裝置壹般都是固定速比的減速機構,不再需要變速器,沒有什麽技術難度,不做太多介紹。(下階段的2/3擋電動車專用變速箱其實也取決於車企想不想做和劃不劃算做而已)
目前電機和機械傳動裝置基本是機電集成壹體化的,可以做到傳動效率更高,可靠性更好,質量更輕,體積更小。
三、電控
電控部分基本相當於車輛的神經中樞,相當於人類的大腦,起著控制整車運行的作用。
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,具有大變速範圍;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。
電控方面,對於壹般的主機廠來說,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並不是很大,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裏程。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,並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壹環,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後於電池,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!
最後,國內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於落後的階段,畢竟技術不是壹蹴而就的。而合資品牌方面,沒有電芯是它們唯壹的軟肋,他們更多的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。
未來隨著新能源汽車技術的不斷進步,技術瓶頸將逐個被突破,那時的新能源汽車的續航問題,安全問題,充電問題,成本問題都不會再成為車主朋友和車企關心的問題,屆時的新能源汽車也會變得更加成熟,市場占比更加廣泛。