(1)市场竞争愈发激烈。 总体上讲,围绕着电动汽车电驱技术开发竞争日益激烈。目前还没有掌握绝对主导权的电驱动零部件集成商出现,因此目前市场上整个产业链的参与者,都加大了各个级别产品开发的力度,并且不断有新的玩家出现。 除了传统的德国汽车零部件巨头博世公司和大陆公司在逆变器、电动机以及减速器上都有产品布局,无论是上游的元器件厂商,还是中游的电动机制造商或是减速器制造商,它们均想拓展自己的领域,开发整个电驱系统。
如图所示,生产变换器所需要功率器件的日本富士电动机,开始布局逆变器产品;英国生产减速器的公司GKN,开始布局逆变器和电动机;从未涉足过电驱动领域的日本电产,之前主要生产用于汽车制动器的EPS电动机,现在则开始开发电动机,未来还计划自产逆变器和减速器,进行一体化销售;负责生产电动机用的磁石的制造商TDK,也计划开发和生产逆变器。
(2)小型化、一体化、轻量化。
围绕着电驱系统主要竞争的点在于高效化、小型化、轻量化以及降低成本。电驱的制造商们都不是仅仅依靠电动机、逆变器或减速器的单个零件,而是试图通过开发和优化整个电驱动系统来实现目标。
因此,将电动机、逆变器、减速器三个部件一体化,实现“三合一”,已经是大势所趋。
电动机与逆变器集成一体,连接电动机与逆变器的线束就可以缩短,由此减小了尺寸和重量,还降低了线束产生的损耗。电动机与减速器一体,减速器齿轮润滑油可以和电动机冷却油共用,可以精简冷却机构,实现小型化合并降低成本,提高了整个驱动系统的效率。
进一步来说,将电动机、减速器、逆变器集成在一起,尺寸还是太大,即使将逆变器安装在车体侧,逆变器的数量还是会随着电动机数量的增加而增加,因此需要逆变器尺寸能进一步减小。
作为逆变器小型化的关键就是采用碳化硅(SiC)功率器件,与现有车载逆变器中使用的硅功率器件相比,其功率损耗可以降低到一半以下。损耗减小,即发热量减少,由此可以减小逆变器尺寸。
上图总结了电动汽车电驱系统技术的发展方向,以及预计的技术成熟时间节点。
a.针对电动机,定子绕组会从目前的圆铜线(横断面空隙多,空间利用差)而逐步采用扁平铜包线。采用扁平铜包线(扁线)绕组,电动机结构更加简单,在相同尺寸下可通过更大电流,重量更轻。同时电动机会采用更加高效的硅钢铁芯和油冷技术,以降低铁损,提高冷却效率。
b.针对变换器,会逐步采用基于碳化硅的1GBT模块以及双面水冷技术进一步改善散热效果,提高变换器的输出功率。
c.针对减速器,会逐步采用更高转速的高速齿轮,未来也可能会采用多级减速器,以降低变速器的尺寸。
d.在以上所述各个子部件性能提升的基础上,系统也会朝着更加集成更加高效的方向发展。
