新能源汽車三電系統(tǒng)詳解——新能源電機(jī)你不得不了解

新能源汽車區(qū)別于傳統(tǒng)車最核心的技術(shù)是“三電”，包括電驅(qū)動，電池，電控。

下面詳細(xì)講解一下三電基礎(chǔ)知識：

電池是與化學(xué)、機(jī)械工業(yè)、電子控制等相關(guān)的一個行業(yè)。電池的關(guān)鍵在電芯，電芯最重要的材料便是正負(fù)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。

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

從第四批《新能源汽車推廣應(yīng)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(yè)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(tǒng)等。

大部分自主品牌主機(jī)廠都沒有自己的電芯與電池組設(shè)計(jì)能力

跨國車企，雖然沒有自己的電芯，但是它們卻堅(jiān)持自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)電池組件與管理系統(tǒng)，這是為了加強(qiáng)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(shè)計(jì)電池組，核心技術(shù)還是掌握在自己手里。

但是我們更關(guān)心的是動力電池，也是就新能源汽車中的能量來源，目前動力電池中，鎳氫電池面臨淘汰，鉛酸電池全憑保有量在支撐，故目前以鋰電池最為主要。（如下圖）

先介紹幾個重要概念

能量密度方面電池肯定不如汽油，但是究竟差別多大呢？一箱50L的汽油可以大概跑600km,續(xù)航同樣里程的電動車需要多少電池呢？（如下圖）

下表列出了四類鋰電池的主要性能指標(biāo)差別。從表中可以看出，四類電池各有優(yōu)劣。那各汽車廠商究竟是憑什么選擇其中某種電池呢？哪種電池又將是未來的主流呢？

數(shù)碼電子產(chǎn)品對鋰電池安全性要求不高，鈷酸鋰電池最合適3C領(lǐng)域，特斯拉敢于使用此類電池也是未來得到超強(qiáng)的續(xù)航能力，但是同時其安全性能要打些折扣。

錳酸鋰電池因其不偏不倚的特征贏得動力電池最大的市場占有率，雖然其能量密度不如鈷酸鋰和三元鋰，但其他綜合性能相當(dāng)出色。

如果不是較低的能量密度限制了磷酸鐵鋰電池，其真的有可能成為動力電池中的霸主。安全性能和壽命這兩個關(guān)鍵指標(biāo)都是頂尖的。

如果說國內(nèi)把鋰電池的發(fā)展重心放在了磷酸鐵鋰電池上，國際動力鋰電池行業(yè)的新星非三元鋰電池莫屬，比鈷酸鋰電池更高的能量密度，成本低于鈷酸鋰電池，安全性也相當(dāng)可靠。不同車企對于動力鋰電池的選擇都有自己的考慮（如下圖）

動力電池發(fā)展趨勢

總結(jié)：

電驅(qū)由三部分構(gòu)成：傳動機(jī)構(gòu)、電機(jī)、逆變器。目前國內(nèi)外電動車的傳動機(jī)構(gòu)都是單機(jī)減速，即沒有離合、沒有變速。未來各電動車企業(yè)將會在傳動機(jī)構(gòu)上增加復(fù)雜性，同時降低對電機(jī)、電機(jī)變阻器的需求，即提高性能，降低成本。

電機(jī)由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子、殼體，電機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在定子、轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子即新能源汽車的主驅(qū)動電機(jī)，它承擔(dān)了與新能源汽車運(yùn)動相關(guān)的所有功能。新能源汽車的電機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)即為向前行駛，反轉(zhuǎn)即為倒車。

新能源汽車在正轉(zhuǎn)加速行駛過程中，電機(jī)為負(fù)扭矩，扭矩的精確意味著新能源汽車加速速度的快慢。當(dāng)扭矩產(chǎn)生誤差時，需要電機(jī)來完成的新能源汽車加速，里程數(shù)則轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰耐饶芰康碾姵貋硗瓿?，而電池的成本相比電機(jī)較大，因此新能源汽車電機(jī)的效率和性能至關(guān)重要。目前汽車專用點(diǎn)擊驅(qū)動系主要有三類：直流點(diǎn)擊驅(qū)動系、永磁同步電機(jī)驅(qū)動系、交流感應(yīng)點(diǎn)擊驅(qū)動系。

直流電機(jī)

感應(yīng)電機(jī)

永磁電機(jī)

逆變器是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的設(shè)備，若一臺電動汽車的逆變器能支持較高電壓，則相應(yīng)的電壓充電流較大，功率較大，這意味著同樣電流進(jìn)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(yīng)的充電時逆變器產(chǎn)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(guān)鍵問題，目前日本豐田對此研究較深入，例如其加硅碳技術(shù)的應(yīng)用。

新能源汽車電機(jī)、電控系統(tǒng)作為傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)(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(biāo)。同時，電控系統(tǒng)面臨的工況相對復(fù)雜：需要能夠頻繁起停、加減速，低速/爬坡時要求高轉(zhuǎn)矩，高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩，具有大變速范圍；混合動力車還需要處理電機(jī)啟動、電機(jī)發(fā)電、制動能量回饋等特殊功能。

電控方面，對于一般的主機(jī)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(tǒng)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(jī)的能耗直接決定了固定電池容量情況下的續(xù)航里程。因此，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)在負(fù)載要求、技術(shù)性能和工作環(huán)境上有特殊要求：

1，驅(qū)動電機(jī)要有更高的能量密度，實(shí)現(xiàn)輕量化、低成本，適應(yīng)有限的車內(nèi)空間，同時要具有能量回饋能力，降低整車能耗；

2，驅(qū)動電機(jī)同時具備高速寬調(diào)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(tǒng)要有高控制精度、高動態(tài)響應(yīng)速率，并同時提供高安全性和可靠性。

電機(jī)電控系統(tǒng)作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，其技術(shù)、制造水平直接影響整車的性能和成本。目前，國內(nèi)在電機(jī)、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠(yuǎn)落后于電池，部分電機(jī)電控核心組件如IGBT 芯片等仍不具備完全自主生產(chǎn)能力，具備系統(tǒng)完整知識產(chǎn)權(quán)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)仍是少數(shù)。

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(shù)，對三電零部件技術(shù)卻仍是處于沒有進(jìn)門的階段，畢竟不是一個領(lǐng)域，技術(shù)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(shè)計(jì)電池組與電池管理系統(tǒng)，進(jìn)而掌握動力電池技術(shù)彌補(bǔ)了這個缺陷。技術(shù)這種東西是需要積累的。

在2020年前補(bǔ)貼逐步下降甚至之后退出，對于主機(jī)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(shù)與市場博弈的關(guān)鍵階段，如果技術(shù)受制于人，降成本將難于上青天。