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低速电动车企对电机驱动系统的选择标准及配套情况

时间:2017-10-18 09:30:59 阅读: 来源:一览众车 分享到:
低速电动汽车是指速度低于70km/h的简易四轮纯电动汽车。一般最高速度为70km/h,而外形、结构、性能与燃油汽车类似。目前在山东、河北等地,此类低速电动汽车一般用铅酸电池作为驱动,且市场需求巨大。

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低速(微型)电动车市场空间巨大

一览众咨询统计,2015年全国新能源乘用车产量20万辆,仅山东省低速车产量就超过30万辆,全国低速车产量预计在65万辆。其中超过95%的低速电动车动力电池为铅酸电池,锂电类低速车占比不到5%。

图表1微型低速车与新能源乘用车产量对比

目前,通过一览众咨询调研数据来看,2016年我国低速电动车产量规模超过100万辆,增长率超过50%。2017年开始,相关标准及整顿已成为行业关键词,短期内对企业的产销有一定的抑制作用,预计未来两年增速会放缓。

图表22015-2022年中国低速电动车产量增长趋势图

 

近两年来,低速电动汽车也开始“微型化”,逐渐摆脱低端的“屌丝”形象,因此一览众咨询认为未来两种产品形态(“低速”与“微型”)将会趋于统一,现有铅酸类低速代步车产品将逐渐升级为锂电池微型电动汽车。

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低速(微型)电动车企选择电机及控制器供应商的标准

电动车辆的技术难点在于电池性能,促使电动车技术主要集中在两点:

一是在电池技术难以逾越的瓶颈下,如何提高电能使用效率、提高电动汽车续驶里程,提高电池寿命,是电动汽车行业关注的焦点,因此选用符合电池特性的驱动电机是提高电动车辆性能的关键,所选电机要效率高、使用电流小、启动电流小,避免电池瞬间大电流放电,电机能量回馈性能好。

二是电动车主要用于城乡交通,车辆大部分时间处于启动、加速、制动的工作状态,因此电机的起动性能(起动转矩/起动电流)、加速性能、低速时的效率、制动及滑行时的能量再生能力、电机的过载能力、能量密度、可靠性对电动车尤为重要,是衡量电动车电机的重要指标。

基于以上两点,低速电动汽车企业在选择供应商产品的时候,理想的电动车电机须既要符合电池充放电特性,又要符合电动车的负载特性。

低速电动车电机主要有:有刷直流电机、交流异步电机、开关磁阻电机和无刷直流电机。

 

1、有刷直流电机:分串励电机和他励电机 优点:启动转矩大、过载能力强。 缺点:需要定期更换碳刷、效率低、体积大、防护能力差、能量回馈差;由于受机械换向的影响,电机只能在中低速下运行。

串励电机的机械特性软:扭矩增大,转速降低很多,就是在增大负载或爬坡的时候,自动降低速度,比较适合电动车的使用特性;但是串励电机下坡的时候,踩油门加速会因转速过高而烧坏电机;如果控制器驱动管击穿,电压全加到电机上,电机速度急剧上升,发生“飞车”现象。

他励电机的机械特性硬,扭矩增大,转速降低很小;他励电机有速度保护,还可以利用刹车能发电。

2、交流异步电机:优点:结构简单、电机本身可靠性高。 缺点:起动转矩小、起动电流大、电机要靠增大启动电流来产生大转矩;控制复杂(需要逆变器),能量回馈性能差。

3、开关磁阻电机:优点:在低速时具有较大的转矩。缺点:低速振动大、噪声大、效率偏低,能量回馈差。

4、无刷直流电机:

优点:

电机外特性好,非常符合电动车的负载特性,电机具有低速大转矩特性,能够提供大的起动转矩,满足车辆的加速要求。

速度范围宽,电机可以在低中高大速度范围内运行。

电机效率高,尤其是在轻载车况下,电机仍能保持较高的效率,这对珍贵的电池能量是很重要的。

过载能力强,满足车辆的突起堵转需要。

再生制动效果好,在汽车下坡或制动时电机可完全进入发电机状态,给电池充电,同时起到电制动作用,减轻机械刹车负担。

电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。

电机无机械换向器,采用全封闭式结构,防止尘土进入电机内部,可靠性高。

电机控制系统比异步电机简单。

控制器驱动管击穿,电机停转,不会“飞车”。

缺点:电机本身比交流电机复杂,控制器比有刷直流电机的控制器复杂。

低速电动车在选择电机供应商时一般会考虑以下几方面的因素:

1、留有余量:电机选择留有20%的余量,防止电机损坏。一般提供以下信息,电机厂家就可以协助计算出电机的功率、转数、扭矩等参数。包括:设计车速、车轮半径、自重、载人后总重量、最大爬坡能力等。

2、配套使用:电机和减速器、电机和控制器要匹配;电机厂一般同时提供减速器的参数,或配套减速器。

3、防护等级:电机一定要防水、防尘,否则容易损坏; 市面上有些低端电动轿车,下雨后或洗车后没法开,多数是因为电机防水性能差。有刷电机的防护等级必须≥IP44,无刷电机的防护等级较高,一般可以达到IP65以上。

除了电机本身防水,还要注意引线端子的防水,应该是直接引出线或者配防水接插件,接线螺母的方式不可取;如果为节约成本,选用接线螺母的方式,在接线后应该在端子处摸黄油,以防止水气和盐雾腐蚀。

4、工作电压:在保证安全的前提下,工作电压尽可能 高一些,以减少工作电流,延长蓄电池寿命。

同等使用条件下,如果选用交流异步电机需要增大功率,控制系统成本很高,不适宜低速电动车选用。开关磁阻电机还有待改进,暂时不宜采用。轮毂电机面临电子差速的难题,也不适宜在低速电动车上使用。

有刷电机和无刷直流电机,经济性对比如下:

图表3低速电动有刷电机和无刷直流电机经济性对比

 

数据来源:公司资料、一览众咨询

串励电机虽然具有软的机械特性,比较适合电动车的负载特性,但有效率低、易烧毁的缺点,不推荐采用。

他励电机性价比优势明显,可以在低端车上采用,但要培训经销商,定期检查、更换碳刷。一般选用带刹车发电的控制器,可延长续驶里程和蓄电池使用寿命。

无刷电机是发展方向,在2KW以下物美价廉,可以在轻便车上使用。高于3KW以后,整体成本较高,主要与批量小、研发成本分摊高有关。大功率无刷电机可以针对相对高端的客户使用,不需要定期维护。

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主要低速(微型)电动车企业电机及控制器配套情况

目前,低速电动车电机及驱动系统供应商大多为行业中低端品牌,价格是整机厂考虑最多的因素。从电机类型来看,交流异步电机、直流串励有刷电机是最常用的电机类型。

图表4主要低速电动汽车电机配套供应商情况

 

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低速(微型)电动车企对电机及控制器供应商的评价

低速(微型)电动汽车发展到现在,驱动系统的技术升级主要经历了三次重大的技术改造。分别是:

第一代嫁接场地车驱动技术,直接将场地车的串励控制器及电机装到小汽车车壳里面;

第二代开始针对小型电动汽车的结构和特性,有针对性的设计驱动系统,更具有调速换向优势的他励电机及控制器逐渐替换掉串励系统安装在微型电动汽车里面;

第三代驱动系统更接近电动汽车的要求,对于小型电动汽车的使用特性,交流电控驱动系统显得更加适合,控制器及电机的稳定性越来越强,控制算法和控制策略也更加先进。

 

目前永磁同步电机在高速电动车上面应用的比较多,最具有代表的便是比亚迪秦,永磁直流无刷电机的使用最具代表性的是新大洋与众泰合作推出的知豆D系列车型。

这两种电机的转子磁极都选用的是稀土永磁材料,稀土永磁材料可能会随着使用时间的增加存在退磁的风险,导致输出力矩减小,热损耗增加。

特别是在低电压大电流环境中,长时间的工作、半坡驻车会导致电机内部温度过高影响电机寿命甚至严重退磁。这些客观存在的问题也是要经过时间的检验。

低速微型电动汽车方面并没有大规模采用以上这两种型号的电机,其主要原因目前稀土永磁材料的价格偏高,整体来讲应用于汽车领域的永磁同步电机和永磁直流无刷电机价格相对于同等功率的交流异步电机要高出很多。

对于价格因素比较敏感的微型电动汽车并没有充足的理由和时间来接纳这两种电机作为驱动电机。

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