由汽车评价研究院、世界十佳电驱动系统评委会主办的第三届世界十佳电驱动系统与世界十佳电动车年度车型颁奖典礼暨世界电动汽车品牌成长论坛于4月19日在北京机械工业出版社举行,专家学者、业界精英,围绕电动汽车产业的发展现状与未来展望展开深入讨论,共同寻找解决之道,以确保电动汽车产业能在挑战中捕捉机遇,在变革中继续健康成长。
为满足电驱动系统的评价特点,本届电驱动评选委员会盛情聘请哈尔滨理工大学教授、教育部汽车电子驱动控制与系统集成工程研究中心首席科学家、俄罗斯工程院外籍院士蔡蔚作为评委会主席。在颁奖典礼上,蔡蔚发表以“十佳电驱动现状与未来电驱动技术趋势”为主题的致辞。
感谢在座各位给予我这个机会做分享。今天,我想从三个方面分享电驱动的相关现状,以及下一步电驱动的创新方向。
中国电力行业的低碳发展轨迹如下:2022年中国年发电量中化石能源发电占66.55%,预计2025年这个数值将下降到61.4%,到碳达峰的2030年降至55.3%,实现碳达峰的目标。预计到碳中和的2060年,化石能源发电量占比将进一步下降到9.2%,其中煤发电只有3.7%。
从油井/煤井到车轮(W-to-W)的车辆碳排放比较上来看,如果将一台6.31L/100km的A级燃油车与电耗14kWh/100km的纯电动A级车作比较,前者每运行1万公里,从油井到油箱的碳排放量为0.126吨,车辆运行的碳排放量为1.5吨,合计排放1.626吨;后者假设按照2022年热力发电占67%来算,电站到电池的碳排放量为0.91吨,车辆运行不产生碳排放,合计排放0.91吨。两者比较来看,电车相对油车而言,减少了44%的碳排放。即使假设2021年的热力发电占比为100%的煤发电线%的碳排放量。所以车辆实现碳中和的目标,就是尽可能用非化石能源发电,或者利用碳中和燃料发动机或者捕捉二氧化碳循环利用等方式实现。
2023年全球新能源汽车销量接近1500万辆,渗透率接近16%,其中中国、欧洲、美国的新能源汽车销量占全球市场占有率85%-90%,中国的销量虽然很高,但欧美新能源汽车销量也有一定的基数,并且也在不断的提高。进一步来看,全球纯电动车和插电混合动力车型的销量同比提升速率接近,但在中国,插电混合动力车型销量增速远快于纯电动车型。此外,虽然新能源汽车中包含燃料电池汽车,但目前仍处于早期开发阶段,暂时没有成为一个燃料电池汽车产业。
从参与本次十佳电驱动评价的车型看,目前各个车企的电驱动总成峰值功率密度在2kW/kg至2.5kW/kg的范围。从我本人牵头制作的《节能与新能源汽车技术路线》电驱动路线年度评价结果来看,中国电驱动平均产业水平与国外不相上下,但在个别尖端领域还有一些差距。比如驱动电机有效峰值功率密度自主品牌最好的为12kW/kg,而国际大品牌两年前就已达到15.67kW/kg。相比路线秒,这里被比较的中外品牌电机的峰值功率维持的时间都缩短到只有10-15秒。这样的峰值功率维持的时间也许已经满足了实际车辆需求。但若遇到持续快速上坡超车等特殊情况,峰值功率运行时间也许持续10-15秒不够。
目前中国的电机系统、电驱动总成的前十名企业占据的市场占有率均超过70%,同时也可看到我国电驱动自主的能力有了很大的提高。但是将获奖产品与国际领先的单电机/双电机产品的有效峰值功率密度相比,中国产品仍然有较大的差距,还需努力。在这点上,已经有企业通过研究非晶和纳米晶等导磁材料来制造高功率密度电机,但存在大批量生产的挑战。
在国外,宝马、法里奥等企业开发有刷励磁同步电机,而、采埃孚等也在研究感应无刷励磁同步电机,不过后者尚未进行大批量生产,这样的一种情况与欧洲钕铁硼等稀土永磁材料的产量相关,欧洲的量产能力有限,但不想依赖稀土永磁材料市场占比很高的中国,于是选择了少稀土或无稀土的励磁同步电机。相反,中国并不缺制造稀土永磁同步电机的材料,因为中国轻稀土矿藏储量和永磁体产能足够多。但是镝铽等重稀土仍面临资源调战,所以中国的永磁同步电机的制造应该以减少镝和铽的使用,即降低重稀土的用量为目标。
在电动、智能、低碳态势下的新能源汽车研发布局下,下一代电驱动技术创新的方向有如下几点:
1. 中国不仅应该研发纯电驱动和插电混合动力技术,也要研发不插电的混合动力路线。在研发上有三点关键技术:一是高效、安全的新型车用动力电池体系;二是新一代新能源汽车底盘和电力架构;三是车、能、云、路联合的智能驾驶系统。
2. 面向碳中和的混合动力应该使用零碳燃料发动机,未来发展终极目标是“零碳+节能”,即零碳发动机与电机的混合动力系统。
3. 代表新质生产力和低空经济增长点的新能源飞行汽车也是应该研究发展的方向,但一定要有序发展,不能一次性使得所有车辆“上天”。
4. 未来电动化的汽车功率、电压和适合高功率密度的电机转速会不断的提高,但不能无限制地提升,需要整个产业链跟上发展,未来发展应该是低直流、交流电阻的“发卡式”扁线绕组,高频、耐高温、低损耗的碳化硅功率芯片,油冷或油水复合冷却,并结合高效变速器。否则,电机无法无限制提高转速,轴承、齿轮和热管理等会跟不上超高速电机系统的需求。
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