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有色快讯
汽车动力成本 、常用材料及技术要求、发展趋势解析
发布时间:2020-09-18 14:04:56 来源:上海有色网
9月18日讯:浙江龙芯电驱动科技有限公司总工程师曹红飞在2020(第二届)中国工博会新材料论坛-中国汽车新材料应用高峰论坛,暨中国(第八届)铝加工产业链供需交易峰会上就“汽车动力电机常用材料及其技术发展趋势”这一主题做了演讲,主要围绕汽车动力总成及电机成本压力分析、 动力电机降本途径、动力电机常用材料及技术要求、 电机核心材料及技术发展趋势这四个方面展开。
汽车动力总成本及电机成本压力分析
1.新能源汽车行业形势及国家补贴政策
电池价格逐年下降,但整车续航能力逐年提高,整车的重量越来越重且加速性能越来越好(对标特斯拉)。随着整车价格竞争愈演愈烈,动力总成功率越来越大,总成的成本比重和成本压力也越来越大。
2.成本组成及分析
电机占了电动力总成本的很大比重;
随着电力电子技术的发展和电机的材料成本将占到系统成本的一半以上;
由于国外供应链优于国内,国内企业需要发挥电机低成本优势,才能确保国产电动系统有足够的市场竞争力。
电机的主要材料都为金属,除结构件受加工费用有较大影响外,其余费用直接取决于原材料用量。 驱动电机的原材料成本随产量的提升成本基本不会变化。
3. 电机主要材料成本的变化趋势
虽然铝材料便宜了一些,但铝制品受加工费影响大,因此铝制零部件价格波动较小。
由于铜的材料成本占电机总成本的比例高,且加工费成本比例小,铜材价格上涨会直接推动电机成本上涨。
电机用稀土价格波动大,轻稀土总体价格略又回落,但重稀土价格上扬,导致电机磁钢价格基本不变。
4. 国内的电机主要材料物流通道分析
选择合理的地理位置可节省相当成本的电机物流费用;
长三角地区的电机材料配套最为齐全,但长三角地区的人力成本不一定有优势;
选择与客户就地建厂不仅可以降低物流成本还可能降低包装成本。
►硅钢片的供应商和物流通道
硅钢片消耗量最大,且利用率低于45%,硅钢片制作成的铁芯重量占整机重量超过50%,因此硅钢的物流成本最高。
►漆包线的供应商和物流通道
漆包线重量约为电机总重量的10~15%,物流成本同样相对较高。
►结构件物流通道
铝消耗量较大,占整个电机重量的30%以上,且铝结构件多为紧密加工 因此铝的物流成本也很高。
 动力电机降本途径
1.系统集成——节省结构和线束成本
优点:
电机和减速箱共用端盖,节省了结构成本 ;
电机和控制器电气直接连接,节省电气连接成  ;
从系统层面统一并确定各子部件的性能需求和热管理,优化了系统成本。
缺点:
售后维修无法单独进行
仅适合具备整体深度集成能力的供应商
集成给电机带来的技术挑战:
油冷却的设计和仿真;
绝缘材料的耐油问题;
有限电机空间——功率密度要求高。
2.  提高功率密度的意义和方法
受到导磁材料饱和影响,一般硅钢片在磁密超过1.95T后,电机很难再提高磁负荷B,且大部分驱动电机在峰值扭矩运行时都处于饱和状态,因此,提高功率密度很大程度上取决于能否取得更高的电流密度.
电机的损耗主要包括铜损和铁损,大部分电机的工作状况的主要发热损耗是铜损,电机的铜损和电机的电流密度基本是平方倍关系。因此提高电机的电流密度很容易导致电机过热,电机的过热能力受到绝缘材料限制,且绕组工作温度越高效率越低。
改善冷却效果,既可以提高电枢的导电能力,又可降低电枢温度进一步减少电机的铜损,冷却设计是降低成本的最有效途径。
3. 优化冷却设计提高电机电负荷,降低综合成本
减小热传递方向上的路径 L;增大换热面积 S;增加导热系数 λ ;此外增加导热途径(可能是在电机热设计中最有效的措施)。
4. HAIR-PIN电机技术及产品
►高磁阻扭矩
扁线绕组匹配等槽宽铁芯,使得电枢齿宽增加,避免了电枢铁芯过度饱和,不仅降低了铁损,还提高了电机磁阻扭矩效果。
►高转矩/功率密度
绕组有效截面积大、电枢槽内和绕组端部的空气填充少,导热和散热能力好。可以获得更大的功率和扭矩。
►低噪声
使电枢具备更好的刚度,对电枢噪音具有抑制作用;可以取相对较小的槽口尺寸,有效降低齿槽力矩,进一步降低电机电磁噪音。
►无需绑扎
绕组端部尺寸稳定,整形后不反弹,不需要绕组端部绑扎,节省了辅料成本;采用设备下线,下线速度比圆线绕组快速、简单。扁线电枢相比圆线电枢具备跟好的参数一致性,可以降低人工成本。
5. 提高磁阻扭矩比例,降低稀土用量
通过精确设计电机参数,控制关键参数(包括发热参数、反电势、短路电流、磁钢去磁电流等)设计余量,并合理分配,达到控制磁钢使用量的目的。
通过提高电机磁阻扭矩比例,用其他磁钢材料替代钕铁硼磁钢、采用新电枢工艺、冲片工艺、提高提高效率降低电机温升,减少贵稀土使用量。
研究新型非永磁电机及控制理论。(例如开关磁阻电机、磁阻同步电机、新工艺异步电机),寻找并设计能够替代稀土电机的方案。
动力电机常用材料及技术要求
目前,动力电机常用的材料主要是导线及绝缘材料、硅钢、磁钢、接线板座(bus-bar)。
漆包线主要技术指标
三次绝缘主要技术指标
硅钢片主要技术指标
铁芯的主要技术指标
bus-bar的主要技术指标
电机核心材料及技术发展趋势
1.行业需求关键点
整车对电机性能的5大关注要素为:高功率密度、低噪音、高效率、低成本、少连累
好的品牌必须依赖产品良好的确保可靠性,电机产品的制造技术和生产管理是确保产品竞争力的最关键因素。
没有一个理想的电机能够满足所有客户需求。
没有整车客户会在成本控制上让步。
2.新能源汽车行业需求趋势
整车动力总成平台化开发,且底盘空间尺寸越来越紧凑,整车空间越来越大;
越来越好的加速性能和越来越远的行驶里程;
单个车有多个动力单元,并且多个动力源高效协调工作。
增程器在乘用车将达到越广泛的应用;
3.电机技术形势分析
4.产品技术创新与管理
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