2025年美國(guó)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)電控“路線圖”解讀

美國(guó)能源部在2017年發(fā)布了電動(dòng)汽車發(fā)展2025路線圖規(guī)劃。對(duì)電動(dòng)汽車及其三電系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)給出了指導(dǎo)性意見。他們?cè)?013年發(fā)布過2020年路線圖，在全世界范圍內(nèi)形成了標(biāo)桿影響力，現(xiàn)在五年過去了， 新的路線圖對(duì)電機(jī)電控技術(shù)發(fā)展都作了哪些規(guī)劃呢？

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從2020到2025

2025年路線圖是2020年的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步延伸，主要是從效率、功率密度、成本方面作出指標(biāo)要求。其對(duì)電機(jī)電流的具體要求如下：

從中發(fā)現(xiàn)在電機(jī)效率、功率密度、成本方面都有較大的提升，不僅如此在可靠性要求方面，也從2020年的15年/15萬英里提高到了2025年15年/30萬英里。

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成本和功率密度要求進(jìn)一步提高

這份路線圖核心的要求是成本和功率密度，因?yàn)檫@關(guān)系到EV總體商業(yè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)。根據(jù)路線圖描述：在2025年，峰值功率為100kw的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，總成本要求達(dá)到6＄/kw，而這個(gè)指標(biāo)在2020年只有8＄。相應(yīng)的電控的要求在2025年達(dá)到2.7＄/kw，電機(jī)需要達(dá)到3.3＄/kw。

在功率密度方面，側(cè)重對(duì)功率體積比的定義。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)峰值功率密度要在2025年達(dá)到33kw/L，遠(yuǎn)高于2020年4kw/L的指標(biāo)，分解到電控需要到100kw/L，分解到電機(jī)需要到50kw/L，這兩個(gè)指標(biāo)分別是2020年要求的7.5倍和8.8倍。

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這個(gè)差距到底有多大？

一定的定量的概念，才能理解這件事情。我們常常分析的豐田prius，BMW都是什么樣的水平呢？pruis2010的驅(qū)動(dòng)總成成本要34.9$/kw，電機(jī)的功率密度才2.6kw/L,連2020年的目標(biāo)都沒有達(dá)到。

較新一點(diǎn)的BMWi32016版本的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)有一定進(jìn)步，其電機(jī)的功率密度達(dá)到9.2kw/L，電控的功率密度達(dá)到18.5kw/L,這超過2020年目標(biāo)水平，但未達(dá)到2025年水平，其成本數(shù)據(jù)也未公布。

U.S.Drive統(tǒng)計(jì)了2017年領(lǐng)先企業(yè)的技術(shù)指標(biāo)，其平均水平如下表，在功率密度方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，基本達(dá)到了2015年要求，但成本仍然偏高，可見成本是關(guān)鍵之中的關(guān)鍵。

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這個(gè)差距到底有多大？

更進(jìn)一步我們對(duì)照控制器和電機(jī)的目標(biāo)成本目標(biāo)模型。100kw的控制器，功率模塊和驅(qū)動(dòng)模塊成本需要達(dá)到59美元和60美元，功率模塊成本占比需要從39%降低到23%。

在電機(jī)方面，一個(gè)100kw的電機(jī)總成本330美元，其中磁鋼的成本需要達(dá)到13美元，占比從現(xiàn)在的8%降低到4%。

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這份路線圖是怎么設(shè)定出來的：倒逼

指標(biāo)提這么高，真是蠻橫霸道不講道理，之所以設(shè)定這么高的要求，肯定不是參考了現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，更多的是為實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)目標(biāo)。其假設(shè)前提條件是要在2025年達(dá)到純電動(dòng)汽車在汽車市場(chǎng)占比10%，在2040年占比35%的目標(biāo)，必須要在成本和體積效率上有更大的突破，從而獲得相對(duì)傳統(tǒng)汽車的競(jìng)爭(zhēng)力。從市場(chǎng)到產(chǎn)品，從汽車總產(chǎn)品再到電機(jī)電控子產(chǎn)品一級(jí)一級(jí)往下分，就是這么些指標(biāo)，這是令全行業(yè)都敬畏的數(shù)字。

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有沒有人可能達(dá)到目標(biāo)

還真有可能， 橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室就在2017年開發(fā)出一款電機(jī)產(chǎn)品，在功率密度、成本都能超過了2020年要求。這款電機(jī)是鐵氧體永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子采用雙層SPOKE結(jié)構(gòu)，經(jīng)過測(cè)試這款峰值功率為103kw的電機(jī)，轉(zhuǎn)矩密度比prius2010提高了10%，最高轉(zhuǎn)速提高了20%。

如果以9000rpm 103kw的峰值工況工況計(jì)算，該電機(jī)功率密度達(dá)到10.3kw/L，成本降低到4.4＄kw,實(shí)現(xiàn)了2020的目標(biāo)。其采用的核心創(chuàng)新點(diǎn)就是無稀土技術(shù)和自動(dòng)優(yōu)化算法。

當(dāng)然離2025的目標(biāo)還有差距，但后續(xù)的電機(jī)方案已經(jīng)在優(yōu)化中。在下一代的產(chǎn)品中，功率密度會(huì)提高50%達(dá)到16.2kw/L，4.5kw/kg，轉(zhuǎn)矩密度達(dá)到32Nm/L，8.9Nm/kg。也算是往前進(jìn)了一大步。

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路在何方---技術(shù)突破

為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，路線圖中也給出了相應(yīng)的技術(shù)路線。這里介紹下電機(jī)的方面的發(fā)展路線。我們不完全的總結(jié)了下大致分三個(gè)方向：

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給我們帶來的啟示

美國(guó)制定路線圖意圖就是強(qiáng)力推進(jìn)本土企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，DOE明確宣稱，現(xiàn)在的目標(biāo)是已有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的，從2015到2020需要一次技術(shù)突破，從2020到2025年還需要一次技術(shù)突破 ，只有勇于向前的企業(yè)才能脫穎而出。作為跟隨者我們?cè)摵稳ズ螐?？?chuàng)新、創(chuàng)新、創(chuàng)新重要的事情說三遍，企業(yè)一定要建設(shè)自己的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，跟隨模仿的老路已經(jīng)越來越窄了。