我国新能源汽车发展到哪一步了,新能源汽车的三电有核心技术专利或攻克成果吗,如果有的话,为什么家电不采用新能源汽车的电机技术呢?原因是什么?
汽车行业正在经历电动化与智能化的变革,题主提到的“三电技术”就属于电动化的范畴:电池、电机、电控。
从三电技术来看,我认为是有突破的,用数据来说话:以电池为例,中国企业的出货量由2011年的1.08GWh上升至2017年的62.35GWh,市场占比由2.32%上升至42.1%[1],由弱变强、努力追赶。
到2021年第一季度,前十名过半为中国企业,其中宁德时代装机量占比31.5%[2],天下三分独占一分,稳居第一,完成了反超。
有人可能质疑:题主问的是“技术突破”,你光在这里扯产量有用吗?
我的回应是:锂离子电池可不是种白菜、造玩具、织衬衫,只要投入资源与劳动就可以提高产量;取得领先销量的前提,就是电池综合性能必须先进;再说具体一点,宁德时代的CTP技术[3]、比亚迪的刀片电池[4]不就是电池技术突破吗?
那电机呢?
不像电池有一段从落后到反超的故事,中国的造车新势力从一开始就能用上自主品牌的先进电机:例如小鹏P7用的精进与方正的永磁同步电机,蔚来ES6则用的自家蔚然动力的永磁同步电机与感应异步电机。
为什么说永磁同步与感应异步电机比较先进呢? 首先我们看一张经典的电机分类图:
一开始,电机都是结构与控制都比较简单的直流电机。直到20世纪60至80年代,随着空间矢量调制控制技术(SVPWM, Space Vector PWM)、IGBT的发明与商业推广和先进处理器的发明使用,交流电机才得以蓬勃发展[5]。
永磁同步电机与感应异步电机均属于交流电机,它们用上了先进的控制理论、功率电子技术、信号处理器件,那么和直流电机相比性能如何呢?
如下图[6],咱们做个对比就可以发现,永磁同步电机是其中的佼佼者: 功率密度最高、峰值效率最高、可靠性优秀。用通俗的话来概括就是:小而轻,劲大又省电,还不容易坏!要说缺点,主要是成本较高。
咱们自主品牌电动乘用车大多搭载了先进的永磁同步电机,而且大部分是国产的[7]:
综上,从电池与电机核心零部件国产化的角度来看,我国新能源汽车三电技术肯定是有突破的,起码要比燃油车核心零部件的突破要大。
首先,我没有查到直接将车用电机应用到洗衣机上的案例。想想这也很自然:车用电机功率一般在50-200kW,比洗衣机的功率大了几百倍甚至上千倍,肯定不适合直接装上去用。那我们换个角度来看这个问题:观察电动车与洗衣机的电机应用史。
1881年,法国人古斯塔夫制造了世界第一辆电动车[8],使用的是直流电机。直到100年后,德国大众和日本丰田才分别于1992年和1996年第一次使用了永磁同步电机。
那电机在洗衣机上的应用处于什么阶段呢?以走在行业前列的海尔为例:
斐雪派克直驱电机属于电机的哪一类呢? 光从名字还看不出来,于是我们来到斐雪派克官网[9],找到电机产品手册并下载:
从产品手册可以查到线索:此电机有36个转子磁极(rotor poles)和27个定子线圈(stator poles),最高转速1400rpm,基于正弦波反电势的无速度传感器矢量控制 —— 确定无疑了,这就是典型的永磁同步电机。
也就是说,十几年前,洗衣机行业还在使用古老的串励直流电机;就在短短几年之后,以2012年全资收购斐雪派克为契机[10],海尔一举将洗衣机推进了先进的永磁同步电机时代。
从这个意义上说,新能源汽车的车用电机虽然没有直接应用到洗衣机上,但在海尔的推动下,以先进的控制理论、功率电子技术、高性能信号处理技术支撑的永磁同步电机技术应用到了洗衣机上。
那么问题来了,斐雪派克直驱电机与车用永磁同步电机极其相似,有必要用在洗衣机上吗?是“大炮打蚊子”吗?创新必须从用户需求出发、解决用户痛点,为创新而强行创新的事情,干不得。
首先,我们通过动图来直观地看一下直驱与非直驱这两种驱动形式,可以看出三个主要区别:
皮带传动,发挥着类似汽车变速箱的作用 —— 将电机的小转矩放大,然后才能驱动洗衣机滚筒。如此一来,就可以使用转矩较小、成本较低的电机来驱动洗衣机内筒,但也要付出一定的代价:一是皮带传动故障率高,二是皮带老化时机器晃动,噪音大。
斐雪派克直驱电机取消了皮带传动,直接由电机驱动洗衣机内筒,其中一个原因就是永磁同步电机的转矩密度大,即便洗衣机内部空间有限,也可以布置足够高转矩的直驱电机。
与永磁同步电机在很大范围内都有恒转矩输出的外特性不同,串励电机的转矩随转速增加而减小。
因此我们可以看到:在内筒循环往复式的旋转过程中,直驱电机可以很快加速到目标速度后平稳旋转。串励电机驱动内筒的加速过程慢长,因此速度不平稳。
有数据显示,在滚筒负载30公斤的情况下,转矩为31Nm的斐雪派克直驱电机仅需要5秒钟即可实现500rpm的转速,而转矩为2.8Nm的传统皮带电机则需要50秒。
直驱电机驱动内筒的加速快、速度平稳的特性,可以为使用者带来两个显著的好处:
三、控制更加精准
单相串励电机往往采用VF控制,在负载变化时容易引起转矩与转速的振荡[11],而且在改变运动方向时,皮带本身的形变也会带来位置控制上的误差。相对来说,直驱电机的矢量控制就非常鲁棒且精准。
转矩控制精确是“大炮打蚊子”吗?并不是,对洗衣机来说,转矩控制精确,就可以实现90°摇篮柔洗功能,可以在保证洗涤效果的前提下,有效防止整圈旋转中的摔打现象对轻柔、真丝等高端衣物的损坏。
页面更新:2024-04-16
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