2017年10月,美国能源部(U.S. Department of Energy )发布了《新能源汽车电机电控2025技术发展路线图》,此份文件由US.Drive组织牵头,这是个具有政府背景又联合了企业力量和非盈利机构的联盟组织,集合了福特、 通用 、UQM等生产企业,也有Electric Power Research Institute、橡树岭实验室等研究机构。可以说代表了美国在新能源汽车电机电控领域的顶尖技术。
该机构在2013年发布了2020年电动汽车技术发展路线图,在全世界形成了巨大影响力,引领了行业的发展,时隔五年之后发布的2025路线图,又对电机和电控的技术指标、成本和发展路线做了哪些规划和引领呢?下面让我们进入正文。
▲图1:电驱动系统构成,从充电桩到变压器,到电池,到转换器,到驱动电机。
▲图2:新能源汽车类型(从左至右:油电混合动力汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车)
▲表1:新能源汽车动力布置型式及功率表
▲图3:1999-2017新能源汽车年度销量百分比走势图
▲图4:2008-2017新能源汽车发动机功率范围走势
▲图5:2015-2040传统燃油车及新能源车销量预测图
报告中对2025年时间节点提出的各项技术指标、成本指标等等都是根据市场情况和销量预测“倒逼”出来的,虽然很残酷,但是很真实。对美国能源部来说,能不能完成是你们的事,提不提是他的事。
▲图6:左:雪佛兰2017新能源车,右:未来的电动车底盘
另外在这份报告中,功率密度采取的评价单位是功率体积(KW/L),而不是我们熟悉的功率重量(KW/KG),美国人的脑回路是这样的:重量并不是passenger(乘客)能够直接感知的,但是车辆的有效使用空间却非常直观。
▲表2:驱动系统(ETDS:Electric Traction Drive System)成本和功率密度规划,2025年驱动系统成本要降低到每千瓦6美元,相比2020年的8美元/KW降低25%。功率密度要从2020年的4KW/L提高到33KW/L。
▲表3:电控系统指标分解:电控系统要从2020年的13.4KW/L提高到2025年的100KW/L,提高7.46倍。成本要从3.3美元/KW降低到2.7美元/KW。
▲表4:电机指标分解:电机功率要从2020年的5.7KW/L提高到2025年的50KW/L,成本要从4.7美元/KW降低到3.3美元/KW。
电控成本(2025相比2020)要降低18%,电机要降低30%,电控和电机的功率密度都要求大幅提升。
对整个驱动系统来说,美国能源部要求从2020年的4KW/L提高到2025年的33KW/L,意味着功率体积要在5年间提升8.25倍!
可以非常肯定的说,美国能源部定这个指标绝对是闭着眼睛(拍脑门儿)瞎定的,根本没有考虑技术可行性,对,就酱,考虑技术可行性不是美国能源部的事,是你们企业研究院和技术中心的事,是大学的事,是研究所的事。
▲表5-表8(略)
▲图7:2015电控系统成本构成
▲图8:2015电机成本构成
▲图9(略)
▲表9:2025电控系统成本构成
▲图10:2025电控系统成本构成
美国能源部DOE(Department of Energy)的这份报告并不是依据现有技术向前推论得到技术发展路线,而是根据市场趋势和新能源车销量占比来确定关键主要指标,反推得到数据,通过层层分解得到这个让所有人都几乎喘不过来气的指标,这个数据目前来看是几乎无法达到的,但如何达到是大学、研究所和企业研究院和技术中心的事,作为政府机构的职责就是提出目标。
▲图11
▲图12
美国能源部的这种做法,跟我国纯电动汽车的发展战略的做法非常相似,我国对电动汽车产业的发展采取积分制,而不是过去政府直接插手技术领域和企业管理,积分制的本质就是倒逼企业进行电动汽车技术创新,补贴政策直接催生市场的启动,但是又没有把手伸得很长去做那些自己不擅长的事,而把具体该怎样去做的决策和执行部分留给企业,可以说是很高明的做法。
比如补贴退坡,我们还应该注意到,随着时间的推移和演进,补贴的标准越来越高,那些低速和续航里程不够长的车型越来越难以拿到补贴,这就是倒逼企业进行技术升级,而老车型并没有像传统燃油车那样修修补补继续卖,而是直接停产,这种政策立竿见影的效果是企业更加快速和主动技术技术升级,政府真正发挥了应该发挥的作用。
▲表10略
▲图13略
▲图14
虽然 这份报告是美国能源部发布的,技术指标、成本和发展路线也是针对美国企业的,但并不是对中国企业没有借鉴意义;诚然中国已经是新能源汽车全球最大的市场(传统车也是),无论广义的新能源还是纯电动,全球销量冠军都是中国企业(比亚迪、北汽新能源),但是我们具体到技术领域,比如电控,比如电机,比如EDS驱动系统,国外还有大量巨头虎视眈眈,比如博世、吉凯恩、采埃孚、舍弗勒等等,这些巨头的技术能力不见得比国内企业弱。有些领域我们还要不停追赶,美国能源部定的这些指标有的甚至“不讲道理”,但是即使有一个错误的目标也比没有目标好,更何况目标哪有对错,只是完成百分比的问题,国内企业以美国能源部发布的指标为牵引进行技术开发,时刻关注隔壁老王的武功进展,不停地提高自己的修为,仍然是有意义的。
美国新能源汽车电机电控技术2025年路线图是2020年的基础上的进一步延伸,主要是从效率、功率密度、成本方面作出指标要求。
为了实现目标,路线图中也给出了相应的技术路线。比如电机的三个发展方向:
第一大类是新材料的应用,高导热的材料能够提高传热能力,高耐温的的材料(比如陶瓷绝缘铜线)能提高耐热等级。
第二类就是新电机方案的创新,比如无稀土电机技术能够降低电机成本,串并联切换绕组方案能够解决高低速效率平衡问题。
第三是新建模方法和新优化方法的发展,如何更好的理解硅钢、磁钢等材料的物理性能--比如高频损耗、超薄硅钢的导磁能力等等。
美国制定路线图的目的就是强力推动企业技术创新,DOE(美国能源部)明确宣称:2025的目标是现有技术无法实现的,从2015到2020需要一次技术突破,从2020到2025年还需要一次技术突破 ,只有勇于向前的企业才能脱颖而出。
本文只摘抄了原报告中很小一部分,受篇幅限制和小编翻译水平限制没法再写更多了。通过此文,我们建议有条件的企业一定要建设自己的核心技术竞争力,引领技术发展而不是跟随,当所有人都跟随你的节奏的时候,你才是真正的老大。中兴的事件已经给了我们足够的警醒, 跟随和模仿的路已经越来越走不通了。
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