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新能源汽車“燎原之態”:一場以電驅動產業技術革命急劇上演

2009年,隨著“十城千輛工程”的啟動,新能源汽車開始走進尋常百姓家,自此也揭開了我國汽車產業“換道超車”的序幕。截至今天,我國新能源汽車已遍地開花。有數據統計,今年1-5月,我國新能源汽車累計產銷已雙雙超過200萬輛,年底有望突破500萬輛。短短十余年,新能源汽車已從當初的“星星之火”發展到了今天的“燎原之態”。

一場電驅動產業技術革命正在急劇上演

發展新能源汽車是汽車產業轉型升級的主要方向,是推動綠色發展、保障能源安全的戰略選擇,也是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。隨著“雙碳”目標的推進以及綠色低碳的到來,汽車電動化已成為不可逆轉的趨勢。

有業內人士預計,到今年底,我國新能源汽車滲透率或可達35%。但新能源汽車的高速發展,離不開關鍵核心部件和技術的支撐,尤其是電驅動系統的出現為我國新能源汽車的高質量發展注入了“強心劑”。

不少業內專家表示,與傳統汽車不同,新能源汽車中最重要的核心系統從內燃機變成了電驅動系統,而且電驅動系統也將成為新能源汽車企業之間競爭的重要標桿。

當前,國內新能源整車企業和零部件企業,正處于發展的關鍵期。一方面,傳統車企正逐步轉型,大力發展電動車,爭取在新的市場戰爭中站穩腳跟;另一方面,新興新能源車企如雨后春筍般出現,吸收了大量社會資本,大有群雄逐鹿之勢。但在繁榮背后,卻是核心技術的虛脫。

因此,一場以電驅動產業的技術革命正在急劇上演。

分布式驅動技術成為了焦點

發展從來都不是一蹴而就。隨著新技術的不斷推進,新能源汽車正在進行第三代技術革命。其中第一代電驅動技術,是分立式電機和控制系統,能滿足基本需求;第二代,是面向新能源車的集成化技術,將電機、減速器和控制器集成,讓產品的功率密度更高;第三代技術則朝著兩個方向發展,一個是多電機/多擋化驅動,一個是分布式驅動。

尤其是在電動化、智能化、網聯化的發展趨勢下,汽車已經由交通運載工具逐步轉變為能源中心、算力中心、智能終端和新型移動出行載體。“軟件定義汽車”也逐漸成為汽車行業的共識。

在“軟件定義汽車”理念的影響下,整個汽車行業傳統的車輛工程設計思維發生著翻天覆地的變化,主機廠和供應商的關系正在重構。電動化和智能化帶來的深刻變革,架構要做到軟硬件深度融合。

隨著智能電動車時代的到來,自動駕駛的不斷升級,智能座艙的不斷更新使得車輛對于底盤的要求在逐漸改變。由于傳統燃油汽車內燃機體積、重量大,形狀不規則,不論是前、中,后置,對整車的內部空間影響很大,限制了車輛進化的可能和創新。而電氣化、智能化的滑板底盤結構整,設計約束少,將成為自動駕駛時代移動空間的基礎。

所以,無論是在“軟件定義汽車”的當下,還是在滑板底盤技術興起的“明天”,采用多個獨立的驅動源代替集中驅動源的分布式驅動技術的發展得到了越來越多企業和研究機關的重視,成為了行業前沿研發的焦點。特別是采用多個輪邊/輪轂驅動單元的分布式驅動電動汽車更易實現車輛底盤的模塊化設計和制造,為車輛模塊化、系列化開發和車內空間設計創造了更大的發展空間。

軸向磁通電機是分布式驅動的核心

其實,早在1900年,保時捷就開發了前輪輪轂電機驅動的Lohner電動車,在汽車動力系統電動化轉型的趨勢下,年來國內外相繼研究開發了不少各具特色的分布式驅動電動車。其中21世紀初,美國通用的概念車Autonomy和日本豐田的概念車Fine-X,預告了分布式驅動對汽車設計和動力學控制的全新變革;2002年,同濟大學又研發了四輪分布式驅動電動概念車“春暉一號”……

盡管分布式輪邊/ 輪轂電驅動系統有多種技術優勢,是未來的發展趨勢,但仍面臨著一個不可回避的難題。

由于輪邊/ 輪轂電驅動系統將電機引入車輪端,大幅增加了車輛簧下質量,引起整車簧載質量與簧下質量之比嚴重失衡,導致車輛的行駛能尤其是車輛的垂向能發生了很大變化,這是制約分布式驅動電動車發展的一大難題。

在分布式驅動技術的深入下,一種新型的核心技術——軸向磁通電機的出現恰好解決彌補了它的不足。據悉,軸向磁通電機的核心技術優勢在于結構上旋轉轉子位于定子的側面(而非定子內部),進而轉子具有更大的直徑尺寸,而轉矩=力×半徑,因而能夠在相同的力作用下獲得更高的轉矩輸出。這意味著在提供相同永磁材料和銅線材料的前提下,能夠獲得更高的轉矩輸出。通常采用新型軸向磁通電機的設計能夠比采用傳統徑向磁通電機的設計提升轉矩密度30%以上。

由于軸向磁通電機具有結構緊湊、扁超薄、體積小、重量輕、功率密度高的技術特,天然適合分布式驅動。十年來許多開發商努力改進該技術,以使其逐漸適用于電動摩托車、機場吊艙、運貨卡車、電動汽車、甚至電動飛機等新的應用場景。

其實1821年法拉第發明的人類歷史上第一臺電機就是軸向磁通電機,但同樣雖然因為材料、工藝等方面的難題,該項技術開發主體主要集中在國外少數高新科創企業和大學研究團隊,當前主要集中于高端應用,尚未實現大批量規模化生產。其中,國外以YASA知識產權布局最為全面,國內以盤轂動力知識產權布局最為全面。

尚需更多基礎核心技術突破

汽車產業是我國現代裝備制造業中的龍頭產業之一,是國民經濟的戰略、支柱產業。創新驅動,對推動汽車產業可持續發展有著十分重要的作用。如今,汽車電動化、智能化已成為全球趨勢,發展智能新能源汽車是實現我國汽車工業由大變強的國家戰略。

年來,我國的新能源汽車市場迅速崛起,隨著在環保、經濟、便捷等方面的優勢日益凸顯,新能源車保有量快速增長。不過,這些年我國在新能源汽車推廣上風生水起,但在發展中暴露出產能初顯過剩、供應安全風險偏高、核心技術仍舊缺失等不足。

基礎研究是整個科學體系的源頭,是所有技術問題的總機關。從歷史上看,每一輪科技革命和產業變革都是從基礎研究的重大突破開始的。所以,解決關鍵核心技術“卡脖子”難題,突破更多基礎核心技術,才是發展智能新能源汽車的必經之路,也是新能源汽車未來的發力重點,我國仍需把握百年未有之機遇,繼續加大對新能源汽車技術的突破。

關鍵詞: 新能源汽車 購置稅免征政策 車指標數量 中國汽車工業協會

來源:中國汽車報網
編輯:GY653

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