新能源汽车电动机技术瓶颈

1、什么技术瓶颈阻碍了新能源汽车的发展？

目前我国已成为世界新能源汽车最大的生产和销售市场。2016年，我国新能源汽车产销突破50万辆，累计销量超过100万辆，占全球约50%。到2020年，国内新能源车累计产销量预计将达到500万辆。

根据上层规划，传统燃油车退市的计划表已经在讨论中，这无疑是给全国人民一个明确的信号，国家正在鼓励新能源汽车发展，并将在未来作为主流车推广使用，同时也是把“新能源”这个噱头落实到战略层面。而作为巴黎协定成员国，更是向全世界各国展现中国减能减排的决心。

笔者坚信，新能源汽车（纯电）必将成为汽车行业的发展新趋势。然而，愿景确实很美丽，“新能源”一直被认为是噱头是有一定原因的。接下来我们分析新能源汽车发展中的一些“瓶颈”

新能源汽车发展离不开电池技术的发展。目前常规新能源汽车使用的动力电池大多数以三元材料、磷酸铁锂或锰酸锂等为主，比如特斯拉使用松下NCR 186503100mah钴锂电池（镍钴锂体系），比亚迪使用自家的磷酸铁锂电池。

动力电池技术是影响续航能力及动力性能的关键技术，而比能量是动力电池的重要技术参数之一。当前市面能够量产的动力电池比能量达到100Wh/Kg -180Wh/Kg，这里提到的比能量是电池组比能量，非单体比能量。按照国家规划的目标，到2020年，单体比能量需要达到350Wh/Kg，系统比能量需要达到260Wh/Kg。数据看起来非常接近，而实际上，受成本、安全、环境等方面的限制，三元锂电池再提升比能量将非常困难，目前已知的三种提升比能量的方法如下：

1、轻量化电池。话句话说就是使用更加轻便的电池托架材料、电池包裹材料等。

2、研究新型三元锂电。如高镍三元电池。

3、更改电池尺寸。

虽然锂离子电池经过几年的发展比能量及其他性能都得到了较大的提升，但是如果按照传统燃油车车辆油箱的大小及续航分析，且电池重量符合车辆承载能力和轴荷分配要求，动力电池比能量应达到500Wh/kg左右。而目前的锂离子电池的比能量远远低于该值。因此目前动力电池比能量是制约锂离子电池发展的一个瓶颈，同时也是新能源汽车发展的一个瓶颈。

2、新能源汽车目前电动机存在的问题有哪些新能源汽车目前电动机存在的问题有哪些？

全球驱动电机市场趋势
根据估测，随着全球汽车电动化快速推进，新能源汽车电机系统市场将随之快速扩张，市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。
新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分，虽然同其他大部分汽车零部件一样，这两部分部件长期都面临降价压力，但是由于新能源汽车总量的上升，行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。
系统单价方面，电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。
根据估测，在中性假设条件下，2030年电动车销量将达到2000万台，约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而，如果放到乐观情景下，即电池价格大幅下滑，且环保政策更加严厉的条件下，电动车销量增长的速度有可能大幅上升，我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平，约占当年汽车销量的25%-27%。
预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300)，双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000)，纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。

电动机市场情况
我们预计到2030年电动机(不包括逆变器)的销量年均增速将达到18%，到2030年行业整体销量达到$195亿，相较2015年$12亿的水平扩展近17倍。
预期电动机的销量将从2015年的360万上升到2030年的4900万，同时，单车电机数量预计将有所下滑，从1.8下降到1.4，主要是由于单电机的纯电动车销量占比提升。
但电动机单价方面我们预期将进一步提升，从目前的$350上升至$380，主要是受高价大功率电机的更广泛应用所拉动。

从市场份额情况看，丰田集团在2016年的数据中遥遥领先(集团主要生产电机的公司包括电装公司和爱信精机)，本田集团位居第二，而同时这两大集团也都在混动领域占据全球领先地位。之后是比亚迪以及给特斯拉供货的台湾电机制造商富田电机。
电机行业在长期发展过程中，第三方供应商崛起将是大势所趋。如果我们观察当前日本汽车行业产业链情况，不难发现占据龙头地位的前三强(丰田、本田、日产)都倾向于自供电机产品，这除了和日本制造企业的传统基因相关外，也同行业发展的阶段有关。
如果对照一下PC和手机行业的发展史，我们不难发现，这两个行业在初期都是高度上下游整合生产，无论是PC行业的惠普、苹果、硅图公司，还是手机行业的诺基亚、摩托罗拉都在产业链中高度整合生产，因为在初期产品更新换代速度较快，需要上游零部件供应商迅速做出反应相互配合，所以整合生产的模式具备较高的性价比；
然而到了行业发展中后期，由于整个市场规模扩充，同时产品更新换代速度不需要像初期那样快，此时第三方供应商以整个市场为客户对象的规模效应便体现出来，这也催生了富士康、美光、海力士等一系列第三方供应商的崛起。
新能源汽车电机行业也不例外，从当前时点看，本田已经宣布将与日立合作生产电机。同时日产也在投资者交流会上提到将来可能开始外采电机。
2017年10月，三菱电机宣布将为戴姆勒奔驰提供电机和逆变器。随着第三方电机厂商高效能、低成本产品的普及，电机行业市场份额从主机厂自供向第三方企业转移是大势所趋。
目前日本的电机企业已经相继开始对电动化所带来的趋势转变做出了应对。我们预期电装和爱信精机将会首先利用他们现有的规模优势，用较低的成本占有市场份额，而紧随其后的电产和明电舍也将迅速跟进。
目前电机行业的平均毛利率在30%左右，而生产规模是决定毛利率高低的主要因素之一。

逆变器行业情况
我们预测逆变器行业也将迎来高速增长，根据估测，逆变器市场销售收入规模将从2015年的$12亿上升至2030年的133亿。
从销量上来看，因为逆变器与电机的比例基本是1:1，所以预计其销售总量将从2015年的360万上升到2030年的4900万。
同时单车配套价格将从$300-$400下降到$200-$300，主要是来自于上量之后的成本规模效应。

与电机领域相似，在逆变器行业丰田集团目前同样也是居于领先地位。同时丰田集团下属的电装集团目前正在大规模扩展其逆变器客户。在丰田之后，三菱电机也占据相当大的市场份额。

技术演变
从电机的分类来看，主要有直流、交流感应、永磁同步和开关磁阻四种，新能源汽车电机主要用到后三种。
目前，永磁同步由于其较优的性能，是主流的电机类型。交流异步电机的价格适中，但性能稍差，在美国及中国有部分厂商使用。而开关磁阻电机的主要优势在于其较低的价格，但同时也存在着杂音和震动的技术问题，如果这些问题能够解决的话，开关磁阻电机将具备很大的市场。
交流异步电机:虽然从目前看，交流异步电机(额定功率在79-85左右)相比永磁同步功率方面不具备优势，但是其成本较永磁同步电机低出不少。在体积方面，交流异步电机比永磁同步电机更大，主要是受设计构造的限制。
永磁同步电机:电机内部有包裹永磁体的转子，整体系统功率较大(在90-92左右)，同时体积较小。造价方面较为昂贵，主要由于永磁材料价格较高。目前关于降低永磁体使用的研究正在开展，研究同时也关注提升磁体的输出效能。永磁电机是当前电动车电机行业中应用最广泛的电机类型。
开关磁阻电机:开关磁阻电机价格非常具有竞争力，主要由于其转子中没有高成本的永磁体，同时其功率适中(额定功率在80-86左右)。由于是利用定子和转子的拉力来提供动力，过程中导致的震动和噪音是其主要问题。由于电动车电机目前正处在迅速上量的时间段，我们相信需求的提升会加快技术的革新替代。
电机技术提升方向
通过研究过去20年电机的技术演进趋势，我们发现电机技术还有较大的继续提升的空间。首先看机芯用钢的厚度情况。对于定子和转子来说，其主要是由薄电磁钢层叠加组成，1997年第一代的丰田普锐斯使用的是0.35mm的钢层，随后减到0.3mm，最近2016年降到0.25mm。一般来说，薄钢层数的提升能够增加电机效率，同时也对控制电机温度有帮助。
目前，制造薄钢是行业的一大技术难题。主要的难点在于控制压铸中的回弹，以及钢片材料的一致性保持。从当前情况来看，旋锻加工技术由于其成本和生产效率方面的优势将会越来越成为行业的主流制造方式。
其次，在绕线密度方面，总体上定子中绕线的量是决定电机功率大小的重要因素。而决定绕线量的则主要是在有限空间内铜线可以绕机芯的圈数。技术方面目前插入器的使用由于适合高功率的定子加工，并有逐渐成为行业生产标配的趋势。
而线圈类型方面，主要有方形和圆形两种，目前主流厂商使用的是圆形，但是方形技术由于具备较高的空间利用率，正逐渐替代圆形成为行业大方向，而丰田和本田目前已经开始批量采用方形绕线技术。其他厂商这边，安川电机已经开始研发电子绕线技术，目的是提升控制和效率(马自达已经开始试用)。
最后，在冷却系统方面，分电机和逆变器两部分:电机这块，由于随着电机温度升高永磁电机的磁力会减弱，所以冷却系统的效率对于电机高功率运行至关重要。

从技术演变趋势看，主流的冷却技术已经从风冷、水冷，发展到目前油冷的阶段。其主要技术手段是将电机浸入到油冷室中来达到降温的目的。虽然有专家认为与油的摩擦会降低电机的效率，但是综合各方面情况，油冷依旧是目前技术条件下最有效的冷却模式。
逆变器方面，冷却系统对于逆变器的表现也同样重要，日产最近声称在聆风2017新车型中，依靠提升逆变器冷却系统，将电机的输出功率从80kw提升至110kw，而电机其他部分均和上一代相同。
这体现出了逆变器冷却系统的重要性。虽然碳化硅的使用将会使得电机的抗热和抗压性有所提升，但是其较高的成本，其大规模应用的时间点可能很难在短期内到来。

3、新能源汽车的技术难点有哪些

新能源汽车技术难点浅析及解决方案
1. 概述
随着混合动力以及纯电动汽车的不断发展，汽车电机控制策略的复杂性和可靠性日益提升。整车厂以及供应商对新能源控制器的开发环境的需求也在日益增加。
新能源汽车控制的整体解决方案，可让工程师在实验室环境下，完成对整车控制器（HCU）、电池管理单元（BMS）、电机控制器（MCU）、功能的验证。还可以模拟实车测试中遇到的所有工况范围，在实车试验之前即可对ECU功能进行全面测试。
本文将提供针对新能源车辆的HCU、MCU以及BMS三个控制器测试的解决方案。 2. 技术难点
针对BMS的工作电压测试、单体电池电压、温度测试、SOC计算功能测试、充放电控制测试、电池热平衡测试、高压安全功能测试、通讯测试、故障诊断测试等等一系列测试，OEM面临着诸多挑战。
采用真实的电池组测试BMS有着诸多的弊端：
1） 极限工况模拟给测试人员带来安全隐患，例如过压、过流和过温，有可
能导致电池爆炸。
2） SOC估计算法验证耗时长，真实的电池组充放电试验耗时一周甚至更长
的时间。
3） 模拟特定工况难度大，例如均衡功能测试时，制造电池单体间细微SOC
差别，电池热平衡测试时，制造单体和电池包间细微的温度差别等。 4） 以及其他针对BMS功能测试，如电池组工作电压、单体电池电压、温度、
SOC计算功能、充放电控制、电池热平衡、高压安全功能、均衡功能、通讯、故障诊断、传感器等一系列的测试，OEM都面临着诸多挑战。 MCU在研发过程中涉及被控对象的仿真。而电机本体的工作原理主要基于电磁感应原理，其各物理量（如磁通量、感应电动势、电磁力等）的交互变化速度远大于机械系统的力与速度的变化，为了保证较高的仿真精度，要求模型的仿真步长要远小于一般机械系统模型的仿真步长。

4、制约新能源汽车高速发展的瓶颈到底是什么？

很多人都疑惑，在技术水平以及政策导向都偏向于新能源汽车的今天，还有哪些制约新能源汽车高速发展的瓶颈呢。

基础问题不可否认，新能源汽车在进步，新能源汽车的相关技术也在发展，但一些基础问题仍然存在，甚至困扰着不少的车主。

例如纯电动汽车的续航里程焦虑以及能源补给速度的问题，如果这两个问题没办法得到很好的解决，将会在很大程度上制约纯电动汽车的发展。此外，对于基础设施的建设以及维护，目前来看显然仍会是不够的、不足的，这都是一些十分基础但还未解决的问题。

深层问题除了新能源汽车本身具有的一些基础问题以外，其余的一些深层问题同样值得关注。一方面，目前的政策补贴出现退坡，新能源汽车本身的一大吸引点褪去许多，这对于市场销量会有着比较大的影响；另一方面，消费者们对于新能源汽车还会是比较的抵触，例如一些安全问题、使用问题等都存在质疑，这也会在一定程度上制约新能源汽车的发展。

5、现在的新能源汽车技术到底成不成熟？

新能源汽车技术水平足够成熟-现阶段的问题仅限于动力电池价格偏高

电动汽车

油动汽车

两种动力系统的汽车哪种更成熟？这一问题的答案相信大多数人会认定为油动汽车，因为电动汽车似乎只是近十年才出现；然而在漫长的汽车发展史中，电动汽车出现的时间节点并不比燃油汽车晚哦。第一批小范围普及的乘用汽车正是电动车，此类车多以轮毂电机与镍铁电池驱动，其中知名度最高的是爱迪生与福特享利打造的T-EV。

请点击输入图片描述

电动汽车在一战之前就已经成熟了，一定要找出不足之处则是续航里程很短。因为镍铁电池的体积与质量能量密度过低，能实现的只是不足百公里的续航；然而在百余年前这种水平已经很难得了，毕竟电动机的稳定性、可靠性以及NVH表现均远超内燃机。如果留给爱迪生足够长时间进行技术研发的话，相信燃油动力汽车本就不会出现在乘用汽车史里。

请点击输入图片描述

电动汽车真正被燃油动力汽车取代是因为战争，一战爆发阶段电动汽车尚不能满足军用车辆的需求；而同期石油开采技术突飞猛进，且石油行业又展开了对电动汽车领域的不公平竞争，以至于电动汽车在发育初期就失去了成长的机会。随之而来的第二次世界大战更是加速了电动汽车退出的脚步，至此燃油动力汽车成为了主流类型；不过因保有量的激增与储能的捉襟见肘，在经历了一个多世纪后石油储备已经告急了。

请点击输入图片描述

电动汽车在近二十年中开启了新一轮的研发与技术升级，核心的电机、电控与动力电池技术均有巨大的进步。目前所有的性能车都几乎离不开电驱的辅助，比如F1方程式赛车有BSG轻混系统、少数前卫的超跑车采用了插电式混动系统或纯电驱动；普通中低端代步车的性能标杆与综合能耗的标杆都是插电式混动汽车或电动汽车，这些车足以说明了电驱系统的可靠性与稳定性，否则也不会有接近千万台的保有量。

请点击输入图片描述

存在的问题与解决方案

电动汽车目前仅存的问题仅在于动力电池，但问题并不在于电池组的稳定性，而是制造储能电芯的成本实在过于高了。主流的镍钴类三元锂电池每千瓦时（度）高达1.5K左右，续航里程合理的电动汽车需要60kwh左右；一台电动汽车仅动力电池就要10万左右的高成本，而同级油动汽车整车制造成本仅仅为4万左右，这就造成了电动汽车的价格不得不很高，高到超出了主流消费市场的消费能力。电动汽车被一定程度的否认并不是因为NVH与性能领先的程度还不够大，而是因为大部分消费者可望而不可即造成的一种“逆反心态”而已。不过这一问题也已经找到了解决方案，2020年电池补贴取消后，主流车企会用回能量密度同样高、稳定性耐用性与安全性倍数级提升，但是制造成本可以实现⅓~⅔下调的磷酸铁锂电池了。电池成本一旦可控则车辆价格势必走低，或者是在现有价格结构的基础上实现续航里程的增长。

请点击输入图片描述

总结：电动汽车的所有问题可以用一个字概括——贵，一旦这一问题克服则所有问题都会迎刃而解了。现阶段选购电动汽车也不用为后期产品升级而感觉遗憾，因为新能源汽车市场已经开启了价格战，这就是行业变革的前兆。

请点击输入图片描述

6、当前汽车新技术发展所遇到的瓶颈难题

由于能源安全和气候变化问题日益突出，世界许多国　家把交通电气化作为减少石油依赖、温室气体和污染物排放的重要举措。我国也把发展新能源汽车作为节能减排和新兴战略型产业的重要内容。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。目前，我国新能源汽车的发展，正处于难得的战略机遇期，是我国最终实现从汽车制造业大国向产业强国转变的一次重要机遇。为应对金融海啸的冲击，我国出台了汽车产业振兴规划，明确鼓励发展新能源汽车，在此关键时刻政府对新能源汽车加以政策上的扶持，能够有效促进国内汽车产业实现跨越式的发展。

7、新能源汽车发展迎来瓶颈期，后续应该如何应对？

新能源汽车的发展似乎已进入“瓶颈期”。 2019年，中国的新能源汽车生产和销量是负增长。为了保护新能源汽车的使用和长期促销，CPPCC胡立庆今年的两届会议提出了这一提案，建议相关部门尽快推出新的能源汽车电池再循环政策措施。

开发新能源汽车已成为“趋势”，这是减少汽车排放的关键作用，减少了雾。上海是该国最大的城市，拥有35,000名电动汽车公共收费站，占领重要的战略地点。

为什么新能源汽车的销售在2019年显示出负增长？相关分析表明，第一批电动汽车在进入绩效后五年，事故很高，中国没有完美的电池更换和回收政策。这也限制了电动汽车的发展。目前，新的能源汽车主要拥有油电动混合动力车辆和纯电动车辆，两者都携带大容量锂电池。由于锂电池充电和放电循环的限制，由于锂电池容量的降低，易于引起新能源车辆，甚至多年来缺乏维护将使新能源汽车能够进入各种事故。

大气污染控制需要新能源车的帮助，我想实现新能源汽车的长期发展，我必须解决问题。相关部门应尽快推出新能源汽车电池和回收政策措施的建议。

具体而言，有必要加快产品标准修订，实施相关标准，

制造商必须符合生产和使用的技术安全标准。为了保护技术安全，新能源汽车制造商应负责技术安全，并负责通知用户的电池寿命，并告知用户更换电池，电池年和其他维护程序。与此同时，新的能源汽车制造商应该建立一个严格的元件质量问题，如技术缺陷召回系统为新能源汽车，保修期内的电池，应为用户提供维护服务。

此外，胡利庆呼吁政府推出相应的电池更换或回收财务补贴支持政策，允许制造商更换或废除电池回收，并确保新能源汽车可以继续，稳步发展。

8、新能源汽车电池技术的瓶颈在哪

锂电池第一价格贵，锂算是稀有金属，价格降不下来，也就没法大量普及，手机上一小块还能行，做动力锂也只是在小规模内还行，也就是电动工具上，电动汽车的大规模应用纯粹扯淡，而且电动工具上主导的还是镍镉电池。

第二电池性能，锂电池在各方面性能都很好，电容量大，充电接受率高，支持快速充电（普通锂电池最大支持2C，动力锂电池就更高了）但是有个致命弱点，就是过充过放性能不好，锂电一次过充过放就能永久降低性能，一次严重的过充过放就能报废，这就是为什么要开发磷酸铁锂，磷酸铁锂比锂离子电池要耐过充过放，但是很明显电池容量降低，动力磷酸铁锂电池就比容量锂电池容量小的多，打个比方，18650容量锂电一般是2400mAH左右，最高见到过2800mAH，磷酸铁锂动力电池一般是1300mAH，最大也才1500mAH，容量差距快一半了。

第三电池组管理落后，因为锂电池过充过放性能垃圾，而电池组放电有个特点就是，不均衡，有些电池放电完了，而有的还没放完，继续放电就会造成某些电池过放，甚至反极，降低容量，容量降低，那么在下一次放电这种差距就会越来越大，所以电池在出厂的时候要配组，尽量把容量一致的放在一起，但是使用环境还是有细微差距，比如温度，位置，电压，电池性能等等都会造成差距变大，最后是个别电池失效导致整组报废。现在关键的是要管理电池组放电，比如各种均衡器，来拉平单个电池，但是这种均衡是很复杂的，目前还没有好的解决方案，不惜成本也许可以做到，但是仅限于实验室。电池组均衡是世界级的难题！！！

第四充电，锂电池支持快速充电，尤其是动力锂电池，但是没有快速电源，用普通的220V充电的话，电流大的惊人，以亚迪E6纯电动汽车为例，电池类型为磷酸铁钴锂电池，配置电池容量200Ah，标称电压316.8V（相当于96只充电电压3.3V左右的磷酸铁钴锂电池单体串联电压）。正常的1C速度，用220V电压时高压侧的电流就是287A，想快速充电比如2C，3C，电流还要翻倍，3C就是861A，什么线可以承受？如果做慢速0.1C充电就是28.7A的电流，好吧你把车停在自己车库，插上充电器慢充，10小时满，电流也还有近30A，你家电线需要改造，小区内多几个电动车，就要整体改造了，所以需要专用充电站，使用高压进行快速充电，比如1Kv，这时电流就能降低到63A，3C速率是189A，加上是专用的充电站所以无影响，但是成本极高，需要专业人员来给你插头，这可不是家用220V想插就插，高电压大电流，需要经过培训的人员才能接线，高压对汽车本身和充电器都是一种考验~~~
电动车行驶的时候放电速率一般不高，很难超过1C，比如一辆车充满电可以跑200公里，你可以在一个小时内把电用完，跑够200公里？电动车使用动力锂电就是为了快速充电，因为动力电池充放电速率都很高，3C速率可以在15分钟内充80%，普通电池不支持这种高速率充电~~~

以上4大问题，锂电池过充过放性能可以提升，电池组的管理也就不突出了，那么还有充电问题，解决充电了就要解决价格，反正是困难重重，国外目前还都是在实验室，还都在试水阶段，现在国内遍地都是锂电池厂生产磷酸铁锂，给谁用？纯粹的泡沫！！！
能解决实际问题就是燃料电池，相对来说，燃料的能量比还是高于普通化学电池，就是现在还不成熟，不能大规模商用~~~~