Desde enfriamiento de aceite hasta superconducción: una mirada a la disputa de la ruta tecnológica de los motores de vehículos eléctricos

Desde enfriamiento de aceite hasta superconducción: una mirada a la disputa de la ruta tecnológica de los motores de vehículos eléctricos

I. Flujo axial Motor imán permanente

 saber por qué ：

A diferencia de los motores de flujo radial tradicionales (donde el campo magnético es perpendicular al eje del rotor), los motores de flujo axial cuentan con una dirección de campo magnético paralelo alineado con el eje. Estos motores emplean una estructura en forma de disco donde los componentes del estator y el rotor se apilan axialmente. Este diseño reduce significativamente la longitud del circuito magnético, disminuye las pérdidas de reticencia magnética y permite tasas de llenado de devanado más altas.

Ventaja central:

Densidad de potencia: hasta 5.8 kW/kg (en comparación con los motores tradicionales a aproximadamente 3.2 kW/kg), con una reducción del 30% en el tamaño, lo que lo hace ideal para aplicaciones de vehículos compactos. Eficiencia: mejora la eficiencia en un 3% -5% en un amplio rango de velocidad, particularmente adecuado para escenarios de alto torque, como vehículos todoterreno o automóviles de alto rendimiento. Disipación de calor: el diseño de enfriamiento de doble cara reduce el aumento de la temperatura en un 15%, asegurando la salida sostenida de alta potencia.

Caso de aplicación:

Ferrari SF90 Stradale: utilizando el motor de flujo axial de YASA, la potencia máxima del sistema es de hasta 160kW, lo que ayuda al vehículo a acelerar de 0 a 100 km/h en solo 2.5 segundos.

arrojar el guante:

Costo de fabricación: el proceso de laminación de precisión requiere alto, y el costo de producción en masa es un 20% ~ 30% más alto que el de los motores tradicionales. Madurez de la cadena de suministro: solo unas pocas empresas (como YASA, Magnax) tienen capacidad de producción a gran escala en el mundo.

Perspectivas futuras:

Se espera que después de 2025, con la mejora del proceso de estampado y la disminución del costo del material (como la aplicación de acero de silicio no orientado), el motor de flujo axial penetrará gradualmente en el mercado de automóviles de pasajeros de 300,000 yuanes.

2. Motor de concentración de motor distribuido

saber por qué ：

El motor se integra directamente en la rueda, y cada rueda se conduce independientemente a través del control electrónico, eliminando las piezas mecánicas tradicionales, como el eje de transmisión y el diferencial.

Ventaja central:

Eficiencia del espacio: el espacio del chasis se libera y la flexibilidad del diseño de la batería aumenta en un 40%. Rendimiento de manejo: la precisión de control del vector de torque alcanza ± 0.5 °, lo que respalda funciones de conducción especiales como la "dirección del tanque" y el "modo de cangrejo". Eficiencia de recuperación de energía: cuatro ruedas independientes recuperan la energía cinética, mejorando el rango general en un 8% a 12%.

Caso de aplicación:

Motor de cubo de ProteAndrive: se ha utilizado en el vehículo comercial de llegada en el Reino Unido, con una potencia máxima de 75kW de motor único de 75kW y una masa total del sistema de solo 36 kg.

arrojar el guante:

Masa de primavera: el aumento de la masa no de primavera puede afectar la respuesta de la suspensión, y debe coincidir con un sistema de suspensión activo (como el control de amortiguación continua de los CDC). Sellado y disipación de calor: protección IP67 y diseño de enfriamiento de aceite aumentan el costo y son difíciles de producir en masa.

Perspectivas futuras:

Los vehículos comerciales y los vehículos de pasajeros de alta gama son los primeros en aplicar, y la madurez de la tecnología de chasis controlada promoverá su popularidad después de 2025.

3. El sistema de transmisión eléctrica de semiconductores de tercera generación (SIC/GAN)

saber por qué ：

Los materiales de carburo de silicio (SIC) y nitruro de galio (GaN) tienen un campo eléctrico de alta ruptura y una alta conductividad térmica, que puede usarse para fabricar dispositivos de alta frecuencia, alta temperatura y baja potencia de pérdida.

Ventaja central:

Mejora de la eficiencia: los inversores SIC MOSFET reducen las pérdidas en un 70% en comparación con las IGBT basadas en silicio, logiendo que la eficiencia del sistema motor supere el 97%. Compatibilidad de alto voltaje: admite plataformas de 800 V con una mejora de la eficiencia de carga del 30% (por ejemplo, la arquitectura de 800V de Porsche Taycan). Diseño liviano: reduce el tamaño de los componentes de disipación de calor, reduciendo la masa total del sistema de accionamiento eléctrico en un 15%.

Caso de aplicación:

Tesla Modelo 3: Usando el módulo SIC STMicroelectronics, el rango aumenta en un 6%. BYD E-Plataforma 3.0: Todas las series están equipadas con control eléctrico SIC, y la eficiencia integral de la condición de trabajo alcanza el 89.7%.

Progreso de la industrialización:

China ha formado una cadena de la industria SIC completa (como San 'An' An 'Optoelectronics y Tianyue Advanced), y el costo de las obleas SIC nacionales de 6 pulgadas caerá a $ 400 / pieza en 2024, impulsando el rápido aumento de la tasa de penetración.

4. Materiales de imán permanentes de Tierra no rara

saber por qué ：

Reduzca la dependencia de los elementos de tierras raras mejorando el magnetismo de la ferrita o el desarrollo de nuevos imanes compuestos (por ejemplo, NDFEB + ferrita).

Ventaja central:

Ventaja de costo: el costo de los imanes de ferrita es solo 1/5 ~ 1/3 del de NDFEB. Seguridad de recursos: China representa el 37% de las reservas de tierras raras, pero enfrenta riesgos en la cadena de suministro internacional. Las tecnologías de la Tierra no raras pueden mejorar la resiliencia de la cadena industrial. Rendimiento de alta temperatura: algunos materiales de ferrita tienen una tasa de desmagnetización por debajo del 5% a 150 ℃, lo que los hace adecuados para entornos de alta temperatura.

Caso de aplicación:

Sistema de energía híbrida GAC Jielang: se adopta el motor de ferrita de bajo costo, y el producto de energía magnética se incrementa a 45MGOE (cerca del nivel de NDFEB de gama baja). Hitachi Metals: se desarrolla el imán NDFEB "No Hesh Rare Tierra", y la alta resistencia a la temperatura se mejora en un 50%.

arrojar el guante:

Cuello de botella de rendimiento magnético: el límite superior de la energía magnética de ferrita es de aproximadamente 50mgoe, lo cual es difícil para satisfacer la demanda de vehículos de alta gama. Complejidad del proceso: los materiales magnéticos compuestos deben controlar la distribución del circuito magnético con precisión, y la tasa de rendimiento de la producción en masa debe mejorarse.

5. Algoritmo de control inteligente —— Control de optimización en tiempo real de múltiples objetivos

saber por qué ：

Según el control predictivo del modelo (MPC) y la tecnología gemela digital, los parámetros del motor se ajustan dinámicamente para adaptarse a diferentes condiciones de trabajo.

Ventaja central:

Optimización del consumo de energía: durante el crucero de alta velocidad, el control magnético débil se usa para reducir la pérdida de hierro y mejorar la eficiencia energética general en un 5%. Gestión térmica: la temperatura del devanado se predice en tiempo real y la estrategia de enfriamiento se ajusta para extender la duración de la potencia máxima en un 20%.

caso :
NIO ET7: Equipado con un sistema inteligente de gestión térmica, la potencia continua del motor aumenta en un 25%. Huawei Drive One: adopta el algoritmo de optimización de IA, y la tasa de cobertura del diagrama de mapa de eficiencia de la unidad eléctrica alcanza el 92%.

6. Gestión de la salud impulsada por la IA

saber por qué ：

El aprendizaje automático se utiliza para analizar las señales de vibración y actuales para realizar la predicción de fallas y la optimización de la vida.

Ventaja central:

Advertencia de fallas: la red LSTM puede predecir la falla del rodamiento con una precisión de más del 92%, reduciendo el tiempo de inactividad no planificado. Extensión de la vida: el ajuste dinámico de la estrategia PWM puede prolongar la vida útil de IGBT en un 30%.

caso :

Actualización de Tesla OTA: en 2023, la lógica de control del motor se optimizó a través de actualizaciones de software, reduciendo los riesgos de recuperación en un 70%. Siemens Sidrive IQ: El sistema de gestión de salud del motor industrial se ha migrado a nuevos vehículos de energía.

7. Principios técnicos y clasificación de la tecnología global de gestión térmica eficiente

Tecnología de enfriamiento de doble aceite

Aumento de costos: requiere bombas de aceite de alta precisión y diseños de sellado, lo que resulta en un aumento del 8% -12% en los costos del sistema. Complejidad de mantenimiento: los riesgos de bloqueo del circuito de petróleo requieren mantenimiento regular, lo que aumenta los gastos de mantenimiento del usuario. Mejora de energía continua: en comparación con la tecnología tradicional de enfriamiento de agua, la potencia de salida continua aumenta en un 25% (por ejemplo, la potencia máxima del motor de NIO ET7 equipado con esta tecnología alcanza 480kW). Control de temperatura: El aumento de la temperatura del devanado del estator disminuye en 15-20 ° ℃, lo que permite estrategias de control más agresivas (como el modo de eyección continua). Principio de trabajo: los canales de aceite de enfriamiento están dispuestos dentro de los devanados del estator del motor, mientras que la pulverización de aceite se aplica al eje del rotor para la disipación de calor simultánea y eficiente del estator y el rotor.

Cambio de fase Material Tecnología de disipación de calor

Limitación de la vida útil del ciclo: el material de cambio de fase experimenta una disminución del 10% -15% en la capacidad de almacenamiento térmico después de 5,000 transiciones de fase. Desafío de inicio de baja temperatura: la solidificación del material en entornos fríos puede retrasar la respuesta térmica. Buffer de amortiguación térmica transitoria: absorbe 200kJ/kg de calor durante las operaciones de aceleración rápida o de alta carga, lo que reduce la tasa de aumento de la temperatura en un 40%. Diseño liviano: reduce el peso en un 30% en comparación con los disipadores de calor tradicionales (por ejemplo, el motor BMW IX logra una reducción de peso de 5,2 kg). Principio de trabajo: los materiales de cambio de fase como los compuestos a base de parafina y los marcos de metal-orgánicos (MOF) están integrados en la carcasa del motor o las ranuras del estator, absorbiendo el calor a través de la fusión a la disipación térmica del tampón.

Prospección de la aplicación:

A corto plazo (antes de 2025): la tecnología de enfriamiento de aceite de doble cara se extenderá en vehículos de alto rendimiento con un precio superior a 300,000 yuanes (por ejemplo, Tesla Plaid y NIO ET9), con una tasa de penetración esperada del 35%. A largo plazo (2030): la combinación de materiales de cambio de fase y soluciones de enfriamiento de líquidos dominará el mercado, particularmente abordar los problemas de sobrecalentamiento localizados en modelos de plataforma de alto voltaje de 800 V.

8. Principio técnico del sistema de transmisión eléctrica multi-in-uno

El motor, el reductor, el inversor, el convertidor DC/DC, el cargador a bordo (OBC), la PDU (unidad de distribución de energía), VCU (controlador de vehículos), BMS (sistema de gestión de baterías) y otros módulos están altamente integrados para formar un conjunto de unidad eléctrica compacta.

Ventaja central:

Tamaño y optimización de peso: el sistema 8 en 1 de BYD logra una reducción del 40% en el volumen y una disminución del peso del 20%, con una densidad de potencia que alcanza 2.5 kW/kg. Mejora de la eficiencia: la longitud del arnés acortado reduce la pérdida de transmisión de energía en un 3%, lo que alcanza una eficiencia general superior al 91% (como se ve en el sistema Huawei Driveone). Control de costos: la producción modular reduce los costos de fabricación en un 15% mientras reduce el tiempo de ensamblaje en un 50%.

Desventajas: Dificultad de mantenimiento: las piezas de falla altamente integradas deben desmontar para el reemplazo, y el costo de mantenimiento aumenta en un 30%. Desafío de gestión del calor: en el diseño compacto, la temperatura local del punto caliente puede aumentar en 8-10 ℃, por lo que el diseño de disipación de calor debe fortalecerse.

Prospección de la aplicación:

Mercado de vehículos de pasajeros: la tasa de penetración de los sistemas múltiples en uno en los modelos de clase A y arriba superará el 60% para 2025, impulsada principalmente por BYD, Tesla y Geely. Adaptación comercial del vehículo: debido a las menos restricciones de espacio en el campo de camiones pesados, la velocidad de promoción es más lenta (se espera que la tasa de penetración alcance el 30% para 2030).

9. Principio técnico de la tecnología de motor superconductor

Utilizando las características de resistencia cero de los materiales superconductores a bajas temperaturas, se fabrican bobinas de alta densidad de corriente para mejorar en gran medida la densidad y la eficiencia de la potencia.

Ventaja central:

Salto de densidad de potencia: MGB La bobina superconductora logra una densidad de par de 200 nm/kg a 20k (rango de temperatura de nitrógeno líquido), superando los 30 nm/kg de los motores tradicionales. Bolpe de eficiencia: con pérdida de resistencia cero, la eficiencia teórica se acerca al 99.5%, mientras que el objetivo de ingeniería práctica es del 98%. Diseño liviano: pesar simplemente un tercio de los motores convencionales para una potencia de salida equivalente, lo que lo hace ideal para aplicaciones especializadas como los autos voladores.

resistencia o posición inferior:

El sistema de refrigeración es complejo: el dispositivo de circulación de nitrógeno líquido aumenta el volumen (que representa el 40% del sistema motor) y el consumo de energía (la potencia de enfriamiento representa el 5% de la potencia de salida). El costo es alto: el costo de los materiales superconductor + sistema de refrigeración es más de 10 veces el de los motores tradicionales, y es difícil de comercializar.

Prospección de la aplicación:

Prueba a corto plazo: Toyota planea lanzar un prototipo de camión pesado de pila de combustible equipado con motor superconductor en 2025, y el rango se incrementará a 1000 km. Potencial a largo plazo: si los materiales superconductores de alta temperatura (como el óxido de cobre de bario de itrio) se rompen a través de la zona de temperatura de nitrógeno líquido (77k), puede ingresar al mercado de automóviles de pasajeros de alta gama después de 2035.

10. Principio técnico del motor compuesto de engranaje magnético

La transmisión de velocidad variable sin contacto mecánico se realiza por el principio de la modulación del campo magnético, y el motor y el engranaje magnético están integrados.

Ventaja central:

Eficiencia de transmisión mejorada: elimina la pérdida de fricción del engranaje, logrando un 98.5% de eficiencia mecánica (en comparación con aproximadamente el 95% en los reductores tradicionales). Diseño sin mantenimiento: la transmisión sin contacto elimina los cambios de lubricante, reduciendo los costos de mantenimiento del ciclo de vida en un 70%. Optimización de NVH: elimina el ruido de malla de engranajes y reduce el nivel de presión de sonido interior en 5dB (a).

resistencia o posición inferior:

Límite de densidad de par: la densidad de torque del prototipo de laboratorio actual es de solo 50 nm/kg, lo que debe aumentar a 80 nm/kg para ser competitivo. Complejidad de control: se debe desarrollar un nuevo algoritmo de control de orientación de campo magnético, y el costo de desarrollo de software aumenta en un 200%.

Prospección de la aplicación:

Avance en escenarios específicos: se puede aplicar a vehículos eléctricos de lujo (como modelos de iteración Rolls-Royce Spectre) antes de 2030, centrándose en el silencio y la suavidad. Ruta de reemplazo de tecnología: si disminuye el costo de los materiales de imán permanente, la tecnología de engranajes magnéticos puede reemplazar gradualmente la transmisión de dos velocidades.

11. Principio técnico del diseño de motor reciclable

A través de la estructura modular, el proceso fácil y el proceso de conexión y los materiales biológicos, se puede lograr la recuperación y reutilización eficientes de los componentes del motor.

Ventaja central:

Recuperación mejorada de tierras raras: el diseño del imán segmentado aumenta la recuperación del boro de hierro neodimio (NDFEB) del 60% al 95% (basado en datos de prueba de motor BMW IX). Fuítica de carbono reducida: los materiales de aislamiento biovaborado como el ácido poliláctico logran una reducción de emisión del ciclo de vida del 40%. Cumplimiento regulatorio: cumple con el requisito de la Directiva Batería de la UE para tasas de reciclaje de motor ≥90%, evitando efectivamente las barreras comerciales.

resistencia o posición inferior:

Compromiso de rendimiento: la estructura desmontable reduce la rigidez del estator en un 10% y aumenta el riesgo de vibración de alta velocidad. Aumento de costos: el diseño modular aumenta el costo de fabricación en un 8%~ 12%, lo que debe diluirse por efecto de escala.

Prospección de la aplicación:

Mercado basado en políticas: se espera que regiones con regulaciones estrictas como la UE y China tomarán el liderazgo en popularización, con la proporción de motores reciclados que se espera que excedan el 25% para 2027. Se espera que el avance de la innovación de materiales: materiales biológicos reforzados con grafeno mejore la calificación de resistencia a la temperatura a 200 ℃, expandiendo su aplicación a vehículos de alto rendimiento.

Resumen: ruta de comercialización de tecnología y desafíos

Ventajas y limitaciones técnicas Línea de tiempo de comercialización: gestión térmica de alta eficiencia completa con estabilidad de potencia de potencia mejorada, extendiendo la vida útil del motor. La complejidad del sistema aumenta los costos de mantenimiento. 2025: Los sistemas de accionamiento eléctrico multi-in-uno maduros (para vehículos premium) logran una alta integración para la reducción de costos y la mejora de la eficiencia. Los desafíos de mantenimiento persisten a pesar de la implementación de gestión térmica escalada (tasa de penetración de 2023 40%). Los motores superconductores demuestran una eficiencia extrema y densidad de potencia. Los sistemas de refrigeración siguen siendo engorrosos y prohibitivamente caros. 2030+ (los vehículos comerciales conducen la carga): los motores compuestos de engranajes magnéticos ofrecen una operación sin mantenimiento silenciosa con avances de eficiencia, aunque la densidad de torque sigue siendo insuficiente y los sistemas de control siguen siendo complejos. 2035 (mercado de automóviles de lujo): los diseños de motores reciclables cumplen con los estándares de cumplimiento ambiental con utilización de recursos sostenibles. Los compromisos de rendimiento ocurren debido a los altos costos iniciales. 2026 (regiones directivas regulatorias)