Du refroidissement à l'huile au supraconducteur: un aperçu du différend de la route technologique des moteurs de véhicules électriques

Du refroidissement à l'huile au supraconducteur: un aperçu du différend de la route technologique des moteurs de véhicules électriques

I. Moteur aimant permanent du flux axial

 Know-pourquoi ：

Contrairement aux moteurs de flux radial traditionnels (où le champ magnétique est perpendiculaire à l'arbre du rotor), les moteurs de flux axial présentent une direction de champ magnétique parallèle aligné avec l'arbre. Ces moteurs utilisent une structure en forme de disque où les composants du stator et du rotor sont empilés axialement. Cette conception réduit considérablement la longueur du circuit magnétique, diminue les pertes de réticence magnétique et permet des taux de remplissage d'enroulement plus élevés.

Avantage de base ：

Densité de puissance: jusqu'à 5,8 kW / kg (par rapport aux moteurs traditionnels à environ 3,2 kW / kg), avec une réduction de taille de 30%, ce qui le rend idéal pour les applications de véhicules compactes. Efficacité: améliore l'efficacité de 3% à 5% sur une large plage de vitesse, particulièrement adaptée aux scénarios à torque élevé comme les véhicules tout-terrain ou les voitures haute performance. Dissie thermique: la conception de refroidissement à double face réduit l'augmentation de la température de 15%, garantissant une sortie soutenue de haute puissance.

Cas de candidature:

Ferrari SF90 Stradale: En utilisant le moteur de flux axial de Yasa, la puissance de crête du système est jusqu'à 160 kW, aidant le véhicule à accélérer de 0 à 100 km / h en seulement 2,5 secondes.

Jetez le gant:

Coût de fabrication: Le processus de plastification de précision nécessite un taux élevé et le coût de production de masse est de 20% à 30% supérieur à celui des moteurs traditionnels. La maturité de la chaîne d'approvisionnement: seules quelques entreprises (comme Yasa, Magnax) ont une capacité de production à grande échelle dans le monde.

Perspectives futures:

Il est prévu qu'après 2025, avec l'amélioration du processus d'estampage et la diminution du coût des matériaux (comme l'application de l'acier en silicium non orienté), le moteur de flux axial pénètre progressivement sur le marché des voitures touristiques de 300 000 yuans.

2. Drive de moteur de moyeu

Know-pourquoi ：

Le moteur est directement intégré dans la roue et chaque roue est entraînée indépendamment par le contrôle électronique, éliminant les pièces mécaniques traditionnelles telles que l'arbre de transmission et le différentiel.

Avantage de base ：

Efficacité de l'espace: l'espace du châssis est libéré et la flexibilité de disposition de la batterie est augmentée de 40%. Performances de gestion: la précision de contrôle du vecteur de couple atteint ± 0,5 °, en soutenant des fonctions de conduite spéciales telles que la "direction du réservoir" et le "mode de crabe". Efficacité de récupération d'énergie: quatre roues indépendantes récupérent l'énergie cinétique, améliorant la plage globale de 8% à 12%.

Cas de candidature:

MOTEUR DE GROPT GROTETANDRIVE: Il a été utilisé dans un véhicule commercial électrique à l'arrivée au Royaume-Uni, avec une puissance de pic de moteur unique de 75 kW et une masse totale de système de seulement 36 kg.

Jetez le gant:

Masse printanier: l'augmentation de la masse non du ressort peut affecter la réponse à la suspension, et elle doit être appariée à un système de suspension actif (comme le contrôle d'amortissement continu du CDC). Scellant et dissipation thermique: la protection IP67 et la conception de refroidissement à l'huile augmentent le coût et sont difficiles à produire en masse.

Perspectives futures:

Les véhicules commerciaux et les véhicules de tourisme haut de gamme sont les premiers à être appliqués, et la maturité de la technologie du châssis contrôlé favorisera sa popularité après 2025.

3. Le système d'entraînement électrique semi-conducteur de troisième génération (SIC / GAN)

Know-pourquoi ：

Les matériaux de carbure de silicium (SIC) et de nitrure de gallium (GAN) ont un champ électrique élevé et une conductivité thermique élevée, qui peuvent être utilisées pour fabriquer des dispositifs à haute fréquence, à haute température et à faible perte.

Avantage de base ：

Amélioration de l'efficacité: les onduleurs MOSFET SIC réduisent les pertes de 70% par rapport aux IGBT à base de silicium, atteignant l'efficacité du système moteur supérieur à 97%. Compatibilité haute tension: prend en charge 800 VGRACHES avec 30% d'amélioration de l'efficacité de charge (par exemple, l'architecture 800 V de Porsche Taycan). Conception légère: réduit la taille des composants de dissipation de chaleur, en baissant la masse totale du système d'entraînement électrique de 15%.

Cas de candidature:

Tesla Modèle 3: En utilisant le module SIC STMicroelectronics, la plage est augmentée de 6%. BYD E-Plateform 3.0: Toutes les séries sont équipées d'un contrôle électrique SIC, et l'efficacité complète des conditions de travail atteint 89,7%.

Progrès de l'industrialisation:

La Chine a formé une chaîne complète de l'industrie SIC (comme San 'An Optoelectronics et Tianyue Advanced), et le coût des tranches de SIC de 6 pouces nationales tombera à 400 $ / pièce en 2024, ce qui entraîne une augmentation rapide du taux de pénétration.

4. Matériaux d'aimant permanent de la Terre non-rare

Know-pourquoi ：

Réduisez la dépendance à l'égard des éléments de terres rares en améliorant le magnétisme de ferrite ou en développant de nouveaux aimants composites (par exemple, NDFEB + ferrite).

Avantage de base ：

Avantage du coût: Le coût des aimants de ferrite n'est que de 1/5 ~ 1/3 de celui de NDFEB. Sécurité des ressources: la Chine représente 37% des réserves de terres rares, mais fait face à des risques dans la chaîne d'approvisionnement internationale. Les technologies de la Terre non-rare peuvent améliorer la résilience de la chaîne industrielle. Performances à haute température: certains matériaux de ferrite ont un taux de démagnétisation inférieur à 5% à 150 ℃, ce qui les rend adaptés à des environnements à haute température.

Cas de candidature:

Système d'alimentation hybride GAC Jielang: le moteur de ferrite à faible coût est adopté et le produit d'énergie magnétique est augmenté à 45 mgoe (près du niveau de NDFEB bas de gamme). Hitachi Metals: "Aucun aimant de terres rares" lourdes "est développé et la résistance à haute température est améliorée de 50%.

Jetez le gant:

Le goulot d'étranglement des performances magnétiques: la limite supérieure de l'énergie magnétique de ferrite est d'environ 50 mgoe, ce qui est difficile pour répondre à la demande de véhicules haut de gamme. Complexité du processus: les matériaux magnétiques composites doivent contrôler précisément la distribution du circuit magnétique et le taux de rendement de la production de masse doit être amélioré.

5. Algorithme de contrôle intelligent —— Contrôle d'optimisation en temps réel multi-objectif

Know-pourquoi ：

Sur la base du contrôle prédictif du modèle (MPC) et de la technologie du jumeau numérique, les paramètres du moteur sont ajustés dynamiquement pour s'adapter à différentes conditions de travail.

Avantage de base ：

Optimisation de la consommation d'énergie: Pendant la croisière à grande vitesse, un faible contrôle magnétique est utilisé pour réduire la perte de fer et améliorer l'efficacité énergétique globale de 5%. Gestion thermique: La température de l'enroulement est prévue en temps réel et la stratégie de refroidissement est ajustée pour prolonger la durée de la puissance de pointe de 20%.

cas :
NIO ET7: équipé d'un système de gestion thermique intelligente, la puissance continue du moteur est augmentée de 25%. Huawei Drive One: adopte l'algorithme d'optimisation de l'IA, et le taux de couverture du diagramme de la carte d'efficacité de l'efficacité électrique atteint 92%.

6. Gestion de la santé dirigée par AI

Know-pourquoi ：

L'apprentissage automatique est utilisé pour analyser les vibrations et les signaux actuels pour réaliser la prédiction des défauts et l'optimisation de la vie.

Avantage de base ：

Avertissement de défaut: le réseau LSTM peut prédire le défaut de portage avec une précision de plus de 92%, ce qui réduit les temps d'arrêt imprévus. Extension de la vie: L'ajustement dynamique de la stratégie PWM peut prolonger la vie de l'IGBT de 30%.

cas :

Mise à niveau de Tesla OTA: en 2023, la logique de contrôle du moteur a été optimisée grâce à des mises à jour logicielles, réduisant les risques de rappel de 70%. Siemens Sidrive IQ: Le système de gestion de la santé des moteurs industriels a été migré vers de nouveaux véhicules énergétiques.

7. Principes techniques et classification de la technologie mondiale de gestion thermique efficace

Technologie de refroidissement à double huile

Augmentation des coûts: nécessite des pompes à huile à haute précision et des conceptions d'étanchéité, entraînant une augmentation de 8% à 12% des coûts du système. Complexité de maintenance: les risques de blocage des circuits d'huile nécessitent une entretien régulière, ce qui fait augmenter les dépenses de maintenance des utilisateurs. Amélioration continue de la puissance: par rapport à la technologie traditionnelle de refroidissement par eau, la puissance de sortie continue augmente de 25% (par exemple, la puissance de pic du moteur de NIO ET7 équipé de cette technologie atteint 480 kW). Contrôle de la température: L'augmentation de la température du stator diminue de 15-20 ° ℃, permettant des stratégies de contrôle plus agressives (telles que le mode d'éjection continue). Principe de travail: Les canaux d'huile de refroidissement sont disposés à l'intérieur des enroulements du stator du moteur, tandis que la pulvérisation d'huile est appliquée sur l'arbre du rotor pour une dissipation thermique simultanée et efficace du stator et du rotor.

Technologie de dissipation de chaleur du matériau à changement de phase

Limitation de durée de vie du cycle: Le matériau de changement de phase subit une diminution de 10% à 15% de la capacité de stockage thermique après 5 000 transitions de phases. Défi de démarrage à basse température: la solidification des matériaux dans les environnements froids peut retarder la réponse thermique. Tampon des chocs thermiques transitoires: absorbe 200 kJ / kg de chaleur lors d'une accélération rapide ou des opérations à haute charge, réduisant le taux d'augmentation de la température de 40%. Conception légère: réduit le poids de 30% par rapport aux dissipateurs de chaleur traditionnels (par exemple, le moteur BMW IX atteint une réduction de poids de 5,2 kg). Principe de travail: les matériaux de changement de phase comme les composés à base de paraffine et les cadres biologiques métalliques (MOF) sont intégrés dans le boîtier du moteur ou les emplacements du stator, absorbant la chaleur par la fusion pour tamponner la dissipation thermique.

Prospect de la demande ：

À court terme (avant 2025): la technologie de refroidissement à double face à l'huile sera répandue dans les véhicules à haute performance au prix supérieur à 300 000 yuans (par exemple, Tesla Plaid et Nio ET9), avec un taux de pénétration attendu de 35%. À long terme (2030): La combinaison de matériaux de changement de phase et de solutions de refroidissement liquide dominera le marché, en particulier pour résoudre les problèmes de surchauffe localisés dans des modèles de plate-forme haute tension 800 V.

8. Principe technique du système d'entraînement électrique multi-en-un

Le convertisseur de moteur, le réducteur, l'onduleur, le convertisseur CC / DC, le chargeur embarqué (OBC), le PDU (unité de distribution d'alimentation), le VCU (contrôleur de véhicule), le BMS (système de gestion de la batterie) et d'autres modules sont hautement intégrés pour former un ensemble de variateur électrique compact.

Avantage de base ：

Taille et optimisation du poids: le système 8 en 1 de BYD réduit une réduction de 40% du volume et une diminution du poids de 20%, une densité de puissance atteignant 2,5 kW / kg. Amélioration de l'efficacité: la longueur raccourcie du faisceau réduit la perte de transmission d'énergie de 3%, atteignant une efficacité globale supérieure à 91% (comme le montre le système Huawei Driveone). Contrôle des coûts: La production modulaire réduit les coûts de fabrication de 15% tout en réduisant le temps d'assemblage de 50%.

Inconvénients: difficulté de maintenance: les pièces de défaut hautement intégrées doivent être démontées pour le remplacement et le coût de maintenance augmente de 30%. Défi de gestion de la chaleur: Dans la disposition compacte, la température locale de points chauds peut augmenter de 8-10 ℃, de sorte que la conception de la dissipation de la chaleur doit être renforcée.

Prospect de la demande ：

Marché des véhicules de tourisme: Le taux de pénétration des systèmes multi-en-un dans les modèles de classe A et supérieurs dépassera 60% d'ici 2025, entraîné principalement par BYD, Tesla et Geely. Adaptation commerciale des véhicules: En raison de moins de restrictions d'espace dans le champ des camions lourds, la vitesse de promotion est plus lente (le taux de pénétration devrait atteindre 30% d'ici 2030).

9. Principe technique de la technologie moteur supraconductrice

En utilisant les caractéristiques de résistance zéro des matériaux supraconducteurs à faible températures, des bobines de densité de courant élevé sont fabriquées pour améliorer considérablement la densité et l'efficacité de puissance.

Avantage de base ：

Saut de densité de puissance: MGB La bobine supraconductrice atteint une densité de couple de 200 nm / kg à 20k (plage de température liquide de l'azote), dépassant les moteurs traditionnels de 30 nm / kg. Percée d'efficacité: avec une perte de résistance zéro, l'efficacité théorique approche de 99,5%, tandis que l'objectif d'ingénierie pratique est de 98%. Conception légère: peser un tiers des moteurs conventionnels pour une puissance équivalente, ce qui le rend idéal pour des applications spécialisées comme les voitures volantes.

Force ou position inférieure:

Le système de réfrigération est complexe: le dispositif de circulation de l'azote liquide augmente le volume (représentant 40% du système moteur) et la consommation d'énergie (la puissance de refroidissement représente 5% de la puissance de sortie). Le coût est élevé: le coût des matériaux supraconducteurs + système de réfrigération est plus de 10 fois celui des moteurs traditionnels, et il est difficile de commercialiser.

Prospect de la demande ：

Test à court terme: Toyota prévoit de lancer un prototype de camion lourd à piles à combustible équipé d'un moteur supraconducteur en 2025, et la plage sera augmentée à 1000 km. Potentiel à long terme: si les matériaux supraconduants à haute température (tels que l'oxyde de cuivre barium Yttrium) brisent la zone de température de l'azote liquide (77K), il peut pénétrer le marché des voitures particulières haut de gamme après 2035.

10. Principe technique du moteur composite magnétique

La transmission de vitesse variable sans contact mécanique est réalisée par le principe de la modulation du champ magnétique, et le moteur et l'engrenage magnétique sont intégrés.

Avantage de base ：

Amélioration de l'efficacité de la transmission: élimine la perte de frottement des engrenages, atteignant 98,5% d'efficacité mécanique (contre environ 95% dans les réducteurs traditionnels). Conception sans entretien: la transmission sans contact élimine les changements de lubrifiant, réduisant les coûts de maintenance du cycle de vie de 70%. Optimisation de NVH: élimine le bruit de maillage des engrenages et réduit le niveau de pression acoustique intérieure de 5 dB (a).

Force ou position inférieure:

Limite de densité de couple: La densité de couple du prototype de laboratoire actuel n'est que de 50 nm / kg, ce qui doit être augmenté à 80 nm / kg pour être compétitif. Complexité de contrôle: un nouvel algorithme de contrôle de l'orientation du champ magnétique doit être développé, et le coût de développement logiciel augmente de 200%.

Prospect de la demande ：

Percée dans des scénarios spécifiques: il peut être appliqué aux véhicules électriques de luxe (tels que les modèles d'itération Rolls-Royce Spectre) avant 2030, en se concentrant sur le silence et la douceur. Chemin de remplacement de la technologie: Si le coût des matériaux aimants permanents diminue, la technologie de l'équipement magnétique peut progressivement remplacer la transmission à deux vitesses.

11. Principe technique de la conception du moteur recyclable

Grâce à la structure modulaire, au démontage facile et au processus de connexion et aux matériaux bio-basés, la récupération et la réutilisation efficaces des composants moteurs peuvent être obtenues.

Avantage de base ：

Récupération améliorée des terres rares: la conception de l'aimant segmenté stimule la récupération de bore de fer néodyme (NDFEB) de 60% à 95% (basée sur les données de test moteur BMW IX). Réduction de l'empreinte carbone: les matériaux d'isolation biobés comme l'acide polylactique atteignent une réduction des émissions de cycle de vie de 40%. Conformité réglementaire: répond aux nouvelles besoins de la directive sur les batteries de l'UE pour les taux de recyclage des moteurs ≥90%, en évitant efficacement les barrières commerciales.

Force ou position inférieure:

Compromis de performance: la structure détachable réduit la rigidité du stator de 10% et augmente le risque de vibrations à grande vitesse. Augmentation des coûts: la conception modulaire augmente le coût de fabrication de 8% à 12%, qui doit être dilué par effet d'échelle.

Prospect de la demande ：

Marché axé sur les politiques: les régions ayant des réglementations strictes telles que l'UE et la Chine prendront les devants en popularisation, la proportion de moteurs recyclés devrait dépasser 25% d'ici 2027. Innovation matériaux percée: les matériaux bio-fondés à renforcement du graphène devraient améliorer la cote de résistance à la température à 200 ℃, étendant leur application aux véhicules élevés.

Résumé: Chemin de commercialisation de la technologie et défis

Avantages techniques et limitations COMMERIELLE DE COMMERCITATION: Gestion thermique à haute efficacité à domaine complet avec stabilité accrue de sortie de puissance, prolongeant la durée de vie du moteur. La complexité du système augmente les coûts de maintenance. 2025: Mature (pour les véhicules premium) Les systèmes d'entraînement électrique multi-en-un obtiennent une intégration élevée pour la réduction des coûts et l'amélioration de l'efficacité. Les défis de maintenance persistent malgré la mise en œuvre de la gestion thermique à l'échelle (taux de pénétration de 2023 40%). Les moteurs supraconducteurs démontrent une efficacité extrême et une densité de puissance. Les systèmes de réfrigération restent lourds et prohibitifs. 2030+ (les véhicules commerciaux mènent la charge): Les moteurs composites de l'engrenage magnétique offrent un fonctionnement sans entretien silencieux avec des percées d'efficacité, bien que la densité de couple reste insuffisante et que les systèmes de contrôle restent complexes. 2035 (Marché des voitures de luxe): les conceptions de moteurs recyclables répondent aux normes de conformité environnementale avec une utilisation durable des ressources. Les compromis de performance se produisent en raison des coûts initiaux élevés. 2026 (régions d'origine réglementaire)