电动车的电机竞争,过去一直被当作一个问题来对待,即谁会拥有更好的稀土永磁材料。
特斯拉对Cybertruck所做出来的零稀土驱动方案,则把目光投向了另一条路线上去——不依靠钕、镝、铽等稀土材料的情况下,电机能否依旧保持住较高的效率、动力以及续航呢?并不是简单的替换一种磁体。永磁同步电机被广泛使用,是因为钕铁硼磁体可以产生强磁场,在体积、重量和效率上达到较好的平衡。普通的铁氧体等非稀土磁性材料的磁场性能一般较差,如果照搬原来的设计,那么电机就需要更大的尺寸或者功率、效率上的取舍。
零稀土电驱真正考验的是整套系统能否重新设计。
特斯拉早期车型使用交流感应电机而不是使用稀土永磁体,在效率和重量方面都有各自的技术取舍。随着Model 3、Model Y等车型进入规模化阶段,永磁同步电机在效率和体积方面优势更明显,成为重要技术路线。如今再次探索零稀土方案,反映的不是单一产品的变化,而是企业在材料、结构、控制和制造环节之间重新寻找平衡。
一条思路就是提高同步磁阻效应的作用。电机转子特殊的磁路结构可以将磁阻的变化参与到转矩中来形成转矩,从而减少对强磁体的依赖。另一条思路就是用新的铁氧体复合材料以及相应的磁路设计来弥补材料的磁场性能不足的问题。发卡式绕组、逆变器控制、散热系统和电机软件标定都要同步调整。
这些技术单独看,都不是全新的发明。难点在于它们必须同时存在于一台可以量产、能够长期运行并且成本可控的驱动单元之中。实验室样机可以牺牲尺寸或者重量等,但量产车型不能只考虑某一指标。
零稀土路线有其重要的价值,在于它把电驱竞争从“磁体性能”推进到“系统效率”。
对于汽车企业而言,减少稀土使用不但是材料成本问题还涉及供应链弹性。稀土产业由矿产资源到分离冶炼再到磁材加工和电机装配等各个环节很多。中国在稀土加工、高性能磁材以及新能源汽车产业链方面具有比较强的基础,完整的配套可以给国内企业提供明显的支持。但是产业链优势并不等于技术路线会永远固定。
一旦某家企业可以凭借电机结构的改进、材料的搭配以及制造工艺来实现零稀土方案的动力和续航水平达到可接受的程度,则稀土资源就不再是电驱系统唯一的决定性因素了。供应链的价值仍然存在,它需要依靠更高的效率、更低的成本和更快的迭代来成为产品的竞争力。
从这个角度看,特斯拉对中国车企既是提醒也是机会。提醒是拥有成熟的材料供应链之后仍不能停止对同步磁阻、开关磁阻和电励磁等技术路线的研发投入。过去一些方案在乘用车上表现不佳,但是随着控制算法、功率器件、制造设备以及热管理技术的发展,其应用边界也有可能逐步扩大。
机会在于,中国企业并不是从零开始的。国内工业电机领域已经开展了同步磁阻等路线的研究,新能源汽车企业也正尝试着可变磁通、电励磁和低稀土电机的发展方向。中国拥有大量的整车市场、比较完整的零部件体系以及较强制造能力,在将材料、设计和生产优势结合起来的情况下,零稀土电驱并不只是海外企业的专属方向。
当然零稀土并不是所有的场景都必须取消使用稀土,也不是传统的永磁电机马上就会退出市场。不同的车型对于功率密度、成本、续航以及使用的环境的要求各不相同,在技术路线的选择上也要接受整车表现和规模化制造的检验。
真正值得关注的是汽车电驱系统正从单项参数竞争变为综合工程能力的竞争。谁用更少的材料获得稳定的输出,谁用简单的结构降低成本,最后把方案可靠地交付给大规模产品生产时,他就会占据下一阶段的优势。“稀土重要、但是不能成为技术创新的终点。”