一套电驱系统能否在大规模制造中跑通,并不是仅仅由电机本身峰值功率决定的。材料采购是否稳定、生产节拍是否可以提高、故障后的维修成本是否可控,都会对一辆车最终能卖到什么价格造成影响。
特斯拉Cybercab受到关注,也正是因为它把“无稀土电驱”从之前的公告技术目标中推进到了实际的产品路线之中。特斯拉此前已经提出下一代永磁电机不使用稀土材料的说法。在关于Cybercab的公开讨论中,外界也将其降低成本、服务自动驾驶出租车规模化运营的方向作为重要的一环。
稀土并不是一种普通的可以有也可以没有的材料。新能源汽车常用的永磁同步电机依靠钕铁硼等高性能永磁材料,部分产品还需要镝、铽等重稀土元素来提高耐高温能力。它的优点是电机可以做得更紧凑,效率也高,适合对空间和能耗敏感的电动车。
但是这种效率优势也会带来供应链上的依赖性。
稀土资源的开采只是开始,并不是最终目的,在分离、精炼、磁材制造及之后加工过程中才是决定产业能力的关键部分。中国在这些方面已经形成了一定程度的积累,产业链完整度高、制造能力强的优势也比较明显。就全球车企而言,想要短时间内复制完整的体系需要新建矿山和加工厂来达到生产规模的需求量巨大而且时间也长。
所以减少稀土的使用量一直都是汽车产业的一个重点问题。本田等公司之前尝试在混动电机中降低重稀土含量,一些厂商也一直在研究感应电机、同步磁阻电机和铁氧体磁体方案。但是减少部分重稀土和完全不使用稀土是两道不同的技术题。
真正的难题在于去掉稀土磁体之后,如何不让其体积、重量、效率以及耐久性出现明显的下降。
这不是换一种便宜磁铁就能解决的问题。铁氧体磁体不含稀土,价格较低,但是它的磁性能同钕铁硼存在差距。只有材料替换才能使电机得到相近的输出功率和车辆的重量、空间布置以及能耗发生变化。
所以无稀土电驱更像是一次系统性的重新设计。转子结构、磁路布置、定子绕组、逆变器控制、散热方式和软件标定都需要一起调整。电机不再主要依靠永磁材料提供性能,而主要是靠磁阻转矩和结构优化以及控制策略来弥补材料变化所造成的不足。
特斯拉过去的技术选择本身就体现了这种权衡。
早期Roadster以及部分Model S、Model X使用过交流感应电机,这类方案不依赖稀土永磁体,在部分工况下的能耗表现并不占优。此后,Model 3、Model Y等车型更多采用永磁同步电机,整车能效得到改善,稀土材料的使用也随之增加。
从感应电机转向永磁电机再摆脱稀土,并不等于某条路线被彻底否定。汽车技术上没有绝对最优解的存在,车企会依照成本、性能、产能以及供应稳定性来不断调整方案。Cybercab特殊之处在于它被定位为面向自动驾驶运营的车型,对成本和制造效率的要求比普通乘用车更加严格。
一辆自动驾驶出租车要进入高频运营,不能只看车辆售价。电机、电控等核心部件还要经过长时间的高里程、各种气候以及复杂的道路条件考验。任何一个部件在维护周期、良品率或者备件供应上出现问题都会被运营规模迅速放大。
因此外界对于“零稀土”这三个字的关注,并不是特斯拉能否把新方案真正做成稳定产线的问题。有行业信息称新的电驱单元希望缩短制造节拍、减少产线占地以及部分功率器件用量等。这些具体的数字还需要等待实际交付、良品率以及长期使用数据的验证,但是方向很明确,即特斯拉希望同时降低材料依赖度和制造复杂度。
即使无稀土电机成功量产了,也不能由此来推断出稀土的重要性会立刻下降。
新能源汽车、风电设备、工业机器人、消费电子及国防工业中还存在着许多需要高性能稀土永磁材料的场景。
不同车型定位、功率需求以及成本承受能力各不相同,但是永磁同步电机并不会因为出现一种新路线而失去市场。未来的更多技术将会是多种技术并行的局面,有的车型还会采用高性能永磁电机,有的车型则会用到具有减小稀土使用的磁阻路线来降低其使用量,并且也会在材料和电机结构上找到新的平衡。
对企业来说也是不是一道简单的“被替代”或者“占优势”的选择题。中国拥有稀土加工和磁材产业的优势,也有完整的新能源汽车、电机、电控、功率半导体以及整车制造体系。比亚迪、汇川技术、卧龙电驱等企业长期布局不同的电驱技术,竞争也会推动方案不断迭代。
真正值得关注的是竞争维度正发生变化。
Cybercab无稀土电驱路线能否成为行业标准还要看量产规模、真实能耗、可靠性以及市场接受度。但它至少给了一个信号:高性能电机不能只用同一种材料体系来造。
电动车竞争并没有离开资源,只是已经延伸到图纸、产线和制造细节之中。