2025年美國電動汽車驅動電機電控“路線圖”解讀

美國能源部在2017年發布了電動汽車發展2025路線圖規劃。對電動汽車及其三電系統的發展目標給出了指導性意見。他們曾在2013年發布過2020年路線圖，在全世界范圍內形成了標桿影響力，現在五年過去了， 新的路線圖對電機電控技術發展都作了哪些規劃呢？

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從2020到2025

2025年路線圖是2020年的基礎上的進一步延伸，主要是從效率、功率密度、成本方面作出指標要求。其對電機電流的具體要求如下：

從中發現在電機效率、功率密度、成本方面都有較大的提升，不僅如此在可靠性要求方面，也從2020年的15年/15萬英里提高到了2025年15年/30萬英里。

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成本和功率密度要求進一步提高

這份路線圖核心的要求是成本和功率密度，因為這關系到EV總體商業目標是實現。根據路線圖描述：在2025年，峰值功率為100kw的驅動系統，總成本要求達到6＄/kw，而這個指標在2020年只有8＄。相應的電控的要求在2025年達到2.7＄/kw，電機需要達到3.3＄/kw。

在功率密度方面，側重對功率體積比的定義。驅動系統峰值功率密度要在2025年達到33kw/L，遠高于2020年4kw/L的指標，分解到電控需要到100kw/L，分解到電機需要到50kw/L，這兩個指標分別是2020年要求的7.5倍和8.8倍。

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這個差距到底有多大？

一定的定量的概念，才能理解這件事情。我們常常分析的豐田prius，BMW都是什么樣的水平呢？pruis2010的驅動總成成本要34.9$/kw，電機的功率密度才2.6kw/L,連2020年的目標都沒有達到。

較新一點的BMWi32016版本的驅動系統技術指標有一定進步，其電機的功率密度達到9.2kw/L，電控的功率密度達到18.5kw/L,這超過2020年目標水平，但未達到2025年水平，其成本數據也未公布。

U.S.Drive統計了2017年領先企業的技術指標，其平均水平如下表，在功率密度方面有了長足的進步，基本達到了2015年要求，但成本仍然偏高，可見成本是關鍵之中的關鍵。

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這個差距到底有多大？

更進一步我們對照控制器和電機的目標成本目標模型。100kw的控制器，功率模塊和驅動模塊成本需要達到59美元和60美元，功率模塊成本占比需要從39%降低到23%。

在電機方面，一個100kw的電機總成本330美元，其中磁鋼的成本需要達到13美元，占比從現在的8%降低到4%。

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這份路線圖是怎么設定出來的：倒逼

指標提這么高，真是蠻橫霸道不講道理，之所以設定這么高的要求，肯定不是參考了現有技術發展的結果，更多的是為實現市場目標。其假設前提條件是要在2025年達到純電動汽車在汽車市場占比10%，在2040年占比35%的目標，必須要在成本和體積效率上有更大的突破，從而獲得相對傳統汽車的競爭力。從市場到產品，從汽車總產品再到電機電控子產品一級一級往下分，就是這么些指標，這是令全行業都敬畏的數字。

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有沒有人可能達到目標

還真有可能， 橡樹嶺實驗室就在2017年開發出一款電機產品，在功率密度、成本都能超過了2020年要求。這款電機是鐵氧體永磁同步電機，轉子采用雙層SPOKE結構，經過測試這款峰值功率為103kw的電機，轉矩密度比prius2010提高了10%，最高轉速提高了20%。

如果以9000rpm 103kw的峰值工況工況計算，該電機功率密度達到10.3kw/L，成本降低到4.4＄kw,實現了2020的目標。其采用的核心創新點就是無稀土技術和自動優化算法。

當然離2025的目標還有差距，但后續的電機方案已經在優化中。在下一代的產品中，功率密度會提高50%達到16.2kw/L，4.5kw/kg，轉矩密度達到32Nm/L，8.9Nm/kg。也算是往前進了一大步。

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路在何方---技術突破

為了實現目標，路線圖中也給出了相應的技術路線。這里介紹下電機的方面的發展路線。我們不完全的總結了下大致分三個方向：

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給我們帶來的啟示

美國制定路線圖意圖就是強力推進本土企業的技術創新，DOE明確宣稱，現在的目標是已有技術無法實現的，從2015到2020需要一次技術突破，從2020到2025年還需要一次技術突破 ，只有勇于向前的企業才能脫穎而出。作為跟隨者我們該何去何從？創新、創新、創新重要的事情說三遍，企業一定要建設自己的核心技術競爭力，跟隨模仿的老路已經越來越窄了。