_新能源汽车网,逆变器及锂电池等混合动力车技

2019-09-22 作者:汽车资讯   |   浏览(117)

目前汽车厂商单独开发电动车辆已到达极限。必须让大学、电子厂商、电子部件厂商和材料厂商进一步发挥其研究开发能力。为此,汽车厂商、电子厂商、电子部件厂商、材料厂商、大学和研究机构的技术人员需要拥有一个可以广泛交换意见的场所。而AT International举办的目的就在于此。下届“AT International 2009”将于2009年7月15~17日在太平洋横滨会展中心召开。希望该会议能够促进电动车辆的开发。

在汽车领域的应用是许多SiC半导体厂商瞄准的目标,但多数看法认为,就元器件的成本、性能及可靠性而言,比起在产业设备以及民用设备上配备,在汽车上配备的障碍更大。该公司虽然没有透露计划采用SiC半导体的日期,但表示“到本世纪10年代前期,如果开始在产业设备及民用设备上采用,那么,作为进一步改善了成本及可靠性的下一个应用领域,我们将会考虑在汽车上配备”,估计将目标定在了2011~2012年以后。

东芝在“AT International 2008”(7月23~25日,幕张Messe国际会展中心)上展出了面向混合动力车开发的马达、逆变器及锂离子充电电池。

2012-10-16作者:综合来源:时代周报

日本电产公司于今年1月10日宣布,将量产不使用稀土材料的新一代“SR马达”,该马达主要用于电动汽车和混合动力车,并将于2013年开始向日本国内外的汽车厂商供货。为应对稀土价格暴涨,该公司将通过替代技术的使用来加快汽车市场的开拓。而这只是日本拒绝“中国稀土”革命的一个缩影。

在刚刚颁布的2012年度诺贝尔奖评选中,日本的山中伸弥教授摘取了医学奖。这显示了该国在科技研发上的强大实力。

在稀土的应用方面,日本同样拥有领先的技术与规划。日前,日本政府和各大企业正在加紧研发相关技术,以做到“去稀土化”。

稀土对于生产汽车、发动机的马达与磁铁至关重要,在这个领域减少使用稀土成为日企的终点攻关。

日本电产公司于今年1月10日宣布,将量产不使用稀土材料的新一代“SR马达”,该马达主要用于电动汽车和混合动力车,并将于2013年开始向日本国内外的汽车厂商供货。为应对稀土价格暴涨,该公司将通过替代技术的使用来加快汽车市场的开拓。这是该公司社长永守重信在总部会见记者时透露的。

日本信越化学工业公司也使用新工艺,将大幅减少马达用高性能磁铁中的稀土镝的用量。新工艺引进之后,明年春季之前将把空调用的磁铁全部更换为镝用量减半的产品。该公司握有高性能磁铁全球份额的两至三成。镝是一种重要的添加剂,可以使高温工作的空调和混合动力车的马达等使用的磁铁具有耐热性。它在空调磁铁的重量中约占5%,在混合动力车磁铁中约占10%。

信越化学工业目前已在日本福井县工厂投资十几亿日元,引进了专用的涂布设备。混合动力车磁铁也考虑将使用量减半,信越化学工业将与汽车厂商就标准等问题展开磋商。明年还将通过改进磁铁材料成分、改善耐热性,将占重仅1%的硬盘马达用的磁铁中镝的用量减至零。

4月11日,日立制作所宣布,已经开发出不使用稀土的节能型工业马达。其为工厂和大厦的送风机和风泵等设备使用,日本国内市场的规模为每年3万亿日元。最近数年,随着节能浪潮的高涨,节能型马达在渐渐取代之前的马达。其中最具代表性的是配备了使用稀土钕和镝的强磁马达。

而日立开发出的马达的磁铁中不使用稀土,通过改用核心部件铁芯的材料提高了工作效率。日立的马达与使用稀土的产品相比具有同等性能。由于无需使用价格昂贵的稀土,因此有望大幅降低制造成本,日立力争在2014年投产。

8月16日,东芝公司宣布研发出了不使用稀土的强力磁石。东芝计划将这种磁石用于列车和混合动力车的发动机。迄今为止,对列车等的发动机而言,使用稀土类元素镝的“钕磁石”不可或缺。东芝将其它种类的磁石进行独特的热处理等加工,成功使其拥有了可与钕磁石媲美的磁力。

而在一个月前,日本TDK公司开发出不使用稀土的铁氧体磁铁。新型铁氧体磁铁可广泛应用于汽车的电动座椅、电动窗以及电动后视镜等的中小型马达,也应用于空调和洗衣机等领域。近年来受稀土供应影响,高性能钕磁铁等金属磁铁的价格不断上涨,因此越来越多的家电等厂商开始在面向新兴经济体的产品中采用价格较低的铁氧体磁铁。

TDK希望更多厂商采用这种新型铁氧体磁铁。该产品卖点是不含有交易价格变动幅度较大的稀土,价格低廉、供货稳定。TDK计划明年开始实施量产,其目标是4-5年后铁氧体磁铁的供货量的四成换为新型磁铁。

除了减少对稀土的使用,日本还广泛研究稀土的回收技术。松下电器在兵库县的工厂从今年2月起引进一种新装置。这种装置可以从废弃的旧家电中提取用稀土钕制作而成的磁铁。这些磁铁可以重新用在空调压缩机和洗衣机的马达上。

日本三菱材料公司计划2015年开始从混合动力车中回收稀土磁铁。将与本田集团合作,构筑起从报废混动车中回收磁铁的体制。三菱材料公司希望通过在日本国内开展回收业务降低从外部获取稀土的采购风险。

日本国内混动车报废数量到2020年将达到40万辆,可回收的稀土磁铁有240吨。可计算出含有24吨混动车必不可缺的镝,占日本国内年需求600万吨中的大约4%。三菱材料力争与本田合作回收磁铁中可回收的25%,总计60吨。

本田汽车的技术可以使混合动力车镍氢电池中含有的稀土实现再利用。这项技术由本田与日本重化学工业公司于近期联合开发,这是该技术在全球首次进入量产阶段。混合动力车配备的镍氢电池重约20千克,其中包含的稀土类金属占数千克。以往无法从电池中提取稀土类金属,本田将回收的电池作为不锈钢原料再次利用。而通过新开发的方法,电池中含有的稀土类金属有80%以上可以进行回收。目前,本田正在通过销售店回收废旧镍氢电池。旧电池将被运送到日本重化学工业旗下的工厂,该工厂承担从电池分解到稀土提取的所有工作。提取的稀土将供应给电池厂商等。

三菱材料是日本国内家电回收利用领域龙头企业,占20%市场份额,并涉足空调等稀土磁铁回收业务。其战略是与本田合作率先开始从混动车中回收磁铁,在稀土回收业务领域掌握主导权。日本新能源产业技术综合开发机构为实证试验提供支援。除了三菱材料,还将为丰田通商等其他2个组织提供援助,预计援助金额将达到2亿日元规模。

日企的技术革新得到了日本经济产业省的大力支持,其向无需使用稀土的零件技术和从废弃家电中回收稀土的技术提供研发补助经费。日本经济产业省希望通过实施扶持政策,对中国产稀土中镝的依赖度2年后将减少至目前的一半左右。这一计划上一年度已纳入第3次修正预算。今年2月已经出台第1项举措,而今后将继续扩大扶持范围,加快“去稀土化”和“节约稀土”的动作。据日本经济产业省推算,如果加上2月的援助补贴,有望使今年镝消费量减少300吨。

对于日本在稀土产业方面的技术革新,厦门大学能源研究中心主任林伯强告诉记者:“技术前景应该不错,但是价格要上涨到一定的程度才会这么做,目前仅仅是开始。如果稀土很便宜,日本就不需要做东做西了。短期之内要脱离对稀土的依赖是很难的,不管是从垃圾中提取还是自己去开发,都需要一段时间,没有这么快。”

而曾任冶金工业部科技司司长、中国稀土学会常务理事的余宗森对记者表示:“在产业技术上摆脱中国的稀土供应,对日本来说是不太容易做到的,除非日本真的能取得重大的技术突破,否则很难打破现有的技术格局。而且很多制品不用稀土的话,性能可能就不太尽如人意。”

目前,出于汽油价格暴涨和CO2排放规定严格化等原因,汽车厂商正在积极开发混合动力车、电动车和插电式混合动力车等电动车辆。因此,对于这些车辆使用的马达、逆变器和充电电池的开发也需要加快速度。

作为车载设备专用SiC半导体的开发课题,该公司列举了:SiC底板5英寸以上的大口径化,常关(Normally Off)立式晶体管技术,可耐高温环境的封装技术。有助于降低成本,则有助于改善性能及可靠性。

金沙贵宾会 1 图1:东芝展出的混合动力车技术

拒绝中国稀土 日本电动汽车闹“革命”

不久前,笔者参加了日产汽车于2008年8月5~8日举办的“先进技术说明会&试驾会”,试驾了混合动力车和电动车的实验车辆。

“希望在本世纪10年代前期,在汽车领域以外看到应用业绩”

金沙贵宾会 ,该公司的马达是组合使用磁阻转矩和磁铁转矩的“永磁磁阻电机”,具有可从低速旋转时产生大转矩,并将转矩维持至高速旋转的特点。最大转速为1万5000rpm以上,支持300km/h的车速。马达效率最大为98%,大范围内达到95%以上。该公司目前已向美国福特的SUV“Escape Hybrid”等供应马达,预定08年度内达到20万台。

另一方面,此次试驶的电动车是以“Cube”为原型,前车盖下配备了功率为80kW的马达和逆变器,后座下配备了锂离子充电电池。可能是因为马达功率接近富士重工业“R1e”和三菱汽车“i MiEV”的1.7倍~2倍,试驶时的加速感极强。而且,与过去以轻型汽车为原型的电动车相比,行驶时轮胎产生的转动噪声和风噪在室内难以听到,给人感觉非常安静。日产汽车计划于2010财年上市有别于此次实验车辆的混合动力车,而计划于同年上市的电动车也将采用不同于现有车体的专用车体。

如果将集团企业的研发成果也包括在内,那么,该公司就拥有涉及从SiC半导体晶体生成、到元器件及控制电路技术的多领域技术经验。作为实例,滨田介绍了借助将转移缺陷密度比以前降低3~4位数的“RAF法”制作SiC底板的技术,以及载体移动度高达244cm2/Vs的SiC-MOS FET等的开发成果。不过,“必要的开发工作,单靠本公司一家企业无法完成”,希望得到相关厂商的广泛协助。

金沙贵宾会 2 图2:马达技术的解说图

此次试驶的混合动力车是以“Skyline”为原型,由3.5L排量V型6缸发动机、10k~20kW左右的马达、7级自动变速器和1kWh左右的锂离子充电电池组成。发动机功率非常之大,总体感觉是马达与其说是提供驱动力,不如说是用于回收制动时产生的再生能量,使车辆在拥有大功率发动机的同时,提高燃效。

丰田汽车在“ICSCRM 2007”展会第一天的主题演讲中,谈到了对应用于车载的SiC功率半导体的期待。为了在“本世纪10年代”将其嵌入到混合动力车等所采用的马达控制用逆变器中,“希望业界广泛提供合作”(该公司车辆技术本部第3电子技术部第3电子开发室长滨田公守)。如果能嵌入SiC半导体,将有助于逆变器大幅实现小型化及低成本化。

在逆变器方面,以实现与12V铅蓄电池同样的外形尺寸为目标进行了开发。另外,在配备于逆变器的IGBT方面,该公司正在开发设置面积比以往产品减小一半的小型IGBT(额定电压为800V、额定电流为300A及200A的产品)。

以马达中使用的钕磁铁为例,因为其过度依赖稀有金属,因此未来存在危机。特别是为提高钕磁铁矫顽力而不可或缺的镝,其产地主要在中国,生产将完全依赖于中国。今后,随着电动车辆市场的扩大,开发尽可能不使用钕和镝的马达将成为必要条件。而且,逆变器使用的功率半导体也需要抛弃传统的硅,而采用在高温下同样能够保持高效的SiC。对于充电电池则需要能量密度更高的材料。

车载用充电电池方面,以使用负极材料采用钛酸锂、安全性能更高的锂离子充电电池“SCiB”为目标。SCiB已开始面向带有电动助力的自行车进行生产,面向叉车的供应现在还在探讨研究中。

2008年7月在幕张Messe会展中心举办的首届汽车电子展会暨专业论坛“AT International 2008”上,东海大学工学部电气电子工学系教授森本雅之和长崎大学工学部电气电子工学系副教授樋口刚就不使用永磁铁的马达发表了演讲。此外,在展会上,除东芝、罗姆展出了基于SiC的试制品外,丰田汽车第1电子开发部部长宫田博司也在主题演讲中阐述了开发功率半导体和电池的重要性。

金沙贵宾会 3 图4:东芝已开始量产的锂离子充电电池

金沙贵宾会 4 图3:正在开发的IGBT

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