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特斯拉下一代永磁電機不用稀土,，馬斯克在之前的投資者大會上這樣放言，一言重挫稀土產(chǎn)業(yè),，受其波及,，行業(yè)個股一度紛紛下挫。老馬大嘴一張,，殺傷力如此之大,，難道稀土永磁真的要徹底涼涼？
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一,、不用稀土永磁,，到底行不行？
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電機,，是新能源汽車的三大核心零部件之一,，是新能源汽車的“心臟”，重要性不言而喻,。一般來說,，電動車的驅(qū)動電機分為兩大類：一種是永磁同步電機，另一種是異步交流電機,。
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兩者相比,，各有優(yōu)劣。
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永磁同步電機,，往往需要用到以釹鐵硼為主的稀土永磁材料,，該材料可對電機整體性能改善，使電機工作更為穩(wěn)定,，提高電機的效率,，改善電機的耐熱性，使電機更耐用,，更輕量化,，是車企的主流選擇。而異步交流電機的功率和扭矩更低，體積更大,，不過相對便宜,。
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特斯拉早期推出的電動汽車，使用的就是交流異步電機,。不過,，隨著上海超級工廠投產(chǎn)，特斯拉也開始使用稀土永磁同步電機,，或兩種電機混合使用,。 然而，一貫“離經(jīng)叛道”,、熱衷成本控制的馬斯克,，此前曾在特斯拉投資者大會高調(diào)表示，現(xiàn)在的Model 3永磁電機稀土量減少了25%,，而下一代電機將不再使用稀土材料,。 7 O$ }+ d/ ]7 h+ W- X0 R' I
問題的關(guān)鍵在于：永磁同步電機少用、或者不用稀土材料,，到底行不行,？ “這在技術(shù)上是可行的�,！绷_建教授認(rèn)為,，如果電機不用稀土,，得分幾種情況：一種是,，電機完全不使用磁性材料，變成了沒有永磁體的電機,。第二種是,，稀土永磁體和其他永磁材料混用。第三種是,，電機還用永磁體,，但不再使用稀土，而用其他替換材料,。僅從技術(shù)路徑上說,，以上三種方法都能實現(xiàn)。 而采取哪一種電機,，取決于不同的應(yīng)用場景,，不同的電機其實都有機會。 絕大多數(shù)情況下,，永磁體能建立磁場,，能夠提高效率。但在電機高速運轉(zhuǎn)時，永磁體的磁場一旦過強,，就需要減弱磁場,，這會帶來能量損耗。這時候,，永磁體就變成一個“壞事”,。 因此，這些年業(yè)界提出了相應(yīng)的解決方案：比如,，電動四驅(qū)車的一根軸采用永磁電機,， 另外一根軸采用異步電機，兩者相互搭配,。比如,，特斯拉在Model3等車型上，其前輪用了交流感應(yīng)電動機,，后輪用了永磁同步電動機驅(qū)動,。這類混合驅(qū)動方式兼顧了性能和效率，還能減少對稀土材料的用量,。 % d* ?. j* _& a! ^, i8 z0 @
羅建指出,，如果車輛在滑行，此時異步機里因為沒有磁場,，本身不會帶來附加損耗,。可如果是永磁電機,，里面有磁場,，即使不通電，也會帶來附加損耗,。所以,，不同時間、不同工況下使用什么電機,，是可以討論的,。 7 A3 l6 f) j; L# m/ t+ N3 R
而另一種情況，則是在同步電機的基礎(chǔ)上,，用電力磁場替換永磁體,。此外，還有一種“折中”方案,，即采用永磁輔助電機：“電機的磁場,，一部分由永磁體建立，另一部分用由定子電流通過轉(zhuǎn)子磁阻建立。” ' b' e+ u; X+ \5 {2 Z
這樣做,，有什么好處,？
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新能源汽車電機和工業(yè)電機最大的不同是,，新能源車的電機速度是從0變到最大,，沒有一個額定速度,。因此,，人們想用一臺永磁電機,，在所有的速度范圍內(nèi)都達(dá)到最好效果,，難度很大，也不現(xiàn)實：“所以,，從綜合效率優(yōu)化的成本來說,，用稀土永磁材料、以及非稀土永磁材料（比如鐵氧體）,，共同輔助搭配,，做一個永磁輔助電機，是一個不錯的解決方案,�,！� : w' Q8 l, u, ~0 d4 d- ~. \
此前，特斯拉動力總成工程負(fù)責(zé)人科林·坎貝爾在投資者日上發(fā)表講話,，指出下一代電車,，將會去除電動汽車永磁電機中的稀土。
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但問題是,，他沒有提供將會采用什么技術(shù),，何時上市以及使用范圍。 “馬斯克不用稀土永磁,，可新材料是什么沒有公布,。”上海有色金屬網(wǎng)稀土分析師楊佳文向網(wǎng)易科技《能量場》表示,，如果特斯拉想開發(fā)新的技術(shù),，或者運用新的材料,，先不說能否商業(yè)化生產(chǎn),，可開發(fā)周期是多久，也沒有說明,。 p& }" h% P o8 R# |
二,、馬斯克有沒有可能發(fā)現(xiàn)新材料？
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如果馬斯克依舊想用永磁體電機,，但不使用稀土材料,，這是否可行呢？ 特斯拉電動汽車永磁電機如果不使用稀土材料,，可能的方向是兩種：一種是使用現(xiàn)有的無稀土永磁材料進行改進,，另一種是使用新型無稀土永磁材料。
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第一種方向，“如果特斯拉用鐵氧體永磁替代稀土永磁,，那么電機要提供相同的磁能時,，所需永磁體的體積將增大10～12倍。這一技術(shù)方案不符合電動汽車對車身輕量化的需求,�,！�
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而如果馬斯克要使用新型的無稀土永磁材料，這在技術(shù),、規(guī)�,；慨a(chǎn)上都存在難點。
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舉個例子,。 0 C8 }/ M4 g4 N6 o. o
2012年,，美國能源部實施了一個研發(fā)無稀土永磁材料的REACT計劃，對Fe16N2,、MnBi等多種材料進行研究,，但至今沒有重大進展。主要原因,，是替換稀土的材料且需要可批量生產(chǎn)的塊體材料制造工藝：但現(xiàn)階段,，全球還沒有找到美國REACT計劃中候選永磁材料的制造工藝。 除了制造工藝的難點,，新材料從發(fā)明到規(guī)�,；a(chǎn)，仍需要時間,。 ' x' \- l! W. R# F# i B8 b
比如,，2022年年底，美國愛荷華州立大學(xué)艾姆斯實驗室的夏薇儀和東京大學(xué)固體物理研究所櫻井正弘等人,，就在PANS發(fā)表文章,，證明了他們的機器學(xué)習(xí)（ML）指導(dǎo)框架能夠在幾天內(nèi)，完成無稀土磁性化合物Fe3CoB2的計算發(fā)現(xiàn)和實驗合成,，而該材料適用于無稀土永磁應(yīng)用,。 # A, Z, Q3 F% D6 z
“盡管如此，即使找到替代釹鐵硼的新型永磁材料,，要將其投入規(guī)�,；a(chǎn)，樂觀地說至少5年以上,�,！碑�(dāng)下稀土永磁電機的核心材料釹鐵硼，早在1983年就已經(jīng)發(fā)明,，但規(guī)�,；a(chǎn)也等到了2000年以后,。 1 v$ m6 N" x) M2 [0 r0 W1 M% m+ \
“現(xiàn)階段沒有這樣的技術(shù)基礎(chǔ)�,！睏罴盐恼劦�,，2022年，鐠釹金屬（釹鐵硼原材料之一）漲到130多萬/噸,，大家還在用,，說明現(xiàn)階段沒有可以完全替代釹鐵硼永磁的材料。 2 c5 I2 C5 p# d; @+ t$ E
三,、稀土永磁貴不貴,？ 馬斯克為何如此“著急”去宣告自己的“去稀土計劃”？
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對此,，人們猜想馬斯克執(zhí)著于“去稀土”,，在于成本考量。公開資料顯示,，電動車采用的稀土永磁電機,，運用到的稀土材料釹鐵硼，一般能占到永磁電機成本的50%,。
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“一臺常見的100多kWh的新能源電車,，其永磁電機大致消耗1公斤到3公斤的釹鐵硼” 0 r* S: P8 w3 g
除了電動車的主要驅(qū)動電機，電動車還會裝配幾十臺微電機,，主要應(yīng)用于汽車的發(fā)動機,、底盤、車身三大部位及附件中,。根據(jù)汽車行業(yè)估算,，每輛經(jīng)濟型汽車需配備20臺以上小電機，轎車至少需60臺以上小電機,，豪華型轎車需近百臺小電機,。 1 c0 [" }3 e/ {" m
查閱相關(guān)資料得知，如果按照行業(yè)平均數(shù)據(jù)而言,，純電動汽車的電池,、電機、電控占整車成本之比分別為37%,、7%,、6%。稀土永磁同步電機,，主要由永磁體、定子鐵芯,、殼體,、轉(zhuǎn)子和定子繞組等組成,，分別占電機45%、17%,、13%,、7%和6%的成本。
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照此推算,，電車的永磁體材料約占整車成本的3.2%,，并非電動車最大的成本。如果按整車15萬元價格計算,，一臺電車的永磁體成本約4800元,，按釹鐵硼平均價格450元/kg計算，整車將用大約10～11kg釹鐵硼,。 : U( }5 N% C* g- J
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“特斯拉的永磁電機不使用稀土材料,，主要基于產(chǎn)業(yè)鏈可控考慮，成本考慮次之,�,！彪妱悠嚨淖畲蟪杀臼莿恿﹄姵兀渲姓龢O材料約占整車成本16.7%,，而稀土永磁體僅占整車成本約3%,。
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如果僅從成本方面考量，電動汽車要降成本,，主要對象不是去除稀土永磁體,。
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四、“馬斯克追求的政治正確” 一沒有公布技術(shù)路線,，二沒有公布可替換的新材料,，三沒有公布計劃的準(zhǔn)確時間——當(dāng)技術(shù)、材料,、成本都無法得出一個合理的解釋,，馬斯克究竟打的什么小算盤？ “他對投資者要有交代,�,！绷_建對《能量場》表示，國外的投資者,，對近年來稀土價格的劇烈波動,，以及供應(yīng)鏈?zhǔn)欠窨沙掷m(xù)性，是有擔(dān)憂的,。
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“美國電動汽車制造十分擔(dān)憂過分依賴中國,。”張明表示,，目前美國電動汽車制造對中國的動力電池（中國精練了全球80%的原材料,，擁有77%的電池產(chǎn)能,，制造了60%的電池組件）和稀土永磁材料（尤其釹鐵硼材料，中國銷量占全球90%以上）依賴度非常高：“此前,，美國特朗普政府計劃擺脫對中國的依賴已成為了美國的‘政治正確’”
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實際上,，特朗普政府在2021年8月宣布啟動了一項計劃，到2030年使美國一半的新車實現(xiàn)電動化,。為吸引投資者,，馬斯克此次提出了這些大膽的計劃，與他以前的投資宣傳手法如出一轍,。 . C# e' l2 T7 R/ E, ~ H
馬斯克雄心勃勃地宣布到2030年,，要每年生產(chǎn)2000萬輛電動汽車，屆時,，如果馬斯克還用稀土永磁電機,，2000萬輛電動汽車將至少需要10萬噸的稀土永磁：“如此大的需求量，到時候不可能美國化,，這將對美國投資產(chǎn)生多大的影響,？所以，馬斯克獨出心裁,，給美國政府和投資者一個似是而非的新方向,。”
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數(shù)據(jù)顯示,，我國是高性能釹鐵硼永磁材料的第一大生產(chǎn)國,，2022年，我國稀土永磁累計注冊企業(yè)達(dá)到1964家,。而隨著近年來國內(nèi)公司技術(shù)的進步與向高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的政策鼓勵,，我國高性能釹鐵硼磁材產(chǎn)量激增，目前已經(jīng)占據(jù)世界產(chǎn)量比例接近70%,。 6 _; Y5 K: e2 e1 A \/ k5 B1 M
海關(guān)總署數(shù)據(jù)顯示,，2013年以來我國稀土永磁體出口量持續(xù)增長，2022年我國稀土永磁體出口達(dá)53288噸,，同比增長8.6%,，創(chuàng)歷史新高。
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中國稀土永磁體產(chǎn)量的激增,，也意味著包含特斯拉在內(nèi)的眾多外國車企,，對中國稀土永磁的依賴越來越重。為了擺脫這樣的依賴,，各國車企早已在行動,。 f9 S5 M& @3 Y G
比如，日本和歐洲的科技機構(gòu)、公司和車企正在嘗試開發(fā)非稀土,，或少用稀土的永磁同步電機,。而近十年來,，各國都在該技術(shù)領(lǐng)域進行了密集的研發(fā),，無稀土永磁材料的研發(fā)成了各國攻克的重點。
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五,、“別國走他們的路,，我們理性審視” 永磁電機是稀土材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域，但不是唯一的應(yīng)用領(lǐng)域,。實際上,，包括航天、機械,、電子,、激光、陶瓷,、合金制造等眾多領(lǐng)域,，覆蓋我國經(jīng)濟民生的各行各業(yè)，對稀土材料都有著旺盛且持續(xù)增長的需求,。
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然而,，馬斯克的一席話，卻在一定程度上,，對我國的釹鐵硼市場,，乃至整個稀土行業(yè)都帶來了沖擊。 2 A5 d; X. \. Y1 ], \0 ?1 T6 R9 v
就馬斯克的去稀土化的“猜想”,，比亞迪方面表示,，目前公司主驅(qū)電機均為永磁同步電機，扭矩密度和功率密度大,，工況效率高,，已實現(xiàn)平臺化，產(chǎn)業(yè)化,。當(dāng)下,，比亞迪主驅(qū)為永磁同步電機，輔驅(qū)為異步電機的技術(shù)路線不會改變,。
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而面對馬斯克“去稀土化”,，究竟如何看待？
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我們國家稀土永磁材料（釹鐵硼）產(chǎn)業(yè),，具備著其它國家不具有的先天優(yōu)勢,，不管從礦物開采、金屬提煉,、稀土合金,、稀土永磁材料,、到電動汽車，全產(chǎn)業(yè)鏈完整,，具有規(guī)�,；б鎯�(yōu)勢，人才培養(yǎng)和儲備全球第一,。
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而為了適應(yīng)低成本需求,，諸如晶界擴散技術(shù)和鑭鈰雙合金稀土永磁材料技術(shù)，現(xiàn)在都得到了大規(guī)模應(yīng)用,，并在國家科技部專項支持下不斷提升稀土永磁材料技術(shù)：“我們國家要有產(chǎn)業(yè)自信,，別國走他們的路，我們理性審視,！” 除了技術(shù)層面分析,，我們還應(yīng)該看到洋人不用稀土可能有他的立場。我們國家不用跟風(fēng),，在發(fā)展釹鐵硼的這些事情上,，一定要站穩(wěn)立場。
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當(dāng)然,，如果特斯拉真的降了成本,，或者有技術(shù)突破，這個是值得學(xué)習(xí)的,。僅僅是因為擔(dān)心稀土的供應(yīng)的問題,，那沒有必要。 |
發(fā)表于 2023-4-11 09:12:44
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