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特斯拉下一代永磁電機(jī)不用稀土，馬斯克在之前的投資者大會(huì)上這樣放言，一言重挫稀土產(chǎn)業(yè),，受其波及，行業(yè)個(gè)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？ $ T3 k. Y1 |- J! b, C& K% r- \
一,、不用稀土永磁,，到底行不行？
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電機(jī),，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(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分為兩大類：一種是永磁同步電機(jī)，另一種是異步交流電機(jī),。
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兩者相比,，各有優(yōu)劣。
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永磁同步電機(jī),，往往需要用到以釹鐵硼為主的稀土永磁材料,，該材料可對(duì)電機(jī)整體性能改善，使電機(jī)工作更為穩(wěn)定,，提高電機(jī)的效率,，改善電機(jī)的耐熱性，使電機(jī)更耐用,，更輕量化,，是車企的主流選擇。而異步交流電機(jī)的功率和扭矩更低,，體積更大,，不過相對(duì)便宜。 / A9 F ]" h6 o- g8 _( }7 s
特斯拉早期推出的電動(dòng)汽車,，使用的就是交流異步電機(jī),。不過，隨著上海超級(jí)工廠投產(chǎn),，特斯拉也開始使用稀土永磁同步電機(jī),，或兩種電機(jī)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(huì)高調(diào)表示,，現(xiàn)在的Model 3永磁電機(jī)稀土量減少了25%,，而下一代電機(jī)將不再使用稀土材料。 ! r% G4 B# T8 G9 W' h, H3 g5 p9 ^7 g
問題的關(guān)鍵在于：永磁同步電機(jī)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(jī)不用稀土，得分幾種情況：一種是,，電機(jī)完全不使用磁性材料,，變成了沒有永磁體的電機(jī)。第二種是,，稀土永磁體和其他永磁材料混用,。第三種是，電機(jī)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(shí)現(xiàn),。 而采取哪一種電機(jī)，取決于不同的應(yīng)用場(chǎng)景,，不同的電機(jī)其實(shí)都有機(jī)會(huì)。 絕大多數(shù)情況下,，永磁體能建立磁場(chǎng),，能夠提高效率。但在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，永磁體的磁場(chǎng)一旦過強(qiáng),，就需要減弱磁場(chǎng)，這會(huì)帶來能量損耗,。這時(shí)候,，永磁體就變成一個(gè)“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(dòng)四驅(qū)車的一根軸采用永磁電機(jī)， 另外一根軸采用異步電機(jī),，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(dòng)機(jī),，后輪用了永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這類混合驅(qū)動(dòng)方式兼顧了性能和效率,，還能減少對(duì)稀土材料的用量,。
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羅建指出,，如果車輛在滑行，此時(shí)異步機(jī)里因?yàn)闆]有磁場(chǎng),，本身不會(huì)帶來附加損耗,。可如果是永磁電機(jī),，里面有磁場(chǎng),，即使不通電，也會(huì)帶來附加損耗,。所以,，不同時(shí)間、不同工況下使用什么電機(jī),，是可以討論的,。 / D' Z$ y2 z+ s* I+ a
而另一種情況，則是在同步電機(jī)的基礎(chǔ)上,，用電力磁場(chǎng)替換永磁體,。此外，還有一種“折中”方案,，即采用永磁輔助電機(jī)：“電機(jī)的磁場(chǎng),，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,�,！� ) s* E( K9 } _- p: I' k: T
這樣做，有什么好處,？ . u: _4 X3 R% ^0 [
新能源汽車電機(jī)和工業(yè)電機(jī)最大的不同是,，新能源車的電機(jī)速度是從0變到最大，沒有一個(gè)額定速度,。因此,，人們想用一臺(tái)永磁電機(jī)，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(shí)：“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(gè)永磁輔助電機(jī),，是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。”
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此前,，特斯拉動(dòng)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(huì)去除電動(dòng)汽車永磁電機(jī)中的稀土,。 1 i2 p K2 `+ O% J
但問題是,，他沒有提供將會(huì)采用什么技術(shù)，何時(shí)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�,！鄙虾Ｓ猩饘倬W(wǎng)稀土分析師楊佳文向網(wǎng)易科技《能量場(chǎng)》表示,，如果特斯拉想開發(fā)新的技術(shù)，或者運(yùn)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,。
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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(jī),，但不使用稀土材料,，這是否可行呢？ 特斯拉電動(dòng)汽車永磁電機(jī)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(jìn)行改進(jìn),，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(jī)要提供相同的磁能時(shí),，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(dòng)汽車對(duì)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(diǎn),。
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舉個(gè)例子。
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2012年,，美國(guó)能源部實(shí)施了一個(gè)研發(fā)無稀土永磁材料的REACT計(jì)劃,，對(duì)Fe16N2、MnBi等多種材料進(jìn)行研究，但至今沒有重大進(jìn)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(guó)REACT計(jì)劃中候選永磁材料的制造工藝,。 除了制造工藝的難點(diǎn),，新材料從發(fā)明到規(guī)模化生產(chǎn),，仍需要時(shí)間,。 # z+ v2 C2 W, B) g8 w7 x( `
比如，2022年年底,，美國(guó)愛荷華州立大學(xué)艾姆斯實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jì)算發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)合成,，而該材料適用于無稀土永磁應(yīng)用。 ' [" Q: j1 [' f) M
“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)模化生產(chǎn),，樂觀地說至少5年以上,。”當(dāng)下稀土永磁電機(jī)的核心材料釹鐵硼,，早在1983年就已經(jīng)發(fā)明,，但規(guī)模化生產(chǎn)也等到了2000年以后,。 4 f, g( h) q6 X# ^
“現(xiàn)階段沒有這樣的技術(shù)基礎(chǔ),。”楊佳文談到,，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,。 " H, G8 x" Y6 L
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(jì)劃”,？ 5 O+ S3 x& \3 K$ d
對(duì)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(dòng)車采用的稀土永磁電機(jī)，運(yùn)用到的稀土材料釹鐵硼,，一般能占到永磁電機(jī)成本的50%,。
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“一臺(tái)常見的100多kWh的新能源電車，其永磁電機(jī)大致消耗1公斤到3公斤的釹鐵硼”
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除了電動(dòng)車的主要驅(qū)動(dòng)電機(jī),，電動(dòng)車還會(huì)裝配幾十臺(tái)微電機(jī),，主要應(yīng)用于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、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(jì)型汽車需配備20臺(tái)以上小電機(jī),，轎車至少需60臺(tái)以上小電機(jī),，豪華型轎車需近百臺(tái)小電機(jī)。
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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(dòng)汽車的電池、電機(jī),、電控占整車成本之比分別為37%,、7%、6%,。稀土永磁同步電機(jī),，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(jī)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(dòng)車最大的成本,。如果按整車15萬元價(jià)格計(jì)算,，一臺(tái)電車的永磁體成本約4800元,，按釹鐵硼平均價(jià)格450元/kg計(jì)算,，整車將用大約10～11kg釹鐵硼。
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“特斯拉的永磁電機(jī)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。”電動(dòng)汽車的最大成本是動(dòng)力電池,，其中正極材料約占整車成本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(dòng)汽車要降成本,，主要對(duì)象不是去除稀土永磁體。 ) y/ d/ D$ ]4 O
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(jì)劃的準(zhǔn)確時(shí)間——當(dāng)技術(shù),、材料,、成本都無法得出一個(gè)合理的解釋，馬斯克究竟打的什么小算盤,？ “他對(duì)投資者要有交代,。”羅建對(duì)《能量場(chǎng)》表示,，國(guó)外的投資者,，對(duì)近年來稀土價(jià)格的劇烈波動(dòng)，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(guó)電動(dòng)汽車制造十分擔(dān)憂過分依賴中國(guó)�,！睆埫鞅硎�,，目前美國(guó)電動(dòng)汽車制造對(duì)中國(guó)的動(dòng)力電池（中國(guó)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(guó)銷量占全球90%以上）依賴度非常高：“此前，美國(guó)特朗普政府計(jì)劃擺脫對(duì)中國(guó)的依賴已成為了美國(guó)的‘政治正確’”
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實(shí)際上,，特朗普政府在2021年8月宣布啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃,，到2030年使美國(guó)一半的新車實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化。為吸引投資者,，馬斯克此次提出了這些大膽的計(jì)劃,，與他以前的投資宣傳手法如出一轍。
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馬斯克雄心勃勃地宣布到2030年,，要每年生產(chǎn)2000萬輛電動(dòng)汽車,，屆時(shí)，如果馬斯克還用稀土永磁電機(jī),，2000萬輛電動(dòng)汽車將至少需要10萬噸的稀土永磁：“如此大的需求量,，到時(shí)候不可能美國(guó)化,，這將對(duì)美國(guó)投資產(chǎn)生多大的影響？所以,，馬斯克獨(dú)出心裁,，給美國(guó)政府和投資者一個(gè)似是而非的新方向�,！� ' w/ E$ J( h' \9 Z
數(shù)據(jù)顯示,，我國(guó)是高性能釹鐵硼永磁材料的第一大生產(chǎn)國(guó)，2022年,，我國(guó)稀土永磁累計(jì)注冊(cè)企業(yè)達(dá)到1964家,。而隨著近年來國(guó)內(nèi)公司技術(shù)的進(jìn)步與向高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的政策鼓勵(lì)，我國(guó)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%,。 7 v0 D" v( a( [- L% W {5 l6 Z0 U" u
海關(guān)總署數(shù)據(jù)顯示，2013年以來我國(guó)稀土永磁體出口量持續(xù)增長(zhǎng),，2022年我國(guó)稀土永磁體出口達(dá)53288噸,，同比增長(zhǎng)8.6%，創(chuàng)歷史新高,。
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中國(guó)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(guó)車企，對(duì)中國(guó)稀土永磁的依賴越來越重,。為了擺脫這樣的依賴,，各國(guó)車企早已在行動(dòng)。
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比如,，日本和歐洲的科技機(jī)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(jī),。而近十年來,，各國(guó)都在該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了密集的研發(fā)，無稀土永磁材料的研發(fā)成了各國(guó)攻克的重點(diǎn),。
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五,、“別國(guó)走他們的路，我們理性審視” 永磁電機(jī)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(shí)際上，包括航天,、機(jī)械,、電子、激光,、陶瓷,、合金制造等眾多領(lǐng)域，覆蓋我國(guó)經(jīng)濟(jì)民生的各行各業(yè),，對(duì)稀土材料都有著旺盛且持續(xù)增長(zhǎng)的需求,。
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然而，馬斯克的一席話,，卻在一定程度上,，對(duì)我國(guó)的釹鐵硼市場(chǎng)，乃至整個(gè)稀土行業(yè)都帶來了沖擊,。 . z7 x7 j0 @% z& Q
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(jī)均為永磁同步電機(jī),，扭矩密度和功率密度大,，工況效率高，已實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化,，產(chǎn)業(yè)化,。當(dāng)下，比亞迪主驅(qū)為永磁同步電機(jī),，輔驅(qū)為異步電機(jī)的技術(shù)路線不會(huì)改變,。
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而面對(duì)馬斯克“去稀土化”，究竟如何看待,？ 5 f; X( l. Q: \4 S/ K# @! f% O' s
我們國(guó)家稀土永磁材料（釹鐵硼）產(chǎn)業(yè),，具備著其它國(guó)家不具有的先天優(yōu)勢(shì)，不管從礦物開采,、金屬提煉,、稀土合金、稀土永磁材料,、到電動(dòng)汽車,，全產(chǎn)業(yè)鏈完整，具有規(guī)�,；б鎯�(yōu)勢(shì),，人才培養(yǎng)和儲(chǔ)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(kuò)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(guó)家科技部專項(xiàng)支持下不斷提升稀土永磁材料技術(shù)：“我們國(guó)家要有產(chǎn)業(yè)自信,，別國(guó)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(chǎng),。我們國(guó)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(chǎng),。
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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(gè)是值得學(xué)習(xí)的,。僅僅是因?yàn)閾?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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