特斯拉在得克萨斯州奥斯汀举行Cybercab活动时,除了发布量产版无人驾驶出租车外,还展示了一款不使用稀土元素的新型永磁电机。外界关注的焦点很快从车辆本身转到“无稀土”三个字上,“无稀土”到底是电机技术的重大跃升,还是汽车企业对供应链风险的一次主动应对?
首先要明确一个容易被混淆的概念。稀土不是电动汽车电池的主要材料,相关争议主要集中在驱动电机上。稀土元素有镧系元素、钪、钇等。钕常用来制造高性能永磁体,镝、铽和镨等也可以作为添加材料使用。它们可以给电机提供较强的磁力,在很小的体积下就具有很高的效率,因此被广泛应用于电动机、扬声器和硬盘上。
一辆电动汽车所用的稀土元素大约有1kg左右,单车用量不大,但是在大规模生产中就会出现需求迅速上升的情况。更重要的是,并不是所有的电机都需要稀土。交流感应电机可以依靠电流产生磁场而不需要安装永磁体。特斯拉早期车型使用的就是这种方案,在Model 3推出之后,公司又逐渐扩大了永磁电机的应用范围。
永磁电机具有体积小、重量轻、效率高的特点,此次活动中特斯拉所称的Cybercab搭载的新驱动单元比其他顶级驱动单元小18%、重25%,并且效率更高。马斯克随后也确认该款电机不含稀土金属。但是特斯拉并没有给出具体的磁性材料以及效率提升的具体百分比,所以目前还不能对它的技术路线和性能改善程度做出判断。
从能耗的角度来说,该变化的实际意义可能并不会像宣传语所表达出来的那么大。即使是效率较低的电动车电机也可以把90%以上的输入能量转化成旋转扭矩。在如此高的基础上继续提升,往往只能得到有限的增益。特斯拉此次着重提及了尺寸、重量的变化,并且没有详细说明出力效率提升的程度,这大概也表明效率不是这款车电机最值得重视的部分。
真正重要的部分应该是封装能力。电机越小、越轻,就越能给车辆底盘提供更大的布局自由度,电池、座舱等其他部件也可以更方便地进行整体优化。Cybercab采用的是双座低矮车身和较轻的结构设计,官方给出的能耗为165瓦时/英里。它的低能耗不是由电机决定的,而是车身尺寸、空气动力学、重量、座舱布局以及驱动系统共同作用的结果。无稀土电机提供的,更像是整体优化中的一块拼图。
稀土供应链给这项技术赋予了更现实的意义。稀土并不是“稀有”,但是开采、分离和加工的过程存在着很高的门槛,并且全球相关的加工能力又集中在少数几个国家手中。近些年来,出口管制以及供应链的调整使汽车厂商意识到,单纯依靠一种关键材料来满足成本、交付或者生产计划的需求是不可取的。减少稀土用量或者彻底摆脱稀土永磁体都属于供应链管理问题,而技术展示问题则是另外一回事。
如果未来这款电机真的能保持功率密度和可靠性的同时实现大规模生产,它的影响就会超过一款车型本身。从特斯拉的角度而言,这是降低关键材料依赖、改善车辆布局的选择;对整个电动车行业而言,则是一个信号:汽车电机的竞争已经不只是比拼峰值功率和效率的问题,而是在比较谁能用更少、更稳定、更容易获取的材料完成同样的工作。