電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)淺談

李超

摘要：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為新能源電動(dòng)汽車(chē)的主要構(gòu)件，它決定了新能源汽車(chē)的續(xù)航能力。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能等有著極大的影響，本文通過(guò)技術(shù)調(diào)研，對(duì)比分析了電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展形式及難點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)行業(yè)、主機(jī)廠及供應(yīng)商等信息的收集，就電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);成本;現(xiàn)狀;趨勢(shì)

0 ?引言

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)對(duì)新能源電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能等有著極大的影響，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為新能源電動(dòng)汽車(chē)的主要構(gòu)件，在車(chē)輛行駛的過(guò)程中承擔(dān)著越來(lái)越重要的作用，隨著世界新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的市場(chǎng)前景更為樂(lè)觀，會(huì)有越來(lái)越多的供應(yīng)商涉足。經(jīng)系統(tǒng)的比較發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)較以往已有了較大進(jìn)步，在我國(guó)科研工作者的努力下各類(lèi)新能源汽車(chē)的需求得到了滿(mǎn)足且我國(guó)所生產(chǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在某些方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。即便這樣，較國(guó)外成熟的驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品仍舊存在一定的差距。但是伴隨著我國(guó)新能源汽車(chē)行業(yè)的飛躍式發(fā)展，國(guó)內(nèi)研發(fā)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品較國(guó)外的差距將會(huì)逐步縮小。

1 ?新能源汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

新能源純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特性所決定的，而作為電動(dòng)汽車(chē)三大核心功能之一的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)整車(chē)的輕量化也有一定的影響。在我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展有著重要的社會(huì)意義、實(shí)際意義和適用意義，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的工程化與產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題也一直是各大研究機(jī)構(gòu)和所涉企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)所在。

1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

對(duì)電機(jī)性能及參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)永磁同步電機(jī)在質(zhì)量、體積、轉(zhuǎn)速、功率、成本等方面與其它電機(jī)相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，因此新能源電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)大多選擇使用它。（表1）

①直流電機(jī)：國(guó)內(nèi)企業(yè)已對(duì)其控制技術(shù)完成了優(yōu)化改進(jìn)，它的性能在各方面都進(jìn)行了改進(jìn)完善，但由于其后期維護(hù)成本、體積及功率密度等問(wèn)題難以得到有效解決，目前新開(kāi)發(fā)的新能源電動(dòng)車(chē)型中已基本不再采用此類(lèi)型驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

②交流異步電機(jī)：國(guó)內(nèi)大部分交流異步電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已具備了自主開(kāi)發(fā)、批量生產(chǎn)、試驗(yàn)及服務(wù)的實(shí)力。

③永磁同步電機(jī)：國(guó)內(nèi)的電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已具備了完整的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)制造的能力和規(guī)模，基本技術(shù)指標(biāo)已接近國(guó)際水準(zhǔn)。

④開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)：現(xiàn)今開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在我國(guó)新能源純電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用較少，我國(guó)在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)上的研發(fā)能力不足，生產(chǎn)出來(lái)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)因噪聲高等缺陷而無(wú)法實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

我國(guó)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展之后，在新能源純電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用方面，已經(jīng)完全掌握了驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造，我國(guó)的生產(chǎn)能力完全能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，而且我國(guó)還有部分企業(yè)的產(chǎn)品也在對(duì)外出口。國(guó)內(nèi)外永磁同步電機(jī)參數(shù)如表2所示。

總體來(lái)看，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)已取得了較大進(jìn)步，相同功率等級(jí)下的主要參數(shù)方面均接近世界先進(jìn)水平。

1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器

對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器而言， 我國(guó)在芯片研發(fā)、封裝工藝技術(shù)和材料以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的集成等電力電子技術(shù)方面起步相對(duì)較晚，我國(guó)所使用的IGBT部件基本依賴(lài)進(jìn)口，我國(guó)雖有部分公司已完成功率模塊的研發(fā)，但控制精度、耐久性等與國(guó)外量產(chǎn)的產(chǎn)品相比仍存在一定差距。

2 ?新能源電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀分析

數(shù)據(jù)顯示永磁同步和交流異步電機(jī)是新能源乘用車(chē)的主要器件且裝配占比分別為69%和30%，裝配其他類(lèi)型電機(jī)的車(chē)輛占1%;現(xiàn)今我國(guó)的電動(dòng)客車(chē)采用永磁同步、交流異步及其他類(lèi)型電機(jī)比為95∶4∶1。新能源專(zhuān)用車(chē)搭載永磁同步電機(jī)的占比達(dá)81.5%，交流異步電機(jī)占比為18.5%。故在進(jìn)一步提升永磁同步電機(jī)性能方面，將面臨以下幾類(lèi)難點(diǎn)：

2.1 功率密度

提升功率密度有兩種途徑。一種是增大扭矩，但是會(huì)造成過(guò)載電流增大，發(fā)熱量增高，使散熱壓力變大;另一種是提高轉(zhuǎn)速，但是高速運(yùn)行時(shí)鐵磁損耗會(huì)增大。

2.2 原材料成本

原材料研發(fā)能力較薄弱，依賴(lài)于進(jìn)口，使用進(jìn)口產(chǎn)品的管理成本及交易成本較高，造成原材料的預(yù)算較高，這在一定程度上對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展造成了很大的影響。

2.3 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝是制約電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大規(guī)模量產(chǎn)的重要因素。因?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化積累不夠，導(dǎo)致其無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)不良率的要求。

2.4 集成度

我國(guó)新能源電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器的系統(tǒng)集成度水平較低，距國(guó)際先進(jìn)水平仍有一定的差距。

2.5 研發(fā)能力

控制器核心元件的研發(fā)能力較弱，如位置/轉(zhuǎn)速傳感器、IGBT模塊等。IGBT技術(shù)壁壘較強(qiáng)，基本依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴，目前國(guó)產(chǎn)IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的搭建還不夠完善，與國(guó)際巨頭的技術(shù)差距仍較大。

3 ?未來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能的優(yōu)劣直接反應(yīng)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上。高轉(zhuǎn)速輕量化的電機(jī)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能的提升有很大的幫助，在提升電機(jī)系統(tǒng)性能的同時(shí)還要有效控制其生產(chǎn)成本，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器與減速器的一體化來(lái)減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量和體積，從而在根本上控制生產(chǎn)成本。

隨著新能源汽車(chē)大規(guī)模的推廣，對(duì)于整車(chē)的動(dòng)力性能、續(xù)駛里程和成本的要求也越來(lái)越高。因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就需要有優(yōu)越的能量回饋管理策略及效率來(lái)增加整車(chē)的續(xù)駛里程，同時(shí)也需要有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能，以適應(yīng)更嚴(yán)酷的工作環(huán)境等。同時(shí)運(yùn)用平臺(tái)化的產(chǎn)品在顯著降低研發(fā)制造成本的同時(shí)也降低了終端客戶(hù)的單車(chē)購(gòu)入成本。因此，高度集成化、平臺(tái)化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的方向。

為趕上世界先進(jìn)水平的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的步伐，為滿(mǎn)足業(yè)內(nèi)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求，高度智能化及非線(xiàn)性智能控制化、數(shù)字化的系統(tǒng)控制將會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)。提升車(chē)輛行駛過(guò)程中的能量管理，優(yōu)化動(dòng)能回饋策略，都將應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)控制系統(tǒng)中。使得電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、綜合性能得到了飛躍式的提升。因此，高效集成化、輕量平臺(tái)化及控制數(shù)字化和智能化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)必將成為可能。

4 ?總結(jié)

在傳統(tǒng)燃油車(chē)方面，我國(guó)較歐、美、日、韓等國(guó)依舊存在一定的差距，通過(guò)近二十余年的發(fā)展，我們國(guó)家已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。而我們國(guó)家在電動(dòng)汽車(chē)方面的發(fā)展已經(jīng)走到了初步階段，具備了一定的產(chǎn)業(yè)鏈及規(guī)模。伴隨著我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的大力推行，大批的研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)也隨之涌現(xiàn)，雖然當(dāng)前的發(fā)展存在艱苦和曲折，但是我國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的決心卻不會(huì)因此而動(dòng)搖?，F(xiàn)今我國(guó)的市場(chǎng)主流車(chē)輛仍然是傳統(tǒng)燃油車(chē)，但是隨著可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的提出，清潔環(huán)保的電動(dòng)汽車(chē)勢(shì)必將會(huì)取代傳統(tǒng)的燃油車(chē)。伴隨著相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)終將會(huì)遍布到世界的各個(gè)角落。

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