你不知道的新能源汽車電動機(jī)

　　強(qiáng)勁在我：汽車電驅(qū)動系統(tǒng)解析

　　電機(jī)技術(shù)作為新能源汽車三大技術(shù)之一，相比于電控、電池技術(shù)在資本市場的炙手可熱來說，可謂是頗受冷落。然而，在實(shí)際產(chǎn)業(yè)中，電機(jī)技術(shù)近幾年卻層出不窮，尤其在新能源汽車電池技術(shù)瓶頸難以突破的情況下，提高電機(jī)性能，提高能量利用率便成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展切實(shí)可行、事半功倍的突破口。

　　電驅(qū)動方式與控制

　　全球范圍看，目前應(yīng)用于新能源汽車的電機(jī)可謂五花八門，各有所長。其中，有刷直流電機(jī)、一般同步電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)與有刷磁鐵電機(jī)歷史最長，產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷，迄今還在應(yīng)用。上世紀(jì)80年代表面永磁同步電機(jī)開始進(jìn)入商品化，1990年以來研制開發(fā)的開關(guān)磁阻電機(jī)、內(nèi)置式永磁同步電機(jī)以及最新的同步磁阻電機(jī)相繼進(jìn)入市場，并在電動汽車與混合動力汽車上獲得應(yīng)用。

　　近年來美、歐開發(fā)的電動汽車多采用交流感應(yīng)電機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低，性能可靠;缺點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩小。日本近年來問世的電動汽車與新型混合動力車大多采用永磁電機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)是效率比交流感應(yīng)電機(jī)高，但價(jià)格較貴。永磁材料耐熱溫度低于120℃，而開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM：Switched Reluctance Motor)結(jié)構(gòu)新型、簡單、起動性能好，無大的沖擊電流，但噪聲大。

　　在驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動方式與控制方面，車輛的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動方式可分為集中驅(qū)動與車輪獨(dú)立驅(qū)動。集中驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單，可以沿用內(nèi)燃機(jī)汽車的部分傳動裝置，是目前應(yīng)用最多的電機(jī)驅(qū)動方式，容易處理電機(jī)冷卻、防振以及電磁干擾等問題。但是集中驅(qū)動傳動系統(tǒng)復(fù)雜、傳動效率低，不能對兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行單獨(dú)控制，影響車輛的操縱穩(wěn)定性。

　　車輪獨(dú)立驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是簡化傳動系統(tǒng)，布置方便。由于每個(gè)電機(jī)可以單獨(dú)控制，能實(shí)現(xiàn)車輪驅(qū)動力的單獨(dú)調(diào)節(jié)和施加橫擺力矩控制，容易實(shí)現(xiàn)車輛底盤系統(tǒng)的電子控制，改善車輛驅(qū)動性能和行駛性能。但輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)會使車輪質(zhì)量過大，對于整車動力性能造成影響，還可能帶來其他問題，如電機(jī)散熱、防水、防塵難度大等。

　　在驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，仍以傳統(tǒng)的集中驅(qū)動方式作為主流，而永磁電機(jī)由于其優(yōu)點(diǎn)突出，在日本純電動汽車與混合動力車上得到更多應(yīng)用。從成本角度來看，集中驅(qū)動可以盡可能沿用基型車的車身和懸架而降低成本，往往比采用輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)成本低。

　　混合動力驅(qū)動技術(shù)

　　除了純電動汽車外，未來100年內(nèi)，混合動力仍將成為動力總成/傳動總成中不可缺少的技術(shù)路線。然而，相比于純電動汽車，混合動力總成/傳動總成則要更為復(fù)雜。其中，要包括：

　　發(fā)動機(jī)啟停系統(tǒng)(Stop-Start System)。啟停系統(tǒng)主要分起動機(jī)啟停系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)皮帶傳動啟停系統(tǒng)。節(jié)能效果上，12V起動機(jī)啟停系統(tǒng)可節(jié)能3%-4%;而12V發(fā)電機(jī)皮帶傳動啟停因?yàn)橥瑫r(shí)提高了發(fā)電機(jī)效率，可節(jié)能4%-5%，結(jié)合其他提高電壓技術(shù)(48VDC)，節(jié)能可達(dá)5%-8%。

　　發(fā)動機(jī)啟停系統(tǒng)的應(yīng)用可以帶來可觀的節(jié)能效果。隨著能源危機(jī)的緊迫，一些業(yè)內(nèi)人士正在推動自動啟停系統(tǒng)成為發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，未來有可能沒有啟停系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)將禁止使用。

　　同時(shí)，單電機(jī)并聯(lián)混合動力或插電混合動力系統(tǒng)(P1型、P2型)也是目前普遍采用的混合動力模式。

　　除動力系統(tǒng)外，在雙電機(jī)動力分流電動變速箱方面，中國目前也取得了重大突破。

　　吉利混合動力、純電動雙功能復(fù)合行星排雙制動器4軸三自由度變速箱研制成功，并與豐田的產(chǎn)品并肩擁有高水平自主知識產(chǎn)權(quán)。中國技術(shù)領(lǐng)先的電機(jī)企業(yè)已經(jīng)掌握直噴油冷雙電機(jī)集成技術(shù)、整車企業(yè)已經(jīng)掌握復(fù)雜的三自由度控制技術(shù)。

　　單電機(jī)固定速比的減速箱、單電機(jī)兩擋自動變速箱、單電機(jī)三擋自動變速箱。由于電機(jī)系統(tǒng)的低速和連續(xù)寬調(diào)速性能，使得純電動汽車對變速箱的需求有所減低。故目前國內(nèi)外純電動車的動力總成有許多是固定齒輪傳輸比的，例如美國特斯拉豪華跑車、中國上汽E50電動車等。

　　同軸或異軸混聯(lián)雙電機(jī)動力總成。雙電機(jī)系統(tǒng)與行星齒輪/復(fù)合行星齒輪、離合器、制動器、液壓系統(tǒng)等組成的動力分流變速箱對于中國汽車行業(yè)仍具不少的挑戰(zhàn)。中國的精進(jìn)電動、BYD和日本的本田雅閣分別開發(fā)出了雙電機(jī)同軸商用車、乘用車和異軸乘用車系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對電機(jī)的需求和功率有所提高，減少了對傳統(tǒng)變速箱技術(shù)的依賴。

　　中國的優(yōu)勢和問題

　　中國電驅(qū)動系統(tǒng)新技術(shù)層出不窮，在“863計(jì)劃”項(xiàng)目的支持和推動下，中國自主開發(fā)的驅(qū)動電機(jī)性能取得明顯進(jìn)步。重量比功率超過3300W/kg，最高效率超過93%。電機(jī)峰值效率≥97%、高效區(qū)(≥80%)電機(jī)效率≥85%，技術(shù)指標(biāo)接近國際先進(jìn)水平。

　　中國自主開發(fā)的永磁無刷電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)現(xiàn)了整車小批量配套能力，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了系列化，功率覆蓋了200kW以下民用電動汽車范圍。電機(jī)企業(yè)通過多渠道籌集資金，加強(qiáng)與上下游企業(yè)合作，正在積極完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。精進(jìn)電動、上海電驅(qū)動、南車時(shí)代、湘潭電機(jī)、中山大洋、襄樊特種電機(jī)、比亞迪等企業(yè)通過多年技術(shù)積累或技術(shù)移植，目前紛紛進(jìn)行電機(jī)生產(chǎn)能力建設(shè)，已具備一定的配套能力。

　　雖然中國驅(qū)動電機(jī)新技術(shù)層出不窮，在有些關(guān)鍵技術(shù)上也取得了突破，但總體而言中國驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較慢。做出樣機(jī)的企業(yè)較多，有的也進(jìn)行了臺架試驗(yàn)和裝車，但能夠?qū)崿F(xiàn)批量供貨的企業(yè)較少。首先，高性能電機(jī)所需的高性能材料和零配件供應(yīng)能力不足。永磁體、硅鋼片和防電暈電磁線等只有極少數(shù)供應(yīng)商能滿足要求;溫度、位置傳感器和軸承主要依賴進(jìn)口;帶水道、油路的殼體制造水平較低。

　　其次，控制器的技術(shù)能力亟待提高。電容、IGBT/MOSFET開關(guān)管、DSP、電子芯片/集成電路主要依賴進(jìn)口;專用電路、傳感器、接插件等中國制造能力較弱;電源、二極管、電感、多層電路板、絕緣線、散熱器、殼體等中國可自主制造。目前，短時(shí)間內(nèi)，中國電機(jī)控制器的質(zhì)量、價(jià)格難有全球競爭實(shí)力。

　　中國是電機(jī)制造及應(yīng)用大國，有較好的工業(yè)基礎(chǔ)。但對電動汽車用電機(jī)起步時(shí)間不長，尚需要從汽車應(yīng)用的角度入手，整車廠與電機(jī)廠共同攜手研究制造出滿足汽車專用電機(jī)。中國人力資源豐富，具有豐富的稀土資源，為電機(jī)業(yè)的發(fā)展提供了很好的環(huán)境。中國車用電機(jī)在全球資源條件下具有明顯的比較優(yōu)勢，相對較易進(jìn)人全球分工體系。