新能源汽車驅(qū)動電機發(fā)展所需面對的五個挑戰(zhàn)

　　車用驅(qū)動電機是電動汽車動力系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣直接影響到車輛的整車性能。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國在車用驅(qū)動電機技術(shù)、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)方面均取得了長足進步。我國已自主開發(fā)了滿足各類電動汽車需求的系列化驅(qū)動電機系統(tǒng)產(chǎn)品，獲得了一大批驅(qū)動電機系統(tǒng)的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，形成了批量生產(chǎn)能力。

　　我國自主開發(fā)的永磁同步電機、交流異步電機和開關(guān)磁阻電機已經(jīng)實現(xiàn)了與國內(nèi)整車企業(yè)的中小批量配套，產(chǎn)品的功率范圍覆蓋200kW以下整車的動力需求，驅(qū)動電機系統(tǒng)的主要性能指標達到相同功率等級的國際先進水平，部分企業(yè)的產(chǎn)品已走出國門。

　　與此同時，以美國、歐洲和日本為主的提供新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)的企業(yè)發(fā)展迅猛，在降低電機生產(chǎn)成本、改善電機效率及電機和發(fā)動機一體化設計等方面取得了長足進展，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，配套能力不斷提高，也使得我國的驅(qū)動電機的未來發(fā)展面臨許多挑戰(zhàn)。

　　1.提高永磁電機功率密度

　　為了讓電動汽車的電機更加小型化且具有更大的輸出功率，國際上經(jīng)過多年的實踐，從提高功率密度和轉(zhuǎn)矩密度的角度考慮，采用稀土永磁作為電機的磁性材料是必然選擇。隨著電動汽車的普及，市場急需這種采用了稀土永磁材料的高性能電機。由于目前大部分稀土均產(chǎn)自中國，而且儲量也是世界第一，因此我國在車用永磁電機方面具有明顯的資源優(yōu)勢。由于近年來我國已將稀土類元素列為戰(zhàn)略資源，并且進行了嚴格的出口限制，這直接導致了日本對稀土材料永磁電機的擔心，在日本《下一代汽車戰(zhàn)略2010》中，已提出研發(fā)替代稀土永磁原材料的電機技術(shù)。美國在其新一代電力電子技術(shù)計劃中也在尋求可替代稀土永磁體的技術(shù)方案，但目前尚未找到較好的辦法。

　　2.拓寬回饋制動高效區(qū)

　　與傳動燃油發(fā)動機汽車配置變速箱以擴大發(fā)動機工作區(qū)間類似，電驅(qū)動系統(tǒng)也正在通過不斷引入變速結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對電機工作區(qū)間的調(diào)節(jié)，使兩者能夠在效率更高的區(qū)域更好地配合工作?；仞佒苿邮腔旌蟿恿C電一體化技術(shù)的一個基本特點。伴隨著混合度要求的提升，相應的，回饋制動范圍的需求也會越來越大。采用回饋高校的電機、適當?shù)淖兯傧到y(tǒng)和控制策略，可以使回饋制動的允許范圍適應更多工況，使整車節(jié)能更加有效，延長續(xù)駛里程。

　　3.發(fā)展機電一體化集成進程

　　驅(qū)動電機系統(tǒng)必須滿足動力總成一體化的要求，并支持整車產(chǎn)品的系列化和生產(chǎn)的規(guī)?；?。豐田汽車公司的驅(qū)動系統(tǒng)THSII及本田公司的IMA系統(tǒng)的發(fā)展和進步充分體現(xiàn)了這一點。THSII已擴展到包括Lexus在內(nèi)的多種車型，而IMA也已配置到包括Civic及雅閣在內(nèi)的多種車型。車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的集成化主要體現(xiàn)為電機與發(fā)動機、電機與變速箱、電機與制動系統(tǒng)的機電一體化集成度不斷提高?；旌蟿恿Πl(fā)動機與驅(qū)動電機集成的發(fā)展從結(jié)構(gòu)集成到控制集成，再到系統(tǒng)集成。隨著汽車動力的電氣化比例越來越高，不同耦合深度的機電耦合動力總成系統(tǒng)使得電機與變速箱的聯(lián)系變得越來越緊密。在高性能電動汽車領域，將全新設計開發(fā)底盤系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、輪系，使得電機和動力傳動裝置進行一體化集成。機電一體化不僅是技術(shù)的集成，更是機電結(jié)構(gòu)的整合。機電一體化集成進程的不斷發(fā)展，要求變速箱生產(chǎn)企業(yè)與電機企業(yè)相互配合，在原有傳統(tǒng)變速箱基礎上兼容電機接口，甚至設計專用的機電一體化變速箱，才能將兩者有機結(jié)合起來。

　　4.加大控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度

　　車用電驅(qū)動控制系統(tǒng)集成化程度也不斷加大，將電機控制器(DC/AC)、低壓DC/DC變換器、雙向高壓DC/DC變換器等進行不同方式的集成正在成為發(fā)展趨勢。高速、高性能微處理器使得電驅(qū)動控制系統(tǒng)進入全數(shù)字化時代。在高性能、高速的數(shù)字控制芯片的基礎上，高性能的控制算法、復雜的控制理論得以實現(xiàn)，大大提高了電機及其控制系統(tǒng)的性能。同時，面向用戶的可視化編程，通過代碼轉(zhuǎn)化和下載直接進入微處理，不斷提高編程效率和可調(diào)試性。

　　5.發(fā)展電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群

　　在國內(nèi)技術(shù)發(fā)展和研制樣品取得突破的同時，電機系統(tǒng)正在向產(chǎn)業(yè)化多品種、小批量規(guī)?；a(chǎn)邁進，在目前這階段需要特別解決多品種、小批量柔性生產(chǎn)的工藝和工程化問題。上圖展現(xiàn)了驅(qū)動電機系統(tǒng)成本與市場需求的關(guān)系，大規(guī)模生產(chǎn)按照90-95%的比例降低單套成本，因此要解決批生產(chǎn)能力和質(zhì)量體制認證問題。未來，國內(nèi)將出現(xiàn)獨立的新型汽車電氣驅(qū)動系統(tǒng)供應商，支持電動汽車及傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)，汽車用電氣自動化的新型產(chǎn)業(yè)正在逐步形成。