眾所周知，新能源汽車作為我國(guó)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)在近幾年已取得階段性進(jìn)步。然而，這一產(chǎn)業(yè)距離真正市場(chǎng)化卻仍面臨著諸多制約，而在這其中，關(guān)鍵技術(shù)的突破首當(dāng)其沖被認(rèn)為是亟需解決的一大瓶頸。

對(duì)此，在今年的1月16日，科技部發(fā)布了《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案（征求意見(jiàn)稿）》，計(jì)劃在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)之上，到2020年，建立起完善的電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)科技體系和產(chǎn)業(yè)鏈，為2020年實(shí)現(xiàn)新能源汽車保有量達(dá)到500萬(wàn)輛提供技術(shù)支撐。方案的具體目標(biāo)還顯示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)水平保持國(guó)際先進(jìn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器比功率2020年比2014年提高一倍。

政策東風(fēng)再次吹來(lái)，那么到底我國(guó)目前應(yīng)用于新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)水平幾何？相較于工業(yè)電機(jī)，其又有何技術(shù)挑戰(zhàn)？未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)又將如何？針對(duì)于此，4月16日晚，蓋世汽車網(wǎng)特組建“蓋世微課堂——新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)”（以微信為主體的專業(yè)群交流模式），就新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，邀請(qǐng)大洋電機(jī)新動(dòng)力科技有限公司軟件研究所所長(zhǎng)邴黎明開(kāi)堂授課，來(lái)自上汽、廣汽、北汽、比亞迪、一汽大眾、吉利、長(zhǎng)城等整車廠；博世、大陸、德?tīng)柛?、麥格納、法雷奧、聯(lián)合汽車電子等零部件企業(yè)以及萬(wàn)向、上海電驅(qū)動(dòng)等相關(guān)行業(yè)的共347位人士在群內(nèi)展開(kāi)熱烈討論。會(huì)后蓋世汽車網(wǎng)將重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行梳理和補(bǔ)充，以饗讀者。

新能源電機(jī)面臨多項(xiàng)技術(shù)要求挑戰(zhàn)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為新能源汽車的三大核心部件之一，相比傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)，無(wú)疑有著更高的技術(shù)要求。

在本次蓋世微課堂探討中，邴黎明指出了新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的幾大技術(shù)要求。其一，鑒于整車布置空間有限（尤其是乘用車），因此，對(duì)于電機(jī)系統(tǒng)（電機(jī)和控制器）的大小尺寸有著非常嚴(yán)格的要求——結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、功率密度高、轉(zhuǎn)矩密度高。

其二，由于整車上電池容量有限，因此提高整車電機(jī)系統(tǒng)效率就被認(rèn)為是另一個(gè)提升汽車?yán)m(xù)航里程的重要途徑。在邴黎明看來(lái)，提高整車電機(jī)系統(tǒng)效率需滿足三大技術(shù)要求：效率高、高效區(qū)廣、重量輕。

其三，電機(jī)的噪音與振動(dòng)對(duì)于整車的NVH造成了直接影響，而對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，無(wú)論是傳統(tǒng)車還是新能源車，其追求的指標(biāo)無(wú)非就是舒適性。因此低噪音與低振動(dòng)就成為了新能源汽車電機(jī)的重要指標(biāo)之一。在微友問(wèn)及該如何解決整車的振動(dòng)與噪聲時(shí)，邴黎明指出，電機(jī)的結(jié)構(gòu)、安裝位置及其他零部件的安裝等都會(huì)對(duì)整車振動(dòng)產(chǎn)生影響。對(duì)于噪音情況來(lái)說(shuō)，電磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)、控制方面的策略等都將對(duì)解決NVH問(wèn)題有所幫助。

其四，電磁兼容也是電機(jī)系統(tǒng)中的一大技術(shù)挑戰(zhàn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中需有高電壓、大電流、快速電力電子器件開(kāi)關(guān)技術(shù)；整車的金屬車身易傳導(dǎo)電磁噪聲；電子控制單元多且距離近；整車影響因素眾多，難以模擬等問(wèn)題都是電磁兼容所要考慮的重要方面。因此，要解決這一技術(shù)難點(diǎn)，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)試驗(yàn)來(lái)逐步完善濾波與屏蔽設(shè)計(jì)，同時(shí)還需從整車集成、零部件多層次多領(lǐng)域來(lái)分析解決。

最后，邴黎明談到了新能源汽車電機(jī)面臨的諸多惡劣環(huán)境：發(fā)動(dòng)機(jī)艙的高溫、整車的振動(dòng)、電池電壓劇烈的波動(dòng)等都對(duì)新能源汽車的可靠性提出了更高的要求。而可靠性也成為了國(guó)內(nèi)外電機(jī)技術(shù)的主要差距所在。對(duì)于可靠性，邴黎明認(rèn)為需要從三方面去考量。其一是通過(guò)嚴(yán)格的開(kāi)發(fā)流程（TS16949）來(lái)控制規(guī)范，其二需有高開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（ISO26262），其三需要有嚴(yán)苛的可靠性、耐久性試驗(yàn)，這一步需與整車廠協(xié)同合作完成。另外，據(jù)了解，我國(guó)在電機(jī)控制器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的體積、質(zhì)量以及對(duì)車用環(huán)境適應(yīng)性的考核等方面也都與國(guó)外先進(jìn)水平存在一定差距。

邴黎明總結(jié)道，要提高電機(jī)系統(tǒng)的性能，需要從多層面、多領(lǐng)域來(lái)優(yōu)化。其中主要包含了從前期的設(shè)計(jì)階段的電機(jī)振動(dòng)和噪聲仿真、系統(tǒng)熱能管理及熱性能仿真、系統(tǒng)控制策略仿真、電機(jī)本體與驅(qū)動(dòng)電路耦合電磁仿真、電機(jī)概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)仿真以及電機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析等步驟。

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)聚焦，下一步方向究竟如何

最合適的新能源汽車電機(jī)類型：永磁同步電機(jī)

當(dāng)前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的新能源汽車電機(jī)主要有三類：永磁同步電機(jī)、異步電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。

其中，永磁同步電機(jī)兼?zhèn)渲矢?、高效區(qū)寬、轉(zhuǎn)矩密度高、電機(jī)尺寸小、重量輕調(diào)速范圍寬等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此，以豐田汽車和本田汽車為代表的國(guó)際化制造商以及國(guó)內(nèi)一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞等廠商均在其新能源汽車中采用了永磁電機(jī)方案。另外，近幾年來(lái)，隨著電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電機(jī)也得到了迅速推廣，因此，目前業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為永磁同步電機(jī)是最合適新能源汽車的電機(jī)類型。

當(dāng)然，永磁同步電機(jī)不可避免也有其本身的一些局限性，其電機(jī)結(jié)構(gòu)（尤其是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)）十分復(fù)雜，另外，其飽和非線性也使得其控制相對(duì)復(fù)雜。

而異步電機(jī)較之于永磁同步電機(jī)，成本更低、結(jié)構(gòu)相對(duì)更簡(jiǎn)單、控制技術(shù)也相對(duì)成熟。但是其高效區(qū)較窄，在相同的性能參數(shù)下，異步電機(jī)的尺寸較大，重量較重，這些缺點(diǎn)都在一定程度上制約了其廣泛應(yīng)用。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)從電機(jī)本身和控制來(lái)說(shuō)都十分成熟，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、系統(tǒng)成本低是其主要優(yōu)點(diǎn)。但由于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪音大、系統(tǒng)非線性特性等缺點(diǎn)，所以目前應(yīng)用還受到限制。

發(fā)展趨勢(shì)聚焦：電機(jī)永磁化、控制系統(tǒng)數(shù)字化、系統(tǒng)集成化

未來(lái)我國(guó)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)將朝著電機(jī)永磁化、控制系統(tǒng)數(shù)字化和系統(tǒng)集成化方向發(fā)展。

基于永磁同步電機(jī)效率高、高效區(qū)寬、轉(zhuǎn)矩密度高、重量輕、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)電機(jī)永磁化是必然趨勢(shì)之一。據(jù)了解，目前在混合動(dòng)力轎車中采用的基本都是永磁同步電機(jī)，豐田普銳斯采用的永磁同步電機(jī)功率已達(dá)到了50kW。

控制系統(tǒng)數(shù)字化則包含了硬件與軟件兩方面。硬件即高速、高集成度、低成本的專用芯片，這將使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路更為小型化、集成化；軟件則體現(xiàn)在電機(jī)控制方面，電機(jī)控制算法未來(lái)的發(fā)展方向?qū)⒅卦诟咝阅艿霓D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制與和在線辨識(shí)上。另外，針對(duì)新能源汽車驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的電機(jī)控制策略也是一大重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)，這其中包括了滿足整車各種工況的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制（啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)能量回收等），可靠的故障監(jiān)控和系統(tǒng)保護(hù)以及自動(dòng)適應(yīng)惡劣工況的變化功能（電機(jī)、控制器溫度的變化、車載電池電壓較大的波動(dòng)）。最后，邴黎明指出，控制系統(tǒng)數(shù)字化軟件方面，還須有完善的控制軟件可靠性測(cè)試、可靠、科學(xué)的軟件架構(gòu)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化包括兩個(gè)方面：機(jī)電集成與電力電子器件的集成。機(jī)電集成包含車用電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)集成構(gòu)成混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)總成（如本田的ISA系統(tǒng)）與車用電機(jī)與變速箱的集成（如豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)THS）兩者。通過(guò)機(jī)電集成可有利于減小整個(gè)系統(tǒng)的重量和體積，有效降低系統(tǒng)制造成本。電力電子器件的集成主要包括ISG控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器以及DC-DC的集成。這種集成方法可較好地解決不同工藝電路之間的組合和高壓隔離等問(wèn)題來(lái)改進(jìn)散熱設(shè)計(jì)，也可以比較有效地減少電力電子器件的體積及重量。

總結(jié)：

正如邴黎明所說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為新能源汽車上的關(guān)鍵零部件，其技術(shù)還有待提高，產(chǎn)品品質(zhì)有待升級(jí)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待完善，整個(gè)行業(yè)也仍處于產(chǎn)業(yè)化起步階段，在關(guān)鍵技術(shù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家還有差距。然而相信，憑借著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與我國(guó)在稀土材料、電機(jī)和電力電子制造等方面的優(yōu)勢(shì)，新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必將駛?cè)搿翱燔嚨馈薄?/p>