你不知道的新能源汽车电动机

　　强劲在我：汽车电驱动系统解析

　　电机技术作为新能源汽车三大技术之一，相比于电控、电池技术在资本市场的炙手可热来说，可谓是颇受冷落。然而，在实际产业中，电机技术近几年却层出不穷，尤其在新能源汽车电池技术瓶颈难以突破的情况下，提高电机性能，提高能量利用率便成为新能源汽车产业发展切实可行、事半功倍的突破口。

　　电驱动方式与控制

　　全球范围看，目前应用于新能源汽车的电机可谓五花八门，各有所长。其中，有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机历史最长，产品更新换代不断，迄今还在应用。上世纪80年代表面永磁同步电机开始进入商品化，1990年以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。

　　近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机。其主要优点是价格较低，性能可靠;缺点是起动转矩小。日本近年来问世的电动汽车与新型混合动力车大多采用永磁电机。其主要优点是效率比交流感应电机高，但价格较贵。永磁材料耐热温度低于120℃，而开关磁阻电机(SRM：Switched Reluctance Motor)结构新型、简单、起动性能好，无大的冲击电流，但噪声大。

　　在驱动电机系统的驱动方式与控制方面，车辆的电机驱动系统的驱动方式可分为集中驱动与车轮独立驱动。集中驱动结构简单，可以沿用内燃机汽车的部分传动装置，是目前应用最多的电机驱动方式，容易处理电机冷却、防振以及电磁干扰等问题。但是集中驱动传动系统复杂、传动效率低，不能对两侧驱动轮转矩进行单独控制，影响车辆的操纵稳定性。

　　车轮独立驱动的优点是简化传动系统，布置方便。由于每个电机可以单独控制，能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制，容易实现车辆底盘系统的电子控制，改善车辆驱动性能和行驶性能。但轮毂电机驱动系统会使车轮质量过大，对于整车动力性能造成影响，还可能带来其他问题，如电机散热、防水、防尘难度大等。

　　在驱动系统的实际应用中，仍以传统的集中驱动方式作为主流，而永磁电机由于其优点突出，在日本纯电动汽车与混合动力车上得到更多应用。从成本角度来看，集中驱动可以尽可能沿用基型车的车身和悬架而降低成本，往往比采用轮毂电机驱动系统成本低。

　　混合动力驱动技术

　　除了纯电动汽车外，未来100年内，混合动力仍将成为动力总成/传动总成中不可缺少的技术路线。然而，相比于纯电动汽车，混合动力总成/传动总成则要更为复杂。其中，要包括：

　　发动机启停系统(Stop-Start System)。启停系统主要分起动机启停系统和发电机皮带传动启停系统。节能效果上，12V起动机启停系统可节能3%-4%;而12V发电机皮带传动启停因为同时提高了发电机效率，可节能4%-5%，结合其他提高电压技术(48VDC)，节能可达5%-8%。

　　发动机启停系统的应用可以带来可观的节能效果。随着能源危机的紧迫，一些业内人士正在推动自动启停系统成为发动机的标准配置，未来有可能没有启停系统的发动机将禁止使用。

　　同时，单电机并联混合动力或插电混合动力系统(P1型、P2型)也是目前普遍采用的混合动力模式。

　　除动力系统外，在双电机动力分流电动变速箱方面，中国目前也取得了重大突破。

　　吉利混合动力、纯电动双功能复合行星排双制动器4轴三自由度变速箱研制成功，并与丰田的产品并肩拥有高水平自主知识产权。中国技术领先的电机企业已经掌握直喷油冷双电机集成技术、整车企业已经掌握复杂的三自由度控制技术。

　　单电机固定速比的减速箱、单电机两挡自动变速箱、单电机三挡自动变速箱。由于电机系统的低速和连续宽调速性能，使得纯电动汽车对变速箱的需求有所减低。故目前国内外纯电动车的动力总成有许多是固定齿轮传输比的，例如美国特斯拉豪华跑车、中国上汽E50电动车等。

　　同轴或异轴混联双电机动力总成。双电机系统与行星齿轮/复合行星齿轮、离合器、制动器、液压系统等组成的动力分流变速箱对于中国汽车行业仍具不少的挑战。中国的精进电动、BYD和日本的本田雅阁分别开发出了双电机同轴商用车、乘用车和异轴乘用车系统。这些系统对电机的需求和功率有所提高，减少了对传统变速箱技术的依赖。

　　中国的优势和问题

　　中国电驱动系统新技术层出不穷，在“863计划”项目的支持和推动下，中国自主开发的驱动电机性能取得明显进步。重量比功率超过3300W/kg，最高效率超过93%。电机峰值效率≥97%、高效区(≥80%)电机效率≥85%，技术指标接近国际先进水平。

　　中国自主开发的永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机实现了整车小批量配套能力，产品实现了系列化，功率覆盖了200kW以下民用电动汽车范围。电机企业通过多渠道筹集资金，加强与上下游企业合作，正在积极完善产业链建设。精进电动、上海电驱动、南车时代、湘潭电机、中山大洋、襄樊特种电机、比亚迪等企业通过多年技术积累或技术移植，目前纷纷进行电机生产能力建设，已具备一定的配套能力。

　　虽然中国驱动电机新技术层出不穷，在有些关键技术上也取得了突破，但总体而言中国驱动电机产业化进程较慢。做出样机的企业较多，有的也进行了台架试验和装车，但能够实现批量供货的企业较少。首先，高性能电机所需的高性能材料和零配件供应能力不足。永磁体、硅钢片和防电晕电磁线等只有极少数供应商能满足要求;温度、位置传感器和轴承主要依赖进口;带水道、油路的壳体制造水平较低。

　　其次，控制器的技术能力亟待提高。电容、IGBT/MOSFET开关管、DSP、电子芯片/集成电路主要依赖进口;专用电路、传感器、接插件等中国制造能力较弱;电源、二极管、电感、多层电路板、绝缘线、散热器、壳体等中国可自主制造。目前，短时间内，中国电机控制器的质量、价格难有全球竞争实力。

　　中国是电机制造及应用大国，有较好的工业基础。但对电动汽车用电机起步时间不长，尚需要从汽车应用的角度入手，整车厂与电机厂共同携手研究制造出满足汽车专用电机。中国人力资源丰富，具有丰富的稀土资源，为电机业的发展提供了很好的环境。中国车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势，相对较易进人全球分工体系。