新能源汽车驱动电机发展所需面对的五个挑战

　　车用驱动电机是电动汽车动力系统的核心关键部件，其性能的优劣直接影响到车辆的整车性能。经过十几年的发展，我国在车用驱动电机技术、产品、产业方面均取得了长足进步。我国已自主开发了满足各类电动汽车需求的系列化驱动电机系统产品，获得了一大批驱动电机系统的相关知识产权，形成了批量生产能力。

　　我国自主开发的永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机已经实现了与国内整车企业的中小批量配套，产品的功率范围覆盖200kW以下整车的动力需求，驱动电机系统的主要性能指标达到相同功率等级的国际先进水平，部分企业的产品已走出国门。

　　与此同时，以美国、欧洲和日本为主的提供新能源汽车驱动系统的企业发展迅猛，在降低电机生产成本、改善电机效率及电机和发动机一体化设计等方面取得了长足进展，产业链逐步完善，配套能力不断提高，也使得我国的驱动电机的未来发展面临许多挑战。

　　1.提高永磁电机功率密度

　　为了让电动汽车的电机更加小型化且具有更大的输出功率，国际上经过多年的实践，从提高功率密度和转矩密度的角度考虑，采用稀土永磁作为电机的磁性材料是必然选择。随着电动汽车的普及，市场急需这种采用了稀土永磁材料的高性能电机。由于目前大部分稀土均产自中国，而且储量也是世界第一，因此我国在车用永磁电机方面具有明显的资源优势。由于近年来我国已将稀土类元素列为战略资源，并且进行了严格的出口限制，这直接导致了日本对稀土材料永磁电机的担心，在日本《下一代汽车战略2010》中，已提出研发替代稀土永磁原材料的电机技术。美国在其新一代电力电子技术计划中也在寻求可替代稀土永磁体的技术方案，但目前尚未找到较好的办法。

　　2.拓宽回馈制动高效区

　　与传动燃油发动机汽车配置变速箱以扩大发动机工作区间类似，电驱动系统也正在通过不断引入变速结构来实现对电机工作区间的调节，使两者能够在效率更高的区域更好地配合工作。回馈制动是混合动力机电一体化技术的一个基本特点。伴随着混合度要求的提升，相应的，回馈制动范围的需求也会越来越大。采用回馈高校的电机、适当的变速系统和控制策略，可以使回馈制动的允许范围适应更多工况，使整车节能更加有效，延长续驶里程。

　　3.发展机电一体化集成进程

　　驱动电机系统必须满足动力总成一体化的要求，并支持整车产品的系列化和生产的规模化。丰田汽车公司的驱动系统THSII及本田公司的IMA系统的发展和进步充分体现了这一点。THSII已扩展到包括Lexus在内的多种车型，而IMA也已配置到包括Civic及雅阁在内的多种车型。车用驱动电机系统的集成化主要体现为电机与发动机、电机与变速箱、电机与制动系统的机电一体化集成度不断提高。混合动力发动机与驱动电机集成的发展从结构集成到控制集成，再到系统集成。随着汽车动力的电气化比例越来越高，不同耦合深度的机电耦合动力总成系统使得电机与变速箱的联系变得越来越紧密。在高性能电动汽车领域，将全新设计开发底盘系统、制动系统、轮系，使得电机和动力传动装置进行一体化集成。机电一体化不仅是技术的集成，更是机电结构的整合。机电一体化集成进程的不断发展，要求变速箱生产企业与电机企业相互配合，在原有传统变速箱基础上兼容电机接口，甚至设计专用的机电一体化变速箱，才能将两者有机结合起来。

　　4.加大控制系统的集成化和数字化程度

　　车用电驱动控制系统集成化程度也不断加大，将电机控制器(DC/AC)、低压DC/DC变换器、双向高压DC/DC变换器等进行不同方式的集成正在成为发展趋势。高速、高性能微处理器使得电驱动控制系统进入全数字化时代。在高性能、高速的数字控制芯片的基础上，高性能的控制算法、复杂的控制理论得以实现，大大提高了电机及其控制系统的性能。同时，面向用户的可视化编程，通过代码转化和下载直接进入微处理，不断提高编程效率和可调试性。

　　5.发展电驱动系统产业集群

　　在国内技术发展和研制样品取得突破的同时，电机系统正在向产业化多品种、小批量规模化生产迈进，在目前这阶段需要特别解决多品种、小批量柔性生产的工艺和工程化问题。上图展现了驱动电机系统成本与市场需求的关系，大规模生产按照90-95%的比例降低单套成本，因此要解决批生产能力和质量体制认证问题。未来，国内将出现独立的新型汽车电气驱动系统供应商，支持电动汽车及传统汽车产业，汽车用电气自动化的新型产业正在逐步形成。