一、電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　經(jīng)過“九五”、“十五”、“十一五”國家對電動汽車用電機系統(tǒng)的集中研發(fā)和應(yīng)用，我國已自主開發(fā)了滿足各類電動汽車需求的驅(qū)動電機系統(tǒng)產(chǎn)品，獲得了一大批電機系統(tǒng)的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，形成具有核心競爭能力的車用驅(qū)動電機系統(tǒng)批量生產(chǎn)能力。

　　目前，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)了實現(xiàn)與國內(nèi)整車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)配套，電機重量比功率顯著提高，電機系統(tǒng)最高效率達到93％以上，系列化產(chǎn)品的功率范圍覆蓋了200kW以下電動汽車用電機動力需求，各類電機系統(tǒng)的核心指標均達到相同功率等級的國際先進水平，如表1所示：

　　以上可以看出，我國以高密度永磁電機為代表各類車用電機取得了明顯進步。這些電機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件惡劣，特別對于混合動力工況，需與內(nèi)燃機或變速箱進行一體化設(shè)計，研制難度大?！笆濉逼陂g這些電機曾一度成為混合動力系統(tǒng)的實現(xiàn)功能的難點，目前基本已經(jīng)實現(xiàn)功能，性能與可靠性也有明顯改善。
　　我國電動客車以交流異步電機系統(tǒng)為主，混合動力客車用大功率電機可靠性與噪聲水平有明顯改進，已初步具備產(chǎn)業(yè)化條件。電動客車電機領(lǐng)域也正在開展永磁電機應(yīng)用。
　　在電機設(shè)計方面，采用現(xiàn)代車用電機系統(tǒng)設(shè)計理念，初步解決多目標高性能車用電機的極限設(shè)計與多領(lǐng)域精確分析以及結(jié)合應(yīng)用控制策略系統(tǒng)集成仿真的技術(shù)難題，采用結(jié)構(gòu)集成設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)了電機與變速器在機械、電磁、熱的高度一體化設(shè)計與應(yīng)用。在新型電機技術(shù)方面，國內(nèi)部分企業(yè)、研究單位和高校對一些新原理的電機系統(tǒng)，例如基于雙機械端口能量變換器電機（EVT），混合勵磁電機系統(tǒng)等，進行了積極研究探索，有些已經(jīng)開發(fā)出樣機系統(tǒng)，部分進行了臺架試驗和裝車。
　　對車用電機制造工藝進行了有益的研究探索，如拼塊式鐵心、高密度的繞線技術(shù)和整體充磁工藝等已開始用于產(chǎn)品實踐。
　　車用驅(qū)動電機系統(tǒng)檢測試驗手段有一定改善，電機測試基地建立了電機及控制器專用性能檢測試驗臺架，具備了較齊備的性能檢測和初步環(huán)境試驗檢測條件；部分企業(yè)單位重視試驗?zāi)芰Φ慕ㄔO(shè)，建成或正在建設(shè)一批試驗臺架。少數(shù)電機研制單位與整車單位共同開展測試規(guī)范的研究與制訂工作，同時進行典型工況下的動力總成臺架可靠性試驗考核。
　　在電機及其控制系統(tǒng)的關(guān)鍵材料與關(guān)鍵零部件方面，如轉(zhuǎn)速位置傳感器的研制、高性能低成本絕緣材料開發(fā)、車用電機專用電工鋼開發(fā)、電機磁性材料的穩(wěn)定性研究方面，獲得了初步成果。
二、發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)
　　1、發(fā)展趨勢
　?。?）電機的功率密度不斷提高，永磁電機應(yīng)用范圍不斷擴大
　　電機作為混合動力系統(tǒng)中一個重要的動力輸出源，其自身的性能直接影響到了電動汽車的整體性能。一方面，汽車所需求的電機輸出和回收功率不斷提高，以滿足不同工況不同車型的需求；另一方面，這種新型機電一體的傳動系統(tǒng)尺寸收到車內(nèi)空間的限制。這就需要混合動力車用電機向高性能和小尺寸發(fā)展。不斷提高電機本身的功率密度，用相對小巧的電機發(fā)揮出大的功率成為各汽車及電機廠商的發(fā)展方向。
　?。?）電機的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)不斷拓寬
　　回饋制動是混合動力機電一體化技術(shù)的一個基本特點。伴隨著對混合度要求的提升，相應(yīng)回饋制動范圍的需求也會越來越大。采用回饋高效的電機，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(yīng)更多工況，使整車節(jié)能更加有效，延長行車里程，這是混合動力汽車向真正實用性必須邁出的一步。
　?。?）電驅(qū)動系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢更加明顯
　　車用電機及其控制系統(tǒng)的集成化主要體現(xiàn)在電機與發(fā)動機、電機與變速箱、電機與底盤系統(tǒng)的集成度不斷提高。對于混合發(fā)動機與ISG集成，其發(fā)展從結(jié)構(gòu)集成到控制集成和系統(tǒng)集成，電機與變速箱的一體化愈加明顯，汽車動力的電氣化成分越來越高，不同耦合深度的機電耦合動力總成系統(tǒng)使得電機與變速箱兩者之間的聯(lián)系變得越來越緊密。在高性能電動汽車領(lǐng)域，全新設(shè)計開發(fā)的底盤系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、輪系將電機和動力傳動裝置進行一體化集成，融合程度越來越深。
　?。?）電驅(qū)動系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加
　　雖然目前市場上分布了輕混、中混、強混等各種混合程度的混合動力車型，但從各種混合度車型的節(jié)能減排效果來看，混合程度越高，汽車的節(jié)能能力越強。電功率占整車功率的比例正在混合動力汽車領(lǐng)域逐漸提高，電機已不再單單作為發(fā)動機的附屬設(shè)備。各車廠正在逐漸將小排量發(fā)動機和大功率電機運用在汽車驅(qū)動上。
　?。?）車用電驅(qū)動控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大
　　車用電控制系統(tǒng)集成化程度也不斷加大，將電機控制器、低壓DC-DC變換器，以及發(fā)動機控制器、變速箱控制器、整車控制器等進行不同方式的集成正在成為發(fā)展趨勢。
　　同時，高速高性能微處理器使得電驅(qū)動控制系統(tǒng)進入一個全數(shù)字化時代。在高性能高速的數(shù)字控制芯片的基礎(chǔ)上，高性能的控制算法、復(fù)雜的控制理論得以實現(xiàn)。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，不斷地提高編程效率和可調(diào)試性。
　　2、面臨的挑戰(zhàn)
　　(1）技術(shù)方面
　　經(jīng)過“九五”、“十五”、“十一五”對電動汽車用電機系統(tǒng)的集中研發(fā)和應(yīng)用，我國已開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)，滿足各類電動汽車需求的驅(qū)動電機系統(tǒng)產(chǎn)品，獲得了一大批電機系統(tǒng)的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，初步形成了車用驅(qū)動電機系統(tǒng)的小批量生產(chǎn)能力?？傮w來說，在電動汽車關(guān)鍵零部件方面，電機技術(shù)的進步明顯，與國際先進的水平相比，但是在產(chǎn)品集成度、可靠性和系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)方面，仍存在較大的差距。主要表現(xiàn)在以下幾方面：
　　 由于整車開發(fā)的經(jīng)驗積累有限，導(dǎo)致對電機和控制器的可靠性與使用壽命考核辦法不明確，可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的研究考核不足
　　 控制器、DC/DC的體積、質(zhì)量普遍偏大
　　 模塊化設(shè)計不足，插接件標準不統(tǒng)一，需要提高工程化程度
　　 關(guān)鍵電力電子元器件需要進口，成本占到控制器近一半左右
　　除了需要縮短以上差距，為了進一步增強綜合競爭力，還應(yīng)進行新產(chǎn)品技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)研究：新型電機一體化動力總成；低噪音高效一體化發(fā)電機組；耐惡劣環(huán)境稀土永磁材料；低成本高性能絕緣材料；高集成度、低成本軸角位置模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。
　　(2)資金和人才
　　該領(lǐng)域項目由于和整車開發(fā)的周期長，工作量大，各種研發(fā)認證的相關(guān)費用投入非常多，產(chǎn)業(yè)化擴大投資規(guī)模時，固定資產(chǎn)投入較大，汽車零部件供應(yīng)鏈的回款周期較長，一般需要6個月—9個月的賬期，流動資金需求較大，資金周轉(zhuǎn)難度較大。因此新產(chǎn)品研制及產(chǎn)業(yè)化費用高，投入回報周期長。
　　同時由于該領(lǐng)域是屬于邊緣和交叉學科，需要有較高的理論知識、較強的實踐能力和經(jīng)驗，人才培養(yǎng)的周期也較長。
　　(3)標準建設(shè)和知識產(chǎn)權(quán)
　　行業(yè)標準自身尚不完善。作為一個新興行業(yè)，產(chǎn)品的技術(shù)標準尚未得到有效檢驗，同時也有待進一步完善，現(xiàn)有的電機和控制器標準工作相對滯后，目前正引起有關(guān)部門的高度重視。
　　作者為國家863計劃節(jié)能與新能源汽車重大專項專家 貢俊