眾所周知，新能源汽車作為我國的戰(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。

對此，在今年的1月16日，科技部發(fā)布了《國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項實施方案（征求意見稿）》，計劃在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)之上，到2020年，建立起完善的電動汽車動力系統(tǒng)科技體系和產(chǎn)業(yè)鏈，為2020年實現(xiàn)新能源汽車保有量達(dá)到500萬輛提供技術(shù)支撐。方案的具體目標(biāo)還顯示，驅(qū)動電機(jī)技術(shù)水平保持國際先進(jìn)，電機(jī)驅(qū)動控制器比功率2020年比2014年提高一倍。

政策東風(fēng)再次吹來，那么到底我國目前應(yīng)用于新能源汽車的驅(qū)動電機(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)？未來發(fā)展趨勢又將如何？針對于此，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)動電機(jī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢”（以微信為主體的專業(yè)群交流模式），就新能源汽車驅(qū)動電機(jī)的特點、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討，邀請大洋電機(jī)新動力科技有限公司軟件研究所所長邴黎明開堂授課，來自上汽、廣汽、北汽、比亞迪、一汽大眾、吉利、長城等整車廠；博世、大陸、德爾福、麥格納、法雷奧、聯(lián)合汽車電子等零部件企業(yè)以及萬向、上海電驅(qū)動等相關(guān)行業(yè)的共347位人士在群內(nèi)展開熱烈討論。會后蓋世汽車網(wǎng)將重點內(nèi)容進(jìn)行梳理和補充，以饗讀者。

新能源電機(jī)面臨多項技術(shù)要求挑戰(zhàn)

驅(qū)動電機(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)為是另一個提升汽車?yán)m(xù)航里程的重要途徑。在邴黎明看來，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)的噪音與振動對于整車的NVH造成了直接影響，而對于消費者來說，無論是傳統(tǒng)車還是新能源車，其追求的指標(biāo)無非就是舒適性。因此低噪音與低振動就成為了新能源汽車電機(jī)的重要指標(biāo)之一。在微友問及該如何解決整車的振動與噪聲時，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對整車振動產(chǎn)生影響。對于噪音情況來說，電磁場的設(shè)計、控制方面的策略等都將對解決NVH問題有所幫助。

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)動過程中需有高電壓、大電流、快速電力電子器件開關(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，需要經(jīng)過長時間的反復(fù)試驗來逐步完善濾波與屏蔽設(shè)計，同時還需從整車集成、零部件多層次多領(lǐng)域來分析解決。

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)動機(jī)艙的高溫、整車的振動、電池電壓劇烈的波動等都對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內(nèi)外電機(jī)技術(shù)的主要差距所在。對于可靠性，邴黎明認(rèn)為需要從三方面去考量。其一是通過嚴(yán)格的開發(fā)流程（TS16949）來控制規(guī)范，其二需有高開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（ISO26262），其三需要有嚴(yán)苛的可靠性、耐久性試驗，這一步需與整車廠協(xié)同合作完成。另外，據(jù)了解，我國在電機(jī)控制器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的體積、質(zhì)量以及對車用環(huán)境適應(yīng)性的考核等方面也都與國外先進(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)域來優(yōu)化。其中主要包含了從前期的設(shè)計階段的電機(jī)振動和噪聲仿真、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)動電路耦合電磁仿真、電機(jī)概念設(shè)計與結(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)動電機(jī)技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢聚焦，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)和開關(guān)磁阻電機(jī)。

其中，永磁同步電機(jī)兼?zhèn)渲矢摺⒏咝^(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，因此，以豐田汽車和本田汽車為代表的國際化制造商以及國內(nèi)一汽、東風(fēng)、長安、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，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)相對更簡單、控制技術(shù)也相對成熟。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，這些缺點都在一定程度上制約了其廣泛應(yīng)用。

開關(guān)磁阻電機(jī)從電機(jī)本身和控制來說都十分成熟，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠、系統(tǒng)成本低是其主要優(yōu)點。但由于開關(guān)磁阻電機(jī)有轉(zhuǎn)矩波動大、噪音大、系統(tǒng)非線性特性等缺點，所以目前應(yīng)用還受到限制。

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

未來我國新能源汽車驅(qū)動電機(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，未來電機(jī)永磁化是必然趨勢之一。據(jù)了解，目前在混合動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上。另外，針對新能源汽車驅(qū)動應(yīng)用的電機(jī)控制策略也是一大重點發(fā)展趨勢，這其中包括了滿足整車各種工況的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制（啟動發(fā)動機(jī)、電機(jī)驅(qū)動、制動能量回收等），可靠的故障監(jiān)控和系統(tǒng)保護(hù)以及自動適應(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）。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試、可靠、科學(xué)的軟件架構(gòu)。

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的集成化包括兩個方面：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)動機(jī)集成構(gòu)成混合動力發(fā)動機(jī)總成（如本田的ISA系統(tǒng)）與車用電機(jī)與變速箱的集成（如豐田混合動力系統(tǒng)THS）兩者。通過機(jī)電集成可有利于減小整個系統(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題來改進(jìn)散熱設(shè)計，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，驅(qū)動電機(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，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待完善，整個行業(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)展與我國在稀土材料、電機(jī)和電力電子制造等方面的優(yōu)勢，新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必將駛?cè)搿翱燔嚨馈薄?/p>