一、電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　經(jīng)過“九五”、“十五”、“十一五”國家對電動(dòng)汽車用電機(jī)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(dòng)汽車需求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品，獲得了一大批電機(jī)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(dòng)電機(jī)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(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)與國內(nèi)整車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)配套，電機(jī)重量比功率顯著提高，電機(jī)系統(tǒng)最高效率達(dá)到93％以上，系列化產(chǎn)品的功率范圍覆蓋了200kW以下電動(dòng)汽車用電機(jī)動(dòng)力需求，各類電機(jī)系統(tǒng)的核心指標(biāo)均達(dá)到相同功率等級的國際先進(jìn)水平，如表1所示：

　　以上可以看出，我國以高密度永磁電機(jī)為代表各類車用電機(jī)取得了明顯進(jìn)步。這些電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件惡劣，特別對于混合動(dòng)力工況，需與內(nèi)燃機(jī)或變速箱進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，研制難度大?！笆濉逼陂g這些電機(jī)曾一度成為混合動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能的難點(diǎn)，目前基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)功能，性能與可靠性也有明顯改善。
　　我國電動(dòng)客車以交流異步電機(jī)系統(tǒng)為主，混合動(dòng)力客車用大功率電機(jī)可靠性與噪聲水平有明顯改進(jìn)，已初步具備產(chǎn)業(yè)化條件。電動(dòng)客車電機(jī)領(lǐng)域也正在開展永磁電機(jī)應(yīng)用。
　　在電機(jī)設(shè)計(jì)方面，采用現(xiàn)代車用電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，初步解決多目標(biāo)高性能車用電機(jī)的極限設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與變速器在機(jī)械、電磁、熱的高度一體化設(shè)計(jì)與應(yīng)用。在新型電機(jī)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(jī)系統(tǒng)，例如基于雙機(jī)械端口能量變換器電機(jī)（EVT），混合勵(lì)磁電機(jī)系統(tǒng)等，進(jìn)行了積極研究探索，有些已經(jīng)開發(fā)出樣機(jī)系統(tǒng)，部分進(jìn)行了臺架試驗(yàn)和裝車。
　　對車用電機(jī)制造工藝進(jìn)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(shí)踐。
　　車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)檢測試驗(yàn)手段有一定改善，電機(jī)測試基地建立了電機(jī)及控制器專用性能檢測試驗(yàn)臺架，具備了較齊備的性能檢測和初步環(huán)境試驗(yàn)檢測條件；部分企業(yè)單位重視試驗(yàn)?zāi)芰Φ慕ㄔO(shè)，建成或正在建設(shè)一批試驗(yàn)臺架。少數(shù)電機(jī)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(shí)進(jìn)行典型工況下的動(dòng)力總成臺架可靠性試驗(yàn)考核。
　　在電機(jī)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(jī)專用電工鋼開發(fā)、電機(jī)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(jī)的功率密度不斷提高，永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大
　　電機(jī)作為混合動(dòng)力系統(tǒng)中一個(gè)重要的動(dòng)力輸出源，其自身的性能直接影響到了電動(dòng)汽車的整體性能。一方面，汽車所需求的電機(jī)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(jī)電一體的傳動(dòng)系統(tǒng)尺寸收到車內(nèi)空間的限制。這就需要混合動(dòng)力車用電機(jī)向高性能和小尺寸發(fā)展。不斷提高電機(jī)本身的功率密度，用相對小巧的電機(jī)發(fā)揮出大的功率成為各汽車及電機(jī)廠商的發(fā)展方向。
　?。?）電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動(dòng)的高效區(qū)不斷拓寬
　　回饋制動(dòng)是混合動(dòng)力機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)基本特點(diǎn)。伴隨著對混合度要求的提升，相應(yīng)回饋制動(dòng)范圍的需求也會越來越大。采用回饋高效的電機(jī)，適當(dāng)?shù)淖兯傧到y(tǒng)和控制策略，可以使回饋制動(dòng)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?yán)锍?，這是混合動(dòng)力汽車向真正實(shí)用性必須邁出的一步。
　?。?）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢更加明顯
　　車用電機(jī)及其控制系統(tǒng)的集成化主要體現(xiàn)在電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)與變速箱、電機(jī)與底盤系統(tǒng)的集成度不斷提高。對于混合發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)與變速箱的一體化愈加明顯，汽車動(dòng)力的電氣化成分越來越高，不同耦合深度的機(jī)電耦合動(dòng)力總成系統(tǒng)使得電機(jī)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(dòng)汽車領(lǐng)域，全新設(shè)計(jì)開發(fā)的底盤系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、輪系將電機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)裝置進(jìn)行一體化集成，融合程度越來越深。
　?。?）電驅(qū)動(dòng)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(qiáng)混等各種混合程度的混合動(dòng)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(qiáng)。電功率占整車功率的比例正在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域逐漸提高，電機(jī)已不再單單作為發(fā)動(dòng)機(jī)的附屬設(shè)備。各車廠正在逐漸將小排量發(fā)動(dòng)機(jī)和大功率電機(jī)運(yùn)用在汽車驅(qū)動(dòng)上。
　　（5）車用電驅(qū)動(dòng)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(jī)控制器、低壓DC-DC變換器，以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、變速箱控制器、整車控制器等進(jìn)行不同方式的集成正在成為發(fā)展趨勢。
　　同時(shí)，高速高性能微處理器使得電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)全數(shù)字化時(shí)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(shí)現(xiàn)。同時(shí)，面向用戶的可視化編程，通過代碼轉(zhuǎn)化和下載直接進(jìn)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(dòng)汽車用電機(jī)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(dòng)汽車需求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品，獲得了一大批電機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，初步形成了車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的小批量生產(chǎn)能力?？傮w來說，在電動(dòng)汽車關(guān)鍵零部件方面，電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步明顯，與國際先進(jìn)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(yàn)積累有限，導(dǎo)致對電機(jī)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(jì)不足，插接件標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)一步增強(qiáng)綜合競爭力，還應(yīng)進(jìn)行新產(chǎn)品技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)研究：新型電機(jī)一體化動(dòng)力總成；低噪音高效一體化發(fā)電機(jī)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(xiàng)目由于和整車開發(fā)的周期長，工作量大，各種研發(fā)認(rèn)證的相關(guān)費(fèi)用投入非常多，產(chǎn)業(yè)化擴(kuò)大投資規(guī)模時(shí)，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(gè)月—9個(gè)月的賬期，流動(dòng)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(fèi)用高，投入回報(bào)周期長。
　　同時(shí)由于該領(lǐng)域是屬于邊緣和交叉學(xué)科，需要有較高的理論知識、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)，人才培養(yǎng)的周期也較長。
　　(3)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和知識產(chǎn)權(quán)
　　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)自身尚不完善。作為一個(gè)新興行業(yè)，產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未得到有效檢驗(yàn)，同時(shí)也有待進(jìn)一步完善，現(xiàn)有的電機(jī)和控制器標(biāo)準(zhǔn)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(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大專項(xiàng)專家 貢俊