一、電動(dòng)汽車(chē)用驅動(dòng)電機系統發(fā)展現狀

　　經(jīng)過(guò)“九五”、“十五”、“十一五”國家對電動(dòng)汽車(chē)用電機系統的集中研發(fā)和應用，我國已自主開(kāi)發(fā)了滿(mǎn)足各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)需求的驅動(dòng)電機系統產(chǎn)品，獲得了一大批電機系統的相關(guān)知識產(chǎn)權，形成具有核心競爭能力的車(chē)用驅動(dòng)電機系統批量生產(chǎn)能力。

　　目前，我國自主開(kāi)發(fā)的永磁同步電機、交流異步電機和開(kāi)關(guān)磁阻電機已經(jīng)實(shí)現了實(shí)現與國內整車(chē)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)配套，電機重量比功率顯著(zhù)提高，電機系統最高效率達到93％以上，系列化產(chǎn)品的功率范圍覆蓋了200kW以下電動(dòng)汽車(chē)用電機動(dòng)力需求，各類(lèi)電機系統的核心指標均達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為代表各類(lèi)車(chē)用電機取得了明顯進(jìn)步。這些電機的結構復雜，工作條件惡劣，特別對于混合動(dòng)力工況，需與內燃機或變速箱進(jìn)行一體化設計，研制難度大?！笆濉逼陂g這些電機曾一度成為混合動(dòng)力系統的實(shí)現功能的難點(diǎn)，目前基本已經(jīng)實(shí)現功能，性能與可靠性也有明顯改善。
　　我國電動(dòng)客車(chē)以交流異步電機系統為主，混合動(dòng)力客車(chē)用大功率電機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(chē)電機領(lǐng)域也正在開(kāi)展永磁電機應用。
　　在電機設計方面，采用現代車(chē)用電機系統設計理念，初步解決多目標高性能車(chē)用電機的極限設計與多領(lǐng)域精確分析以及結合應用控制策略系統集成仿真的技術(shù)難題，采用結構集成設計技術(shù)，實(shí)現了電機與變速器在機械、電磁、熱的高度一體化設計與應用。在新型電機技術(shù)方面，國內部分企業(yè)、研究單位和高校對一些新原理的電機系統，例如基于雙機械端口能量變換器電機（EVT），混合勵磁電機系統等，進(jìn)行了積極研究探索，有些已經(jīng)開(kāi)發(fā)出樣機系統，部分進(jìn)行了臺架試驗和裝車(chē)。
　　對車(chē)用電機制造工藝進(jìn)行了有益的研究探索，如拼塊式鐵心、高密度的繞線(xiàn)技術(shù)和整體充磁工藝等已開(kāi)始用于產(chǎn)品實(shí)踐。
　　車(chē)用驅動(dòng)電機系統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(zhuān)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)單位重視試驗能力的建設，建成或正在建設一批試驗臺架。少數電機研制單位與整車(chē)單位共同開(kāi)展測試規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考核。
　　在電機及其控制系統的關(guān)鍵材料與關(guān)鍵零部件方面，如轉速位置傳感器的研制、高性能低成本絕緣材料開(kāi)發(fā)、車(chē)用電機專(zhuān)用電工鋼開(kāi)發(fā)、電機磁性材料的穩定性研究方面，獲得了初步成果。
二、發(fā)展趨勢和面臨的挑戰
　　1、發(fā)展趨勢
　?。?）電機的功率密度不斷提高，永磁電機應用范圍不斷擴大
　　電機作為混合動(dòng)力系統中一個(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(chē)的整體性能。一方面，汽車(chē)所需求的電機輸出和回收功率不斷提高，以滿(mǎn)足不同工況不同車(chē)型的需求；另一方面，這種新型機電一體的傳動(dòng)系統尺寸收到車(chē)內空間的限制。這就需要混合動(dòng)力車(chē)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(chē)及電機廠(chǎng)商的發(fā)展方向。
　?。?）電機的工作轉速不斷提高，回饋制動(dòng)的高效區不斷拓寬
　　回饋制動(dòng)是混合動(dòng)力機電一體化技術(shù)的一個(gè)基本特點(diǎn)。伴隨著(zhù)對混合度要求的提升，相應回饋制動(dòng)范圍的需求也會(huì )越來(lái)越大。采用回饋高效的電機，適當的變速系統和控制策略，可以使回饋制動(dòng)的允許范圍適應更多工況，使整車(chē)節能更加有效，延長(cháng)行車(chē)里程，這是混合動(dòng)力汽車(chē)向真正實(shí)用性必須邁出的一步。
　?。?）電驅動(dòng)系統的集成化和一體化趨勢更加明顯
　　車(chē)用電機及其控制系統的集成化主要體現在電機與發(fā)動(dòng)機、電機與變速箱、電機與底盤(pán)系統的集成度不斷提高。對于混合發(fā)動(dòng)機與ISG集成，其發(fā)展從結構集成到控制集成和系統集成，電機與變速箱的一體化愈加明顯，汽車(chē)動(dòng)力的電氣化成分越來(lái)越高，不同耦合深度的機電耦合動(dòng)力總成系統使得電機與變速箱兩者之間的聯(lián)系變得越來(lái)越緊密。在高性能電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，全新設計開(kāi)發(fā)的底盤(pán)系統、制動(dòng)系統、輪系將電機和動(dòng)力傳動(dòng)裝置進(jìn)行一體化集成，融合程度越來(lái)越深。
　?。?）電驅動(dòng)系統的混合度與電功率比不斷增加
　　雖然目前市場(chǎng)上分布了輕混、中混、強混等各種混合程度的混合動(dòng)力車(chē)型，但從各種混合度車(chē)型的節能減排效果來(lái)看，混合程度越高，汽車(chē)的節能能力越強。電功率占整車(chē)功率的比例正在混合動(dòng)力汽車(chē)領(lǐng)域逐漸提高，電機已不再單單作為發(fā)動(dòng)機的附屬設備。各車(chē)廠(chǎng)正在逐漸將小排量發(fā)動(dòng)機和大功率電機運用在汽車(chē)驅動(dòng)上。
　?。?）車(chē)用電驅動(dòng)控制系統的集成化和數字化程度不斷加大
　　車(chē)用電控制系統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(dòng)機控制器、變速箱控制器、整車(chē)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動(dòng)控制系統進(jìn)入一個(gè)全數字化時(shí)代。在高性能高速的數字控制芯片的基礎上，高性能的控制算法、復雜的控制理論得以實(shí)現。同時(shí)，面向用戶(hù)的可視化編程，通過(guò)代碼轉化和下載直接進(jìn)入微處理，不斷地提高編程效率和可調試性。
　　2、面臨的挑戰
　　(1）技術(shù)方面
　　經(jīng)過(guò)“九五”、“十五”、“十一五”對電動(dòng)汽車(chē)用電機系統的集中研發(fā)和應用，我國已開(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權，滿(mǎn)足各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)需求的驅動(dòng)電機系統產(chǎn)品，獲得了一大批電機系統的相關(guān)知識產(chǎn)權，初步形成了車(chē)用驅動(dòng)電機系統的小批量生產(chǎn)能力?？傮w來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵零部件方面，電機技術(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、可靠性和系統應用技術(shù)方面，仍存在較大的差距。主要表現在以下幾方面：
　　 由于整車(chē)開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗積累有限，導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
　　 模塊化設計不足，插接件標準不統一，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)一步增強綜合競爭力，還應進(jìn)行新產(chǎn)品技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)研究：新型電機一體化動(dòng)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轉換器等。
　　(2)資金和人才
　　該領(lǐng)域項目由于和整車(chē)開(kāi)發(fā)的周期長(cháng)，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)化擴大投資規模時(shí)，固定資產(chǎn)投入較大，汽車(chē)零部件供應鏈的回款周期較長(cháng)，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(cháng)。
　　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、較強的實(shí)踐能力和經(jīng)驗，人才培養的周期也較長(cháng)。
　　(3)標準建設和知識產(chǎn)權
　　行業(yè)標準自身尚不完善。作為一個(gè)新興行業(yè)，產(chǎn)品的技術(shù)標準尚未得到有效檢驗，同時(shí)也有待進(jìn)一步完善，現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(mén)的高度重視。
　　作者為國家863計劃節能與新能源汽車(chē)重大專(zhuān)項專(zhuān)家 貢俊