一、電動汽車用驅動電機系統發展現狀

　　經過“九五”、“十五”、“十一五”國家對電動汽車用電機系統的集中研發和應用，我國已自主開發了滿足各類電動汽車需求的驅動電機系統產品，獲得了一大批電機系統的相關知識產權，形成具有核心競爭能力的車用驅動電機系統批量生產能力。

　　目前，我國自主開發的永磁同步電機、交流異步電機和開關磁阻電機已經實現了實現與國內整車產業化技術配套，電機重量比功率顯著提高，電機系統最高效率達到93％以上，系列化產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。這些電機的結構復雜，工作條件惡劣，特別對于混合動力工況，需與內燃機或變速箱進行一體化設計，研制難度大。“十五”期間這些電機曾一度成為混合動力系統的實現功能的難點，目前基本已經實現功能，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，已初步具備產業化條件。電動客車電機領域也正在開展永磁電機應用。
　　在電機設計方面，采用現代車用電機系統設計理念，初步解決多目標高性能車用電機的極限設計與多領域精確分析以及結合應用控制策略系統集成仿真的技術難題，采用結構集成設計技術，實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。在新型電機技術方面，國內部分企業、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，進行了積極研究探索，有些已經開發出樣機系統，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、高密度的繞線技術和整體充磁工藝等已開始用于產品實踐。
　　車用驅動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用性能檢測試驗臺架，具備了較齊備的性能檢測和初步環境試驗檢測條件；部分企業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單位共同開展測試規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的關鍵材料與關鍵零部件方面，如轉速位置傳感器的研制、高性能低成本絕緣材料開發、車用電機專用電工鋼開發、電機磁性材料的穩定性研究方面，獲得了初步成果。
二、發展趨勢和面臨的挑戰
　　1、發展趨勢
　　（1）電機的功率密度不斷提高，永磁電機應用范圍不斷擴大
　　電機作為混合動力系統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尺寸收到車內空間的限制。這就需要混合動力車用電機向高性能和小尺寸發展。不斷提高電機本身的功率密度，用相對小巧的電機發揮出大的功率成為各汽車及電機廠商的發展方向。
　　（2）電機的工作轉速不斷提高，回饋制動的高效區不斷拓寬
　　回饋制動是混合動力機電一體化技術的一個基本特點。伴隨著對混合度要求的提升，相應回饋制動范圍的需求也會越來越大。采用回饋高效的電機，適當的變速系統和控制策略，可以使回饋制動的允許范圍適應更多工況，使整車節能更加有效，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。
　　（3）電驅動系統的集成化和一體化趨勢更加明顯
　　車用電機及其控制系統的集成化主要體現在電機與發動機、電機與變速箱、電機與底盤系統的集成度不斷提高。對于混合發動機與ISG集成，其發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使得電機與變速箱兩者之間的聯系變得越來越緊密。在高性能電動汽車領域，全新設計開發的底盤系統、制動系統、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。
　　（4）電驅動系統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能減排效果來看，混合程度越高，汽車的節能能力越強。電功率占整車功率的比例正在混合動力汽車領域逐漸提高，電機已不再單單作為發動機的附屬設備。各車廠正在逐漸將小排量發動機和大功率電機運用在汽車驅動上。
　　（5）車用電驅動控制系統的集成化和數字化程度不斷加大
　　車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展趨勢。
　　同時，高速高性能微處理器使得電驅動控制系統進入一個全數字化時代。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現。同時，面向用戶的可視化編程，通過代碼轉化和下載直接進入微處理，不斷地提高編程效率和可調試性。
　　2、面臨的挑戰
　　(1）技術方面
　　經過“九五”、“十五”、“十一五”對電動汽車用電機系統的集中研發和應用，我國已開發出具有自主知識產權，滿足各類電動汽車需求的驅動電機系統產品，獲得了一大批電機系統的相關知識產權，初步形成了車用驅動電機系統的小批量生產能力。總體來說，在電動汽車關鍵零部件方面，電機技術的進步明顯，與國際先進的水平相比，但是在產品集成度、可靠性和系統應用技術方面，仍存在較大的差距。主要表現在以下幾方面：
　　 由于整車開發的經驗積累有限，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，可靠性和環境適應性的研究考核不足
　　 控制器、DC/DC的體積、質量普遍偏大
　　 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，還應進行新產品技術和關鍵共性技術研究：新型電機一體化動力總成；低噪音高效一體化發電機組；耐惡劣環境稀土永磁材料；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
　　該領域項目由于和整車開發的周期長，工作量大，各種研發認證的相關費用投入非常多，產業化擴大投資規模時，固定資產投入較大，汽車零部件供應鏈的回款周期較長，一般需要6個月—9個月的賬期，流動資金需求較大，資金周轉難度較大。因此新產品研制及產業化費用高，投入回報周期長。
　　同時由于該領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驗，人才培養的周期也較長。
　　(3)標準建設和知識產權
　　行業標準自身尚不完善。作為一個新興行業，產品的技術標準尚未得到有效檢驗，同時也有待進一步完善，現有的電機和控制器標準工作相對滯后，目前正引起有關部門的高度重視。
　　作者為國家863計劃節能與新能源汽車重大專項專家 貢俊