我國電動汽車驅(qū)動電機及整車控制器狀況分析

　　1.驅(qū)動電機類型及其發(fā)展

　　驅(qū)動電機是電動汽車的關(guān)鍵部件，直接影響整車的動力性及經(jīng)濟(jì)性。驅(qū)動電機主要包括直流電機和交流電機。目前電動汽車廣泛使用交流電機，主要包括：異步電機、開關(guān)磁阻電機和永磁電機（包括無刷直流電機和永磁同步電機）。各類型電機主要特點見表1.

　　車用電機的發(fā)展趨勢如下：（1）電機本體永磁化：永磁電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點。我國具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國車用驅(qū)動電機的重要發(fā)展方向。

　?。?）電機控制數(shù)字化：專用芯片及數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，促進(jìn)了電機控制器的數(shù)字化，提高了電機系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積。

　?。?）電機系統(tǒng)集成化：通過機電集成（電機與發(fā)動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅(qū)動系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本。

　　2.國外發(fā)展情況根據(jù)國外資料介紹

　　近年來美、歐開發(fā)的電動客車多采用交流異步電機，國外典型產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)請見表2.為了降低車重，電機殼體大多采用鑄鋁材料，電機恒功率范圍較寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)基速的2～2.5倍。

　　日本近年來問世的電動汽車大多采用永磁同步電機。產(chǎn)品功率等級覆蓋3～123kW，電機恒功率范圍很寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)基速的5倍。日本近幾年開發(fā)的電動汽車驅(qū)動電機概況見表3.

　　3.我國發(fā)展現(xiàn)狀

　　（1）交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)平臺，形成了小批量生產(chǎn)的開發(fā)、制造、試驗及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿足整車需求，大功率異步電機系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類電動客車；通過示范運行和小規(guī)模市場化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。

　　（2）開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成優(yōu)化設(shè)計和自主研發(fā)能力，通過合理設(shè)計電機結(jié)構(gòu)、改進(jìn)控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿足整車需求；部分公司已具備年產(chǎn)2000套的生產(chǎn)能力，能滿足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車示范運行，效果良好。

　?。?）無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)企業(yè)通過合理設(shè)計及改進(jìn)控制技術(shù)，有效提高了無刷直流電機產(chǎn)品性能，基本滿足電動汽車需求；已初步具有機電一體化設(shè)計能力。

　?。?）永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應(yīng)用于各類電動汽車；產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)接近國際先進(jìn)水平，但總體水平與國外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機集成化設(shè)計能力；多數(shù)公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資建立車用驅(qū)動電機系統(tǒng)專用生產(chǎn)線。

　　（5）永磁電機材料永磁電機的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部分公司掌握了電機轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達(dá)280℃，但技術(shù)水平仍與德國和日本有較大差距。

　　硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機本體的20%左右，其厚度對鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出0.27mm硅鋼片用于車用電機，我國僅開發(fā)出0.35mm硅鋼片。

　?。?）電機控制器關(guān)鍵部件電機控制器用位置／轉(zhuǎn)速傳感器多為旋轉(zhuǎn)變壓器，目前基本采用進(jìn)口產(chǎn)品，我國部分公司已具備旋轉(zhuǎn)變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國外仍有差距。IGBT基本依賴進(jìn)口，價格昂貴，國產(chǎn)車用IGBT尚處于研究階段。

　　4.我國驅(qū)動電機及其控制器存在的主要問題

　?。?）電機原材料、控制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴進(jìn)口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置／轉(zhuǎn)速傳感器、IGBT模塊等。進(jìn)口產(chǎn)品成本高，影響電機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。

　?。?）我國車用電機的機電集成水平與國外差距較大。控制器集成度較低，體積、重量相對偏大。

　?。?）我國車用電機系統(tǒng)尚處于起步階段，制造工藝水平落后，缺乏自動化生產(chǎn)線，造成產(chǎn)品可靠性、一致性差。產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較小，成本較高。

　?。?）現(xiàn)階段國家出臺的電動汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)較少，且不完善。如：不同類型電機系統(tǒng)采用同一檢測標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可靠性、耐久性評價方法等。

　　整車控制器

　　1.國外發(fā)展情況

　　整車控制器的開發(fā)包括軟、硬件設(shè)計。核心軟件一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。

　?。?）國外整車控制器技術(shù)趨于成熟國外大部分汽車企業(yè)在電動汽車領(lǐng)域積累充足，控制策略成熟度高，整車節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通過市場檢驗證實了其可靠性。

　?。?）汽車電子零部件企業(yè)積極開展整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造。

　　各汽車電子零部件巨頭，如德爾福、大陸、博世集團(tuán)都紛紛進(jìn)行整車控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車設(shè)計公司也為整車廠提供整車控制器技術(shù)方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動汽車整車控制器領(lǐng)域也有不少成功的案例。

　?。?）控制器日趨標(biāo)準(zhǔn)化控制器的標(biāo)準(zhǔn)化已引起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車制造商、部件供應(yīng)商及電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟，形成了AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)，簡化了開發(fā)流程并使ECU軟件具有復(fù)用性，是控制器開發(fā)的一個趨勢。

　　2.我國發(fā)展現(xiàn)狀

　　“863”計劃中我國整車控制器主要是以高校為依托進(jìn)行研究，如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)等，目前已初步掌握了整車控制器的軟、硬件開發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿足電動汽車需求，已經(jīng)應(yīng)用到樣車及小批量產(chǎn)品上。部分整車企業(yè)與國外公司進(jìn)行合作，如FEV、RICARDO.通過聯(lián)合開發(fā)，吸收國外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗，增強自主開發(fā)能力。目前各廠家基本掌握整車控制器開發(fā)技術(shù)，但技術(shù)積累有限，水平參差不齊。

　　我國控制器硬件水平與國外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)化能力相對不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動汽車產(chǎn)品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應(yīng)商。另外，控制器基礎(chǔ)硬件、開發(fā)工具等基本依賴進(jìn)口。

　　總體來講，控制器產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力與國外仍有較大差距。

　　3.我國整車控制器存在的主要問題

　?。?）應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實現(xiàn)，軟件診斷功能、整車安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化和提高。

　　（2）我國電動汽車處于樣車研發(fā)和示范運行階段，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器設(shè)計水平。

　?。?）部分企業(yè)能根據(jù)V型開發(fā)流程（一種軟件和產(chǎn)品開發(fā)工具）引進(jìn)相關(guān)的設(shè)備和軟件，普遍使用通用開發(fā)工具進(jìn)行二次開發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前期開發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務(wù)的工具，不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

　　（4）國內(nèi)企業(yè)能夠完成整車控制器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，但由于我國芯片集成力量比較薄弱，制造能力較差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間。

　?。?）目前各整車企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議定義互不相同，造成控制器之間的通用性和復(fù)用性差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。

來源：慧聰五金網(wǎng)

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