电动汽车驱动电机系统关键技术及产业化发展趋势

电动汽车驱动电动汽车驱动电动汽车驱动电动汽车驱动技术及产业技术及产业贡电机系统关键电机系统关键电机系统关键电机系统关键业发展趋势业发展趋势俊主要主要国内外技术发展现一、国内外技术发展现二、国内外产品应用现三、面临的问题与对策三、面临的问题与对策要内容要内容现状与趋势现状与趋势现状现状策策中国可持续交中国可持续交交通系统结构交通系统结构中国电动汽车研发200120052006---22001---2005863科研投入8.8亿元20062863科研投14亿元混合动力汽车纯电动汽合汽汽„电池（动力蓄电池、燃料电电机（动电机发动机电„电机（驱动电机、发动机/电„电控（电动汽车电控及发部署与实施进展20102010---20122010投入元20102012863科研投入12亿元汽车燃料电池汽车汽汽电池、超级电容----）电机总成电传动系）电机总成、电传动系---）及电动化附件---）车用工况对•电动汽车作为交通工具，要电动汽车作为交通工具，要成本及空间的限制，电动机的出力度小型轻量化和低成本对整车来说度小型轻量化和低成本对整车来说¾高密度、小型化、轻量化：•采用强制水冷结构、高电磁超短端部长度绕组技术等措施，使超短端部长度绕组技术等措施，使度。汽车驱动电动机输出1kW只需¾高效率：¾高效率：•采用稀土永磁和优化设计，驱采用稀土永磁和优化设计，驱其它汽车辅助电机也有较高的效率对驱动电机系统约束要求电机高效率、高适应性。由于要求电机高效率、高适应性。由于力也受到了制约，所以电机的高密说至关重要。说至关重要。磁负荷、高性能磁钢、高转速以及使电机小型轻量化，从而实现高密使电机小型轻量化，从而实现高密需0.6kg重量。驱动电机的最高效率可达到97%，驱动电机的最高效率可达到97%，率。车用工况对¾低速高转矩和高速恒功率的宽调低速高转矩和高速恒功率的宽调•在车辆起步和行车要求高转输出；电机的基速和最高转速差输出；电机的基速和最高转速差¾可靠性、耐久性、适应性：可靠性、耐久性、适应性：•由于车辆振动及发动机室的击大、灰尘多、温湿度变化大的击大、灰尘多、温湿度变化大的必须适应环境条件的要求，使电¾低噪声与低成本：电机成本的高低是决定电动电机成本的高低是决定电动之一；NVH技术是整车研发水平9对驱动电机系统约束调速：调速：转矩，高速运行时能够进行恒功率差别很大，需要很宽的调速范围。差别很大，需要很宽的调速范围。的高温环境，电机处于振动大、冲的恶劣环境条件下运行。车用电机的恶劣环境条件下运行。车用电机电机可靠、稳定、安全运行。动汽车是否能够产业化的重要因素动汽车是否能够产业化的重要因素平的重要评价指标。9国内研发和¾通过采用系统集成设计技术实¾通过采用系统集成设计技术，实、电磁和热管理的一体化设计与¾对车用电机制造工艺进行了有益度的绕线技术和整体充磁工艺等¾车用驱动电机系统检测试验手段¾车用驱动电机系统检测试验手段立了电机及其控制器专用性能测立了电机及其控制器专用性能测和初步环境试验检测条件,部分企成或正在建设一批试验台架。和产业化主要进展现了电机与发动机、变速器在机械现了电机与发动机、变速器在机械应用；的研究探索，如拼块式铁心、高密已开始用于产品实践；有了初步的改善电机测试基地建有了初步的改善，电机测试基地建试台架，具备了较齐备的性能检测试台架，具备了较齐备的性能检测企业单位重视试验能力的建设，建国内研发和¾通过采用系统集成设计技术实¾通过采用系统集成设计技术，实、电磁和热管理的一体化设计与¾对车用电机制造工艺进行了有益度的绕线技术和整体充磁工艺等¾车用驱动电机系统检测试验手段¾车用驱动电机系统检测试验手段立了电机及其控制器专用性能测立了电机及其控制器专用性能测和初步环境试验检测条件,部分企成或正在建设一批试验台架。和产业化主要进展现了电机与发动机、变速器在机械现了电机与发动机、变速器在机械应用；的研究探索，如拼块式铁心、高密已开始用于产品实践；有了初步的改善电机测试基地建有了初步的改善，电机测试基地建试台架，具备了较齐备的性能检测试台架，具备了较齐备的性能检测企业单位重视试验能力的建设，建国际车用电1机系统技术发展现状2国际车用电混合动力发动机总成混合动力发动机总成1机系统技术发展现状德国MTU公司柴油机6V199柴油机，425kW电机3国际车用电电力电子总成电力电子电力电子总成的各个元◆PiHihdi!!!PruisHighpowerdensity!!!1机系统技术发展现状子集成技术是指把构成电力电子器件、模块和系统元件，按优化的电路、机械结构要求进行合理布局、互连的一个综合技术功能目标功能目标高效率/高可靠/低成本芯片级◆模块级◆系统级封装层次关键技术封装设计、封装工艺、封装材料、封装测试关键技术测试4国际车用电内嵌体化车轮电机Electricdrivemotor内嵌一体化车轮电机构构BrakediskBrakecaliperBrakedisk1机系统技术发展现状(齿轮电机)结Electric(齿轮、电机)结suspensionmotorSpring•BrushlessSynchronousMotors•UseofHighperformancemagnets•Liquidcooling•Maxspeed:12.000rpm•Powerdensity:4kW/kgIn-wheelactivesuspension(continuouspower)•Torque/mass:3Nm/kgsuspension5国际车用电¾集成化：¾集成化：电机方面:电机与发动机总成、电机与变速箱的总成控制器方面:电力电子总成(功率器件驱动控制器方面:电力电子总成(功率器件、驱动、控制、传感器、电源等)¾永磁化¾永磁化：永磁电机功率密度和转矩密度高、具有效率高、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点。采用矢量控制的驱动控制系统，实现宽广的调速范围。¾数字化¾数字化：控制系统数字化是电驱动技术发展的必然趋势。1机系统技术发展趋势μPPowerConsumptionASICFPGADSPμPFlexibilitypFlexibility6主要主要国内外技术发展现一、国内外技术发展现二、国内外产品应用现三、面临的问题与对策三、面临的问题与对策要内容要内容现状与趋势现状与趋势现状现状策策国内驱动电机研在技术突破方面掌握了现代•在技术突破方面：掌握了现代决多目标高性能车用电机的极析技术难题；电机的功率密度kW/kg，电机系统高效区进一/g，电机系统高效区进到94％以上；•在电机系统产业化方面：国金，进行生产能力建设，目前金，进行生产能力建设，目前生产规模基本满足目前电动汽研发和产业化主要进展代车用电机系统设计方法解代车用电机系统设计方法，解极限设计与多领域精确仿真分度进一步得到提升，可达2.68一步拓宽，系统的最高效率达步拓宽，系统的最高效率达内电机企业通过多渠道筹集资前已经具备一定的配套能力，前已经具备定的配套能力，汽车发展需求。重大关键对混合动力汽车和纯电动汽车对混合动力汽车和纯电动汽车、耐久性考核规范、试验工况及判试验考核可靠性耐久性验证和试验考核，可靠性、耐久性验证和（a）混合动力轿车用电机工况技术突破车的电机应用工况提出了可靠性车的电机应用工况提出了可靠性判定方法，典型产品进行了大量和环境适应性水平进步提高和环境适应性水平进一步提高。（b）纯电动轿车用电机工况产业技术¾¾建立产业技术创新联盟，建立产业技术创新联盟，技术链串联技术链串联互动机制发挥整体优势形成具有中互动机制发挥整体优势形成具有中互动机制，发挥整体优势，形成具有中互动机制，发挥整体优势，形成具有中¾¾通过产品需求分析和集成应用，开发通过产品需求分析和集成应用，开发料料//部件系统总成的全产业链产品的研部件系统总成的全产业链产品的研料料//部件、系统总成的全产业链产品的研部件、系统总成的全产业链产品的研术创新联盟建设，产品链并联，，产品链并联，形成各单位之间的利益形成各单位之间的利益国特色又有国际竞争力的产品；国特色又有国际竞争力的产品；国特色又有国际竞争力的产品；国特色又有国际竞争力的产品；电机电机和系统和系统总成等典型产品，建成从材总成等典型产品，建成从材研发生产与批量供货能力研发生产与批量供货能力研发、生产与批量供货能力。研发、生产与批量供货能力。国内典型针对纯电驱动和混合动力汽车对电机领域形成了符合我国电动汽车类有典型意义的重大产品，在商用力发动机总成、清华绿控的机电耦和吉利机电耦合传动总成，一汽的变速箱ISG电机及旋变内燃机混合动力发动机总成型总成产品应用两种应用需求，通过集成创新，在，，车现实发展需要、有国际竞争力的几车领域，较为典型的有玉柴混合动耦合传动总成，在乘用车领域有上汽的机电耦合传动总成。机电耦合传动总成机电耦合针对纯电驱动和混合动力电针对纯电驱动和混合动力电新，在电机领域形成符合我国电力的几类有典型意义的重大产品力的几类有典型意义的重大产品机总成、机电耦合传动总成）。变速箱ISG电机及旋变内燃机混合动力发动机总成合总成产品应用动汽车两种应用平台通过集成创动汽车两种应用平台，通过集成创动汽车现实发展需要、有国际竞争（特别是商用车领域混合动力发动（特别是商用车领域混合动力发动机电耦合传动总成机电耦合针对纯电驱动和混合动力电针对纯电驱动和混合动力电新，在电机领域形成符合我国电力的几类有典型意义的重大产品力的几类有典型意义的重大产品机总成、机电耦合传动总成）。变速箱ISG电机及旋变内燃机混合动力发动机总成合总成产品应用动汽车两种应用平台通过集成创动汽车两种应用平台，通过集成创动汽车现实发展需要、有国际竞争（特别是商用车领域混合动力发动（特别是商用车领域混合动力发动机电耦合传动总成车用电机领域国2国家标准和行业标准4国内外电机产注：[1]功率密度为电机峰值功率与电机总重量的比值；[2]功率密度为电机峰值功率与电机定转子重量的比值；[3]括号内对应为电机重量或定转子铁心重量。产品性能进展对比国内外电机逆变器注：2007Pruis，2008LS600h，2010Pruis均为电机控制器部分的净器产品性能进展对比净重量和体积Ca体积密•体积密•电力电amryIPU密度117kVA/L功率密度93kVA/k密度11.7kVA/L，功率密度9.3kVA/kg电子集成封装、膜电容LS•体积密度17.2kVA/L，功率密度14.9kVA/k•DBC双面冷却技术DBC双面冷却技术•低感主回路技术S600HIPUkgSemikroCurreDBCFilCitCurreDBCFilmCapacitoronSKAI控制器entSensorIGBTDriverentSensor•Pmax：82kW•功率密度：9.5kVA/L功率密度：/•重量功率比：9.9kVA/kgS18国内典型5050kw控制器内容功率50kw控制器功率重量体积体积功率重量比密功率体积比密纯电动轿车功率体积比密最高效率高效区高效区电机控制器0kVA电力电子集成控制器主要指标指标50.3kw7.6kg90L9.0L密度6.62kVA/kg密度558kVA/L密度5.58kVA/L98.37%83.77%83.77%主要主要国内外技术发展现一、国内外技术发展现二、国内外产品应用现三、面临的问题与对策三、面临的问题与对策要内容要内容现状与趋势现状与趋势现状现状策策面临的挑战1）技术方面战技术方面对策对策根据行业需求重点加1、根据行业需求，重点加¾¾共性共性模块化关键技术攻关，降模块化关键技术攻关，降¾¾加强机电耦合设计和一体化集加强机电耦合设计和一体化集¾¾加强关键共性技术研究，建立加强关键共性技术研究，建立¾¾加强可靠性耐久性和环境适加强可靠性耐久性和环境适¾¾加强可靠性、耐久性和环境适加强可靠性、耐久性和环境适¾¾结合国家重大专项开发关键结合国家重大专项开发关键¾¾结合国家重大专项，开发关键结合国家重大专项，开发关键与建议与建议强以下几个方面攻关研究强以下几个方面攻关研究：降低行业的研发成本降低行业的研发成本集成，提高整车适应性集成，提