完整word版新能源汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)要分析比較

1、新能源汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)要分析比較作者：于可浩目前，新能源汽車（包括低速車）產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅猛，異軍突起。作為三大核心技術(shù)之一的電機(jī)及其控制，目前是什么狀況呢。本文將談一點(diǎn)自己的粗 淺認(rèn)識(shí)。1、錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)整體上，就新能源汽車三大技術(shù)（整車系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)）而言，有不少人認(rèn)為汽車用電機(jī)及其控制技術(shù)是成熟的，核心問(wèn)題還是電池系統(tǒng)。因此忽略 了對(duì)電機(jī)的研發(fā)和性能提升。但是實(shí)際情況則完全不同。我國(guó)新能源汽車的動(dòng)力系 統(tǒng)，也就是電機(jī)系統(tǒng)，和歐、日相比，總體上是處于相當(dāng)?shù)穆浜鬆顟B(tài)的。這一落后, 很大地限制了整車的 操控性、節(jié)電性、續(xù)航性和智能化 等關(guān)鍵性能。落后的電機(jī)對(duì) 電池系統(tǒng)帶來(lái)的巨大

2、沖擊也被忽略，實(shí)際上 電機(jī)系統(tǒng)是造成電池壽命和性能衰減的 一個(gè)重要因素。沒(méi)有電機(jī)系統(tǒng)的性能提升，我國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，不可能彎道超車”只會(huì) 在低檔次產(chǎn)品上惡性競(jìng)爭(zhēng)，中、咼檔產(chǎn)品不可能和歐、日本在全球范圍內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)。未 來(lái)而言，不采取措施的話，這個(gè)局面和目前的內(nèi)燃機(jī)汽車的局面會(huì)驚人相似：我國(guó) 干低檔、國(guó)外干高檔。2、目前的電機(jī)種類目前作為新能源汽車的主流電機(jī)系統(tǒng)，由三大類構(gòu)成:1）、交流異步變頻電機(jī)系統(tǒng)。2）、稀土永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。3）、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)。交流異步變頻電機(jī)系統(tǒng)，我們稱之為傳統(tǒng)電機(jī)。其技術(shù)成熟、可靠、產(chǎn)業(yè)鏈完 整，因此被大量使用于新能源汽車（尤其是缺乏標(biāo)準(zhǔn)的低速車）。但是，這類電機(jī) 效

3、能落后，無(wú)論是電流扭矩關(guān)系，還是系統(tǒng)綜合效率等等各個(gè)方面，其實(shí)都是不適 合用于車輛，也不符合節(jié)能的內(nèi)涵（這類電機(jī)對(duì)電池沖擊很大，所需電流也很大）。另外加之技術(shù) 簡(jiǎn)單” 誰(shuí)都可以干”小作坊也可以干。因此目前競(jìng)爭(zhēng)非常激烈, 造成價(jià)格幾乎沒(méi)有利潤(rùn)，整車廠壓款。在這樣一個(gè)低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的前提下，廠家不可能 對(duì)其進(jìn)行深入改良和性能提升。因此，這類電機(jī)和市場(chǎng)對(duì)其提高續(xù)航里程的迫切需 求，形成悖論和矛盾。所以這類電機(jī)用于新能源汽車，在我國(guó)是沒(méi)有很大的前途的。當(dāng)然這不是說(shuō)它不可以用，而是只能作為低檔次品使用。順便說(shuō)一句，在我國(guó) 企業(yè)，目前的背景下，是造不出特斯拉汽車那樣的電機(jī)的。特斯拉用的也是異步變 頻電機(jī)，但是其

4、設(shè)計(jì)、工藝、材料、精度，不是我們可以做到的。盡管如此，特斯 拉汽車的電機(jī)也是非常耗能（電）的，并不符合新能源汽車的節(jié)能本質(zhì)精神，并不 完全值得效仿。那么稀土永磁電機(jī)如何呢?首先，稀土永磁同步電機(jī)是一種高性能電機(jī)系統(tǒng)！具備很多優(yōu)勢(shì)，比如功率密 度、效率、智能控制等等。加之技術(shù)比較成熟、人才也多、短時(shí)間內(nèi)容易上項(xiàng)目, 因此目前在我們國(guó)家興起了 永磁電機(jī)熱”，各個(gè)整車企業(yè)也在考慮使用這類電機(jī)系 統(tǒng)，或正在使用。然而，影響此類電機(jī)持久普及的有兩個(gè)致命問(wèn)題：一是退磁，一是價(jià)格戰(zhàn)。永磁的永”不是永遠(yuǎn)的意思，而是長(zhǎng)期的意思。在我國(guó)當(dāng)前材料、技術(shù)、工藝、成本的能力框架內(nèi)，想系統(tǒng)地 解決”汽車用電機(jī)的退磁問(wèn)題，

5、其實(shí)是不可能的。年后的事實(shí)將證明這一點(diǎn)。高溫、振動(dòng)甚至自然退磁，都需要一系列復(fù)雜的技術(shù)來(lái)解決，包括和整車設(shè)計(jì) 的聯(lián)動(dòng)（比如冷卻系統(tǒng)、減振系統(tǒng)等等），而不是僅僅靠提高電機(jī)本身的防退磁能 力就可以 解決”。因此，我們說(shuō)實(shí)驗(yàn)室里的獨(dú)立的永磁電機(jī)產(chǎn)品，性能可以做到極 其優(yōu)越，甚至超乎想象。但是一上工況，則截然不同了。無(wú)論工程師們?nèi)绾谓忉屨f(shuō) 已經(jīng)解決退磁問(wèn)題了 ”，都是片面和錯(cuò)誤的。這不是 說(shuō)工程師們說(shuō)謊，因?yàn)檫@不僅僅是電機(jī)本體一家的事情。事實(shí)上，歐洲、日本正在 減少對(duì)永磁電機(jī)的研發(fā)和使用，悄然而明確地轉(zhuǎn)向了 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，這不僅僅是資 源問(wèn)題。同時(shí)，如果想比較徹底的解決退磁問(wèn)題，就需要把余量設(shè)計(jì)的大一

6、些，用更好的永磁體，那么成本就是問(wèn)題。目前在我們國(guó)家的永磁電機(jī)熱”，必將導(dǎo)致低價(jià)競(jìng) 爭(zhēng)（其實(shí)已經(jīng)出現(xiàn)），那么性能和成本，又會(huì)出現(xiàn)悖論和矛盾。我個(gè)人預(yù)測(cè)，汽車行業(yè)如果大量使用低價(jià)的永磁電機(jī)，3、4年后，將會(huì)出現(xiàn)大面積退磁，造成無(wú)可收拾的局面。誰(shuí)也不愿意買一輛只能用3、4年的電動(dòng)汽車。實(shí)際上，在山區(qū)城市，每天頻繁駕駛爬坡，不用 2年可能就退磁了。當(dāng)然，這不是說(shuō)永磁同步電機(jī)就不可以使用，事實(shí)上，它有自己適合的車型。作為能量密度咼、咼效電機(jī)，永磁電機(jī)最適合用于平坦地區(qū)的咼檔轎車。 換句話說(shuō)，不太適合用于物流車、中巴和大巴車、SUV、工具車、工程車輛等需要連續(xù)過(guò)載和 發(fā)力的車型，也不適合在山區(qū)、顛簸路面

7、使用。再來(lái)談?wù)勯_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)。從性能而言，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以說(shuō)是天生為汽車而生。為什么這么說(shuō)呢？有必 要在這里談一下其主要特性。1、）最重要的特性起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但是起動(dòng)電流小，負(fù)載啟動(dòng)扭矩可控范圍大。對(duì)電池沖擊極小，是 電池友好型電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)從電池吸收很小的電流，電機(jī)可得到很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是其最大特點(diǎn)。起動(dòng)電流小而轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)還可以延伸到低速運(yùn)行段。其實(shí)，啟動(dòng)過(guò)程是一個(gè)平均 概念（0到額定轉(zhuǎn)速的50% ），實(shí)際上開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)從靜止到啟動(dòng)，瞬時(shí)的電流非 常小。這賦予了這類電機(jī)可以豐富像想和二次開(kāi)發(fā)的性能空間。2、）電機(jī)系統(tǒng)高效區(qū)非常寬，不僅僅是一個(gè)額定效率的概念。在 全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)” 都具有比較高的

8、效率。本系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。這是因?yàn)橐环矫?SRD的轉(zhuǎn)子無(wú)銅損；另 一方面電機(jī)可控參數(shù)多，靈活方便，易于在寬轉(zhuǎn)速范圍和不同負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化 控制。就高效區(qū)的寬度而言，處于所有主流電機(jī)的首位（超過(guò)永磁同步）。3、）電機(jī)系統(tǒng)恒功率區(qū)寬就恒功率區(qū)的寬度而言，開(kāi)關(guān)磁電機(jī)局域獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。4、）對(duì)車輛負(fù)載的變化自動(dòng)檢測(cè)，從而調(diào)整電流大小，從根本上實(shí)現(xiàn)節(jié)電SRD系統(tǒng)在運(yùn)行中，其智能控制部分，能自動(dòng)感知車輛負(fù)載（電動(dòng)機(jī)負(fù)載）的 大小和變化，并據(jù)此自動(dòng)調(diào)整從電源側(cè)所取電流大小，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了節(jié)電。5、）可頻繁帶載起停、正反向頻繁轉(zhuǎn)換運(yùn)行系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低起動(dòng)電流的特點(diǎn)，使之在起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊小

9、, 電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還要小。磁阻電機(jī)制動(dòng)運(yùn)行與電動(dòng)運(yùn)行具有 同樣優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性，電動(dòng)運(yùn)行和制動(dòng)運(yùn)行切換方便、迅速，二者 綜合作用的結(jié)果必然使之適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。6、）負(fù)載下可瞬間響應(yīng)從0轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速，耗時(shí)可控到20毫秒-200毫秒。比如，根據(jù)必要，百公里 提速可低于3秒。上述幾點(diǎn)特性，聯(lián)合作用，確保了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是應(yīng)用于變載、輕載、重載爬坡啟動(dòng)、頻繁啟停等工況下車輛的最優(yōu)秀的電機(jī)系統(tǒng)。7、）低速下可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩8、）電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于高速、超高速的運(yùn)轉(zhuǎn),9、）不存在退磁問(wèn)題，也不存在資源問(wèn)題。10、）耐操控性能好，用于賽車，可反復(fù)使用。那么，既然

10、SRD系統(tǒng)這么優(yōu)秀，為什么還沒(méi)有大規(guī)模使用呢?因?yàn)槟壳吧a(chǎn)的產(chǎn)品不合格。也就是說(shuō)國(guó)內(nèi)很多公司還沒(méi)有掌握其核心技術(shù)。SRD的技術(shù)復(fù)雜、深入而體系，跨多種學(xué)科，可以說(shuō)是一種最難研發(fā)的控制類電機(jī)。而且目前國(guó)內(nèi)人才很少，能夠兼顧電機(jī)本體、控制系統(tǒng)、電力電子三大系統(tǒng)的綜合 技術(shù)人才，我們稱之為SRD項(xiàng)目帶頭人，遠(yuǎn)少于永磁電機(jī)。實(shí)際上目前我國(guó)全國(guó) 的、稱職的應(yīng)用型SRD項(xiàng)目帶頭人，不超過(guò)15人。這比永磁電機(jī)系統(tǒng)要少100 倍（簡(jiǎn)單數(shù)字比較）。而且領(lǐng)導(dǎo)這樣跨學(xué)科、原創(chuàng)型的項(xiàng)目，也需要高水平的企業(yè) 管理人才和先進(jìn)管理邏輯來(lái)協(xié)調(diào)、駕馭。這也是我國(guó)的弱項(xiàng)。同時(shí)，另外一個(gè)重要因素是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)自身的一些缺點(diǎn)也限制了

11、其應(yīng)用。那 就是被廣為詬病”的振動(dòng)噪音和功率密度。SRD的低速振動(dòng)、噪音，的確是一個(gè) 問(wèn)題”但不是不可以抑制，而完全是個(gè) 技術(shù)、工藝和成本問(wèn)題。事實(shí)上，目前我國(guó)能夠解決這個(gè)問(wèn)題、并且可以批量生產(chǎn) 的，目前大概只有兩個(gè)團(tuán)隊(duì)。一是山東的 AICI艾磁團(tuán)隊(duì)（就是我所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)）， 有5-11年連續(xù)SRD的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，集聚了這個(gè)領(lǐng)域17位高水平研發(fā)人員（并正在 發(fā)展成45人的研發(fā)隊(duì)伍），項(xiàng)目領(lǐng)頭人多于 5位，而且和多所國(guó)內(nèi)外大學(xué)、多名海歸專家建立有聯(lián)合開(kāi)發(fā)關(guān)系和技術(shù)共享關(guān)系，掌握了新能源汽車用SRD的專有 技術(shù)和核心技術(shù)。目前已經(jīng)開(kāi)始批量生產(chǎn)和供應(yīng)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的另一個(gè)缺點(diǎn)是功率密度不理想，體積大。這一

12、點(diǎn)其實(shí)并不是致 命問(wèn)題。就其技術(shù)而言，完全可以通過(guò)提高轉(zhuǎn)速來(lái)解決（開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以在軸承 許可的前提下，做到幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)。），當(dāng)然，也可以通過(guò)材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)減小體積。3、結(jié)論上述三種電機(jī)，各有優(yōu)勢(shì)，未來(lái)會(huì)并存。下表是我預(yù)測(cè)的不久未來(lái)新能源汽車用電機(jī)的布局、市場(chǎng)細(xì)分。主要是比較了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和永磁同步電機(jī)。品種適用領(lǐng)域備注車;1、適合平原、平坦地區(qū)和城市的高檔乘用退磁問(wèn)題在實(shí)際工況下難于解永磁同步2、不太適合復(fù)雜工況，如高溫顛簸決（實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)數(shù)據(jù)只能參考）；電機(jī)3、不太適合山路、坡路成本越來(lái)越高。4、不適合要求不斷發(fā)力、長(zhǎng)期運(yùn)行、頻繁 過(guò)載、變載的工況 1、適合物流 車、商用車、作業(yè)工具車開(kāi)關(guān)磁阻4、適合SUV5、不太適合乘 功率密度不理想，限制了在追求2、適合大巴電機(jī)越野車用車小型化的高檔轎車上的應(yīng)用車、中巴車 3、適合大型工 程車輛4、國(guó)外趨勢(shì)混合動(dòng)力車型，傾向于使用永磁同步電機(jī)，比如豐田。但是，逐步減少對(duì)永磁