中國電動汽車驅動電機及其控制器行業(yè)分析

1、中國電動汽車驅動電機及其控制器行業(yè)分析韓玉浚2010/10/18驅動電機及其控制器 1. 驅動電機類型及其發(fā)展驅動電機是電動汽車的關鍵部件，直接影響整車的動力性及經(jīng)濟性。驅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動電機的重要發(fā)展方向。(2)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)，促進了電機控制器

2、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。(3)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，最高轉速可達基速的22.5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3123kW，電機恒功率范圍很寬，最高轉速可達基速的5倍。日本近幾年開發(fā)的電動汽車驅動電機概況見表3。3. 我國發(fā)展現(xiàn)狀(1)交流異步電機驅

3、動系統(tǒng)我國已建立了具有自主知識產(chǎn)權異步電機驅動系統(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)已廣泛應用于各類電動客車；通過示范運行和小規(guī)模市場化應用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗證。(2)開關磁阻電機驅動系統(tǒng)已形成優(yōu)化設計和自主研發(fā)能力，通過合理設計電機結構、改進控制技術，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。(3)無刷直流電機驅動系統(tǒng)國內(nèi)企業(yè)通過合理設計及改進控制技術，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計能

4、力。(4)永磁同步電機驅動系統(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，可應用于各類電動汽車；產(chǎn)品部分技術指標接近國際先進水平，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子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術。國內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達280，但技術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

5、機，我國僅開發(fā)出0.35mm硅鋼片。(6)電機控制器關鍵部件電機控制器用位置轉速傳感器多為旋轉變壓器，目前基本采用進口產(chǎn)品，我國部分公司已具備旋轉變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國外仍有差距。IGBT基本依賴進口，價格昂貴，國產(chǎn)車用IGBT尚處于研究階段。4. 我國驅動電機及其控制器存在的主要問題 (1)電機原材料、控制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴進口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置轉速傳感器、IGBT模塊等。進口產(chǎn)品成本高，影響電機系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。(2)我國車用電機的機電集成水平與國外差距較大?？刂破骷啥容^低，體積、重量相對偏大。(3)我國車用電機系統(tǒng)尚處于起步階段，制造工藝水平落后，

6、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。(4)現(xiàn)階段國家出臺的電動汽車驅動電機系統(tǒng)標準較少，且不完善。如：不同類型電機系統(tǒng)采用同一檢測標準，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、硬件設計。核心軟件一般由整車廠研發(fā)，硬件和底層驅動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。(1)國外整車控制器技術趨于成熟國外大部分汽車企業(yè)在電動汽車領域積累充足，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。(2)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、博世集團都紛紛進行整

7、車控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車設計公司也為整車廠提供整車控制器技術方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動汽車整車控制器領域也有不少成功的案例。(3)控制器日趨標準化控制器的標準化已引起相關企業(yè)的關注。由全球汽車制造商、部件供應商及電子、半導體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車開放系統(tǒng)架構聯(lián)盟，形成了AUTOSAR（汽車開放系統(tǒng)架構）標準，簡化了開發(fā)流程并使ECU軟件具有復用性，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行研究，如清華大學、同濟大學、北京理工大學等，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

8、動汽車需求，已經(jīng)應用到樣車及小批量產(chǎn)品上。部分整車企業(yè)與國外公司進行合作，如FEV、RICARDO。通過聯(lián)合開發(fā)，吸收國外相關技術和經(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，但技術積累有限，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商。另外，控制器基礎硬件、開發(fā)工具等基本依賴進口?？傮w來講，控制器產(chǎn)品技術水平和產(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(1)應用軟件方面多數(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，基礎數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器設計水平。(3)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）引進相關的設備和軟件，普遍使用通用開發(fā)工具進行二次開發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前期開發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務的工具，不利于