電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)一、引言我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著來(lái)自能源安全、環(huán)境保護(hù)和氣候變化等可持續(xù)發(fā)展要求的多重挑戰(zhàn)。隨著近幾年汽車保有量的快速增加，汽車能源消耗增長(zhǎng)呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，進(jìn)一步加劇了我國(guó)石油供需矛盾。在當(dāng)前石油資源日益緊張，價(jià)格不斷攀升的國(guó)際形勢(shì)下，發(fā)展電動(dòng)汽車特別是混合動(dòng)力汽車是緩解我國(guó)石油資源短缺現(xiàn)狀的有效途徑，也是增強(qiáng)我國(guó)汽車工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重大戰(zhàn)略舉措。經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”規(guī)劃的實(shí)施，特別是“十五”國(guó)家863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng),我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了官、產(chǎn)、學(xué)、研的資源整合,具有了電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)自主研發(fā)能力。在國(guó)家“三縱三橫”總體布局中(如附圖所示),驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)被列為“三橫”中的共性技術(shù)之一。二、電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)及分類電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的要求至少包括：（1）基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛的啟動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況；（2）基速以上為恒功率運(yùn)行，以適應(yīng)最高車速、超車等要求；（3）全轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以提高車輛的續(xù)駛里程；（4）結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、體積小、重量輕、良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性；（5）低成本及大批量生產(chǎn)能力。電動(dòng)汽車最早采用了直流電機(jī)系統(tǒng),特點(diǎn)是成本低、控制簡(jiǎn)單,但重量大,需要定期維護(hù)。隨電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,包括異步電機(jī)及永磁電機(jī)在內(nèi)的交流電機(jī)系統(tǒng)體現(xiàn)出比直流電機(jī)系統(tǒng)更加優(yōu)越的性能,目前已逐步取代了直流電機(jī)控制系統(tǒng)。特別是借助于設(shè)計(jì)方法、開(kāi)發(fā)工具及永磁材料的不斷進(jìn)步,用于驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)得到了飛速發(fā)展。電動(dòng)汽車中常用的交流電機(jī)主要有異步、永磁、開(kāi)關(guān)磁阻三大類型，其特點(diǎn)如表1所示。表1電機(jī)比較其中,異步電機(jī)主要應(yīng)用在純電動(dòng)汽車(包括轎車及客車),永磁同步電機(jī)主要應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車(包括轎車及客車)中,開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)目前主要應(yīng)用在客車中。特別是,由于具有高效、高功率密度的特點(diǎn),目前在混合動(dòng)力轎車中采用的基本都是永磁同步電動(dòng)機(jī)。日本豐田公司的PRIUS采用的永磁同步電動(dòng)機(jī)功率已達(dá)到了50kW,新配置的SUV車型所用電機(jī)功率甚至達(dá)到了123kW。與普通工業(yè)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)及通用變頻器不同，電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是高性能、高功率密度、高可靠性，低成本、低污染和良好的環(huán)境適應(yīng)性，如表2所示。表2工業(yè)用與汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的主要差別三、電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)的車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)已達(dá)到了小批量生產(chǎn)的水平，包括上述的各種類型電機(jī)以及風(fēng)冷、水冷等冷卻形式，涵蓋5kW～180kW功率范圍。部分系統(tǒng)指標(biāo)（如比功率和系統(tǒng)效率）達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。系統(tǒng)中應(yīng)用了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等控制方法,采用了IGBT等全控型電力電子器件,DSP等先進(jìn)的數(shù)字處理器,CAN總線通訊模式等控制技術(shù),對(duì)參數(shù)辨識(shí),效率優(yōu)化,死區(qū)補(bǔ)償?shù)葘ｉT的問(wèn)題開(kāi)展了有針對(duì)性的研究,取得了卓有成效的成果,有一大批車輛已在城市道路上進(jìn)行示范運(yùn)行。3.1目前車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)尚需提高的地方（1）全運(yùn)行范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速控制精度,效率最優(yōu)化;（2）系統(tǒng)可靠性及耐久性尚未得到充分驗(yàn)證,和汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求還有一定差距;（3）動(dòng)力總成裝置的集成度不高,機(jī)電一體化不夠;（4）關(guān)鍵材料（如高性能硅鋼片，絕緣材料）和關(guān)鍵元器件（如IGBT模塊，CPU芯片）仍依靠進(jìn)口，限制了選擇余地和成本降低；（5）尚未形成完整的、滿足汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商體系。雖然具備了小批量供貨的能力,但產(chǎn)品尚未通過(guò)TS16949質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。3.2今后仍需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容（1）系統(tǒng)的集成化；（2）高性能電機(jī)控制策略，電機(jī)效率優(yōu)化；（3）系統(tǒng)熱管理；（4）系統(tǒng)失效模式分析，系統(tǒng)可靠性、耐久性預(yù)測(cè)與快速評(píng)估方法；（5）系統(tǒng)電磁兼容，環(huán)境適應(yīng)性研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，電機(jī)系統(tǒng)成本控制等。四、發(fā)展趨勢(shì)（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)必須滿足動(dòng)力總成一體化的要求并支持整車產(chǎn)品的系列化和生產(chǎn)的規(guī)模化；豐田公司的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)THSII及本田公司的IMA系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步充分體現(xiàn)了這一點(diǎn)：THSII已擴(kuò)展到包括LEXUS在內(nèi)的多種車型，而IMA也已配置到包括CIVIC及雅閣在內(nèi)的多種車型。（2）國(guó)內(nèi)將出現(xiàn)獨(dú)立的新型汽車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供商，支持電動(dòng)汽車及傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)；目前國(guó)外已有包括Solectria，Enova在內(nèi)的電氣公司，汽車用電氣自動(dòng)化的新型產(chǎn)業(yè)正在逐步形成。目前我國(guó)在電機(jī)（包括永磁材料）生產(chǎn)，人力成