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新能源汽车驱动电机系统技术与产业发展

2018/05/04

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国家节能与新能源汽车重大工程


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我国新能源汽车市场快速增长


?2016年,我国新能源汽车产销量达到50万辆,占2016年汽车市场份额的1.8%, 新能源汽车保有量达到100万辆规模;

?2017年,受新能源汽车推广目录重审和新的补贴政策影响,新能源汽车增长相对 平缓,1~8月产销总量达到32万辆,总量较去年同期?#20013;?#22686;长,全年预期60~70万辆。



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我国新能源汽车国际地位逐步攀升


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我国新能源汽车市场发展需求预测



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我国车用驱动电机技术需求与产业现状


?高密度、小型化、轻量化: 采用强制水冷结构、高电磁负荷、高性能磁钢、 高转速等技术,实现电机小型轻量化和高密度化。

?高效率:采用稀土永磁和电磁设计优化,驱动电机的最高效率可达到97%, 电机超过85%的高效率区达到80%以?#31232;?/p>

?低速大出力、高速恒功率宽调速:在车辆起步和行车要求高转矩,高速运行 时能够进行恒功率输出,电机调速范围达到1:3到1:4以?#31232;?/p>

?可靠性、耐久性、适应性:车用电机处于振动大、冲击大、?#39029;?#22810;、?#29575;?#24230; 变化大的环境下运行,要求电机系统具有?#32479;?#20987;和环境适应性。

?低噪声与?#32479;?#26412;:电机成本的高低是决定电动汽车是否能够产业化的重要因 素;电动汽车NVH技术是整车研发的重要衡量指标。


我国车用驱动电机技术需求与产业现状


? 驱动电机系统是节能与新能源汽车的核心关键部件之一,其工程化和产业化能力直接影响到我国汽车工业体系和创新体系的建全。


? 我国电机系统的技术与产品满足了新能源商用车(?#32479;怠?#21345;车)、乘 用车和专用车辆的需求,多家驱动电机企业产能达到万套级以上,部分 产品已经批量出口欧美,驱动电机关键指标达到

   了国际先进水平。


? 由于电力电子技术起步较晚,我国车用电力电子控制器产品的技术水 平和竞争力落后于国际先进水平,近几年追赶速度加快。


? 建立了电动汽车电驱动系统全产业链技术创新战略联盟,在关键材料 和关键部件方面形成了自主的技术与产品,实现国产化替代及应用。


各类车用驱动电机性能比较

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我国车用驱动电机系统典型产品


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国内外驱动电机技术发展趋势—多领域集成


  采用现代永磁电机多领域集成、多层面优化、多端口匹配设计技术,进行电 机综合设计与分析,实现电机最佳性能比和材料利用率。

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国内外驱动电机技术发展趋势—电力电子集成


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国内外驱动电机技术发展趋势—电力电子器件


  高功率密度是电机控制器的重要技术与产业的发展?#36739;潁?#37319;用沟槽栅场终止IGBT与双面焊接及冷却技术,提升芯片IGBT器件功率密度。

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  以SiC/GaN为代表的第三代宽禁带材料技术及产品快速发展,国外企业(特别 是日本)不断推出全SiC电力电子集成控制器产品样机,全SiC控制器功率密度比Si 控制器提升2倍以?#31232;?/p>


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国内外驱动电机技术发展趋势—电机控制技术


  在永磁电机系统控?#21697;?#38754;,以系统和整车工况综合匹配优化来提高控制器效率; 以转矩快速主动补偿控制来提高驱动系统的动态性能和NVH性能;以极端工况下的 驱动电机系统保护策略

  及处理机制确保系统安全可靠运行。


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国内外驱动电机技术发展趋势—功能安全与AutoSar


  基于新一代32bit微处理器(双核、三核),按照ISO26262标准,从整车安全等 级进行电机控制系统安全等级分解,构建产品开发体系流程。引入AutoSar操作系统, 实现软件的分层设计

  与开发。


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国内外驱动电机技术发展趋势—电磁兼容


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国内外驱动电机技术发展趋势—系统匹配技术


  新能源汽车大规模应用对整车的动态性能、 续驶里程和?#32479;?#26412;提出越来越高的要求:

    1.电驱动系统全?#20013;?#33021;设计和控制直接影 响整车动态性能;

    2.在整车重量和电池容量一定?#20445;?#30005;驱动 全局高效特性直接影响整车续驶里程;

    3.电驱动系统成本下降很大程度上取决于 电机驱动控制器集成度提升。


国内外驱动电机技术发展趋势—电驱动系统集成


  ?#28304;?#38470;、博世、西门子、麦格纳为代表的电驱动系统集成商在驱动电机系统表 现出了强劲的竞争力,?#36861;?#25512;出了电驱动总成系统产品,包括电力电子与驱动电机 总成、驱动电机与减速器

  总成(电驱动桥)等,这类产品在集成度方面具有明显?#25856;疲?#36866;用于乘用车的电驱动总成开始在商用车应用。


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国内外驱动电机技术发展趋势—电动轮集成


  面向分?#38469;?#39537;动应用,轮毂电动车轮总成、轮边电机总成、电驱动桥具有较大优 势。通过将电机设计安装在车轮的轮毂内,输出转矩直接传输到车轮,舍弃传统的离 合器、减速器、传

  动桥等机械传动部件,汽车结构大为简化。


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国内外车用电驱动技术发展趋势—48VBSG总成


  48VBSG集成一体化总成结合了双重电压设置(12V/48V)以及“启动-停车”  技术 的?#25856;疲?#33021;够更有效率地回收汽车的制动能量,提高?#21152;?#25928;?#39318;?#39640;达到15%。国外如 大陆、博世、法雷

  奥、马瑞利等已经推出了48VBSG样机,并实现了装车测试,我国 也处于快速起步阶段,样机开发与国外基本同步。


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“十三五”电驱动系统技术指标发展


    发展目标:电机控制器实现功率密度倍增,达到国际先进水平。


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  发展目标:乘用车电机功率密度4.0kW/kg,商用车电机转矩密 度20Nm/kg,继续保持国际先进水平。



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小结:国内外驱动电机技术发展?#36739;?/span>


  集成化:

电机方面:电机与发动机总成、电机与 变速箱的总成、三合一集成 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)

  永磁高效化:

永磁电机功率密度和转矩密度高、具有 效率高、功率因数高、可靠性高的优点; 少用无/低重稀土材?#31995;?#27704;磁电机、新型 混合励磁电机。

  数字化与智能化:

新一代MCU控制器:32位微处理器 功能安全:具有冗余和安全监控功能 AutoSAR:分层软件架构,具备诊?#31232;?通信、标定等功能。


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