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电动汽车驱动电机系统的发展现状及发展趋势

驱动电机系统为电动汽车的关键部件，直接影响电动汽车的性能和可靠性。我国从20世纪80年代开始，伴随着电动汽车产业的发展，国内外有大量的研究机构和企业进行电动汽车驱动电机系统的研究开发。通过多年的发展，国内外驱动电机系统的技术均取得了明显进步。

国外从20世纪80年代开始进行驱动电机系统的研究，目前已构建了较为完善的驱动电机系统开发体系和生产制造体系，开发出一系列具有较强的竞争力的驱动电机系统产品。

我国是从20世纪90年代开始进行驱动电机系统研究的，特别是从2001年起，科技部开始实施“十五”至“十三五”连续四个五年计划的电动汽车重大专项计划，加上国家发展改革委、财政部、工信部等部委的各种政策支持，我国电动汽车产销量已连续几年居于世界首位，占全球产销量的50%以上。

伴随着电动汽车的快速发展，我国驱动电机系统技术及其产业化得到了长足的进步，具体体现在：

(1)构建了较完善的永磁同步驱动电机系统和异步驱动电机系统开发平台。

(2)开发出功率(峰值功率)等级10～250kW的风冷和水冷用异步驱动电机系统和永磁同步驱动电机系统，批量应用于纯电动及混合动力商用车、乘用车和物流车。其中部分产品批量出口欧美国家。

(3)电机的功率密度、最高效率和最高转速等主要性能指标与国外产品相当。表1-6为目前已实现的“十二五”国家科技支撑计划规定的驱动电机系统的主要指标。表1-7为“十三五”国家重点研发计划规定的驱动电机的主要指标。

表1-6“十二五”国家科技支撑计划规定的驱动电机系统主要指标

表1-7“十三五”国家重点研发计划规定的驱动电机的主要指标

(4)电机和控制器的制造工艺水平和批量制造能力达到国际先进水平。

(5)驱动电机系统的功能安全、电磁兼容性等日趋完善，如电磁兼容水平达到Vehicles,boatsandinternalcombustionengines-radiodisturbancecharacteristics-limitsandmethodsofmeasurementfortheprotectionofon-boardreceivers(车辆、船和内燃机-无线电干扰特性-车载接收机保护的限值和测量方法)(CISPR25:2006)所规定的class3。

(6)电机和控制器主要材料及零部件实现国产化，一直是发展瓶颈的关键材料和元器件的IGBT芯片、IGBT模块、SiC芯片和模块、控制芯片以及轴承等均有替代产品并得到部分批量应用。

(7)构建了比较完善的驱动电机系统的标准体系(表1-8)。

表1-8驱动电机系统标准一览表

尽管经过多年的技术攻关和市场应用，驱动电机系统技术取得了很大进步，基本能满足目前电动汽车的应用需求，但距用户对未来零部件性能的要求仍有较大的差距。驱动电机系统的发展目标是进一步提升“6H1L”所涉及的内容。

电动汽车对驱动电机系统的要求可以概括为6H1L：6H为高功率密度(highpowerdensity)、高体积密度(highvolumedensity)、高效率(highefficiency)、高可靠性(highreliability)、高品质(highquality)和高安全性(highsafety)，其中高品质指低振动噪声、低转矩脉动和良好的电磁兼容性；1L为低成本(lowcost)。

为达到上述目标，各国均提出了具体的目标，典型的有美国能源部所提出的《2025年电机电控发展路线图》和中国汽车工程学会于2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》。

表1-9为美国《2025年电机电控发展路线图》中对100kW功率等级的驱动电机系统所提出的关键技术指标。

表1-9驱动电机系统关键技术指标目标值(美国2025年计划)

表1-10和表1-11分别为我国《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中对驱动电机系统和电驱动总成所提出的关键技术指标。需要说明的是，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》所给定的数值为具体值，而表1-10和表1-11将这些数值作为下限(即用符号“≥”表示)或者上限(即用符号“≤”表示)，并且将“扭矩”改为“转矩”。

表1-10驱动电机系统关键技术指标目标值(中国)

表1-11电驱动总成关键技术指标目标值(中国)

为实现驱动电机系统的上述目标，驱动电机系统下一阶段的技术发展趋势如下：

永磁化：由于永磁驱动电机具有效率高、功率密度高等先天优势，随着永磁驱动电机设计制造技术及控制技术的日臻完善，永磁驱动电机将成为驱动电机的主流。

高速化：正如第三章将要描述的，提升电机的转速是提升功率密度和降低成本较为明显的方法。

集成化：集成化是指对电机、控制器及机械传动系统，甚至是电气系统等进行不同程度的集成，通过集成