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独家丨蔡蔚: 我国新能源汽车电驱动系统技术与制造路线图

 刘真合 2016-08-19

发展新能源汽车势在必行

  中国发展新能源汽车具有重大战略意义:缓解能源压力、缓解空气污染、改变自主产业链与培育新的经济增长点。当前情况下,环境对燃油经济性和碳排放都施加了很大的压力,世界交通运输CO2碳排量占23%,公路相关车辆占17%。世界各国对此也都做出了承诺。中国:到2020年单位国民生产总值CO2排放总量比2005年下降40%-45%;美国:2020年CO2排放总量要减少17-26%。投资近40亿美元开发混合动力汽车及高效电池等;欧盟:2020年CO2排放总量要减少20-26%,专门制定低碳交通创新战略。可见,中国的承诺能否实现是世界环境保护的关键点。同时,燃油经济性法规与规划的出台不断地推动汽车电动化。如果没有汽车电动化,现存汽车技术不可能取得5~4升/100公里。混合动力汽车的样板第四代丰田普利斯已达百公里耗油4.25升。总之,中国在遏制碳排放方面还需要做出很大的努力。

  2015年,中国新能源汽车产销逾38万辆,产业化进展快速,可称之为爆发式增长。但政府是最大助推力,而未来的下一个推动力将会变成“碳交易”,以法规、罚款迫使传统汽车不得不转型,以此满足燃油经济性指标。

  另外,汽车电动化符合自然界定律。传统汽车动力总成与传动总成,其能量是单向转化或传递,车辆在加速过程中获得的动能,在刹车减速时只能转化成热能挥发掉,造成极大的浪费;而节能与新能源汽车动力总成可以实现能量双向转换或传递,车辆加速产生的动能或爬坡产生的势能,在刹车减速或下坡时通过电机转换成电能而储存到电池或其它储能部件中,以备驱动车辆之用,符合节能的能量守恒原理。

  发展新能源汽车还有四大动因:电驱动系统比内燃机系统结构简单、电动机比内燃机转换效率高、电驱动系统可以利用二次能源、纯电动氢燃料电池汽车可以做到零排放。

  环保是个大问题,将由国家政策、能源转型、汽车电动化共同推动。


新能源汽车战略目标

  中国新能源汽车路线图(综合目标):到2020年,乘用车新车整体油耗降至5L/100km,商用车新车油耗接近发达国家水平;到2025年,乘用车新车整体油耗拟将至4L/100km,商用车油耗达到国际先进水平;到2030年,乘用车新车整体油耗拟降至3.2 L/100km,商用车油耗达国际领先。

  到2025年,中国要成为最重要的新能源汽车市场,拥有汽车先进技术、销量全球领先,有世界知名的新能源汽车企业和品牌,有世界知名的新能源汽车产品。


新能源汽车电驱动系统

  从各种电驱动系统总成来看,电驱动系统都是核心部件,无论是混合动力、纯电动还是燃料电池车,都离不开电驱动系统。电驱动总成等效于传统汽车的“发动机+变速箱”,是新能源汽车的“心脏”,传统的发动机作用将逐步被弱化。这说明,我们发展汽车产业将不需要过度地依靠外国供应商。另外,发展电驱动系统,功率电子硬件、控制算法和软件的发展要协调同步。

  当前,动力总成的电动化程度逐步提升,汽车电动化给汽车电机带来了多样性的要求。比如,起停系统、弱混系统、强装系统、插电增程电动系统、纯电动系统等等。


节能与新能源汽车电机技术现状

  我国新能源汽车的技术水平和国际先进相比,功率密度低、最高转速低、永磁和铁芯利用率低。同时,齿轮还无法长久支撑这样的转速。虽然我们的主要原材料基本能自主研发生产,但尖端技术方面距离国际先进水平还有一定的差距,在工艺和装备方面,基础电机工艺技术基本能实现自主研发使用,但工艺及工艺设备精细程度不足,部分尖端工艺技术缺失,装配线自动化水平不高。

  技术发展的总体目标是高质量、高效率、低成本、低能耗、低排放。


几种电机比较

  永磁电机比感应电机的优势:体积小、重量轻(80-85%)、损耗低(尤其低速区,其损耗约低25%)、多极铁芯轭部薄、绕组端部短。

  目前电动车可搭载双电机系统或单电机系统。其中单电机系统推动着变速箱的革命。电机搭配变速器实现电驱动功能,市场上主流技术路线包括电机+DCT,电机+AMT,电机+CVT。

  分布式驱动的轮边电机驱动桥由高端电机组成系统。搭载的低底盘公交车满足“关爱型”城市公交的要求。超低地板,宽通道,前后贯通;整桥采用四气囊空气弹悬架,能大大提高整车的舒适性要求,同时能配合整车完成侧跪等功能;其车辆属于老年、体弱友好,轮椅友好。

  电机的发展趋势:驱动电机向高速化发展、控制器直流入端电压逐步提升、减速器向多档变速器发展。


节能与新能源汽车电机控制器技术现状及发展趋势

  我国十二五结束时,行业控制器功率密度是6-8kw/kg,所有功率开关IGBT、电容、专有电路及芯片几乎全部靠进口。

  未来的发展趋势是,1.控制器向多功能化发展,如双电机控制器+DC/DC+电泵控制器;2.控制器及软件向标准化发展,如ISO26262;3.功率半导体向第三代宽禁带演化,在5-10年内,将控制器功率密度提升4倍;4.电机和控制器向一体化发展;5.电机生产向自动化,智造化发展;6.电机绕组向矩形高槽满率发展;7.间接水冷向直接油冷发展。


部分零部件的发展

  1.驱动电机“从无到有”向“从有到优”进化;

  2.借“补贴占市场”向全球“竞争抢市场”拓展;

  3.中国高性能电机供应链面临较高技术挑战;

  4.中国电机系统的势力与现状-控制器的挑战。中国依靠进口或外资公司的部件包括:电容、IGBI/MOSFET开关管、DSP、电子芯片/集成电路;中国公司自主能力较弱的元器件有:专用电路,传感器,接插件;我国有自主能力的领域包括:电源,二极管,电感,多层线路板,绝缘线,散热器,壳体。

  总而言之,短时间内,我国电机控制器的质量和价格难具全球竞争力。

  基础产业和瓶颈产品/部件开发与制造要加倍努力。


国家“十三五”《新能源汽车》重点研发试点专项布局

  六条创新链:贯穿融合四个层次,围绕动力电池与电池管理,电机驱动与电力电子、电动汽车智能化、燃料电池动力系统、插电/增程式混合动力系统和纯电动力系统6个创新链部署38个重点研究任务。

  精进电动的目标:为汽车电动化做世界上最好的电驱动产品。

  “世界厌变,但革新却是推动进步的唯一动力。” 



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