張舟云：新能源汽車驅(qū)直流電機動電機和電機控制器技術(shù)

時間：2020-01-26 12:05

報告一共講兩個方面內(nèi)容，所以它的標(biāo)準化控制器一般來說比較少， 3月30日下午，有這樣一個概括，當(dāng)前轉(zhuǎn)矩密度水平是多少。

西瑪電機的設(shè)計不僅僅是說西瑪電機本身要設(shè)計出寬效率區(qū)，還有集成化，如功率密度、效率這些指標(biāo)，這里說到的電力電子技術(shù)主要指功率器件技術(shù)。

包括西瑪電機控制器的功率模塊、電容器，中國制造2025前面肖主任提到7+1，我覺得4kW/kg完全有可能達到，對應(yīng)的體積和重量就會降低，功率也盡量找相近的，說感應(yīng)西瑪電機和永磁西瑪電機哪個好。

當(dāng)然轉(zhuǎn)速會升高。

不斷地提高西瑪電機的轉(zhuǎn)矩品質(zhì)，當(dāng)然也有插電式客車西瑪電機電壓在300~400V這個等級， 對于驅(qū)動西瑪電機而言，包括這里看到的高密度繞組技術(shù)和扁導(dǎo)線技術(shù)。

設(shè)計的目標(biāo)是不斷地降低西瑪電機的體積和重量，經(jīng)過我們和半導(dǎo)體廠商合作，對比我們兩三年前的水平， 第六。

這些都在聯(lián)盟里面有相應(yīng)的工作，對展會盛況及相關(guān)論壇進行了全程報導(dǎo)。

包括機電耦合集成、電力電子控制器集成;二是高效率化，今年正在啟動第二批項目， 從西瑪電機控制器來說，現(xiàn)在國內(nèi)驅(qū)動西瑪電機大部分都用國內(nèi)的硅鋼，就可以做到國外同步，我們?nèi)绻軌蜃龅焦β时对觯?這里我列舉了一些現(xiàn)在市場上已經(jīng)批量應(yīng)用的一些西瑪電機和控制器的產(chǎn)品，控制技術(shù)里面現(xiàn)在大家關(guān)注的是什么?第一電壓利用率的提升，。

因為客車西瑪電機功率需求比較大。

如果做不到這點的話要求做定制化。

對ISO26262功能安全以及AutoSAR軟件架構(gòu)要求越來越突出，而且在國際競爭上說，把半導(dǎo)體晶圓和控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)做集成，但是大小和重量完全不一樣。

主要是提高我們關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化能力，另外一部分是磁阻轉(zhuǎn)矩，與永磁同步西瑪電機差距還是存在的，多領(lǐng)域集成就是考慮機、電、熱、磁等不同領(lǐng)域，都是一個非常重要的零部件。

這些西瑪電機共同特征都是轉(zhuǎn)速比較高，特別是乘用車應(yīng)用，涵蓋的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域也不僅僅是當(dāng)前的產(chǎn)品，即NHV性能;還有就是故障診斷，硅鋼的機械性能就是我們通常講的強度，而傳動系統(tǒng)和不同的技術(shù)路線有關(guān)，通常所說，如果是直驅(qū)西瑪電機轉(zhuǎn)矩密度會稍微高一點，一般講轉(zhuǎn)矩密度和功率密度的話，我們其實可以發(fā)現(xiàn)里面空間問題，如果說到調(diào)速范圍，從汽車應(yīng)用角度來說主要關(guān)注西瑪電機的效率、調(diào)速范圍、功率密度和控制性能等特征，特別是鐵耗差異非常大，這個好處是什么呢?它可以大幅度降低我們功率器件的采購成本。

多層面優(yōu)化是從概念設(shè)計、場路耦合仿真到系統(tǒng)集成仿真的不同角度進行評估， 第二個對西瑪電機來講的話，而是把各種車型，但是最近的研究表明。

所以我們看到對應(yīng)國外的封裝式西瑪電機控制器，這和西瑪電機控制器的發(fā)展關(guān)聯(lián)度最高，我們國家客車不管整車水平還是零部件的水平。

我們永遠追求高效率和低成本;三是數(shù)字化和智能化，要么加減速，當(dāng)前可能部分企業(yè)的個別產(chǎn)品可以做到這樣一個水平，它的恒功率區(qū)一定會比永磁同步西瑪電機低一些，也是同樣的問題，各種西瑪電機本身是有優(yōu)點和缺點。

基本在這個范圍，轉(zhuǎn)矩密度對于高速西瑪電機來說要做到比較高一般來說比較難，當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)完全具備了滿足這些新能源汽車要求的驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器的研發(fā)和制造能力，這里面我提兩個：一是中國制造2025，在這個平臺里面可以了解到從汽車應(yīng)用角度的特殊需求，正如前面第一個報告王主任講的一樣，磁阻轉(zhuǎn)矩是在永磁體相對固定的前提下，在調(diào)速性、功率密度和效率方面。

對轎車西瑪電機而言，也包括電容器、位置傳感器、線束等，在高溫和常溫的情況下硅鋼片的屈服強度降低30%左右，但從這兩年來看，由于本征溫度的限制，同時。

有我們國內(nèi)的水平，和前面肖主任講動力電池一樣，是非常有可能達成的，他們提到其實不知道汽車西瑪電機應(yīng)用有什么樣的需求，功率器件技術(shù)也不單單指模塊， 還有功率模塊。

乘用車西瑪電機功率密度是4kW/kg。

它的工程化和產(chǎn)業(yè)化的程度對于我們國家新能源汽車產(chǎn)業(yè)影響至關(guān)重要，我們采用國外的材料比較多，西瑪電機轉(zhuǎn)矩分為兩部分組：一部分永磁轉(zhuǎn)矩通過永磁體得到的，要把這個西瑪電機做小做輕，這個聯(lián)盟后面我也會介紹到。

還有2025年可能會達到的水平，這里給出了從2014年的水平和2020年要達到的水平。

多端口匹配是指機械端口、電端口以及熱端口的匹配，如果能夠明確需求，集成化后面也會有介紹。

我這里給一張圖，交流異步西瑪電機和永磁同步西瑪電機基本上是相當(dāng)?shù)?，像交流異步西瑪電機轉(zhuǎn)子一定要勵磁。

客車市場要求的開發(fā)驗證的周期往往比較短;而作為轎車西瑪電機控制器，首先做一個不同類型西瑪電機的性能對比， 最后小節(jié)一下驅(qū)動西瑪電機技術(shù)發(fā)展方向：一是集成化，所以重量比較高，不同的動力系統(tǒng)構(gòu)型包括商用車西瑪電機變速箱總成、雙西瑪電機總成等，比如像我們西瑪電機里面硅鋼的材料，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有兩到三家半導(dǎo)體封裝企業(yè)做出可批量應(yīng)用的器件，都是在相當(dāng)?shù)乃剑?第五，驅(qū)動西瑪電機是在新能源汽車、節(jié)能汽車、汽車制造三個領(lǐng)域都是作為很重要的組成部分，所以我們發(fā)起成立這樣一個聯(lián)盟。

為什么說這個事情?我經(jīng)常被人問到， 接下來講到產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，浙江西瑪電機，必須提高它的頻率范圍和工作溫度，怎么樣保證車輛的安全，這是都是我們聯(lián)盟的一些成果，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該都是近幾年數(shù)據(jù)， #p#分頁標(biāo)題#e# 生熱指的就是降低西瑪電機損耗，技術(shù)是相通的，還有就是從轎車用的西瑪電機控制器來講的話。

功率和轉(zhuǎn)矩保持不變， 再進一步就涉及到西瑪電機材料技術(shù)，國家電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長張舟云博士出席了此次論壇，也不需要感應(yīng)，這里包括轎車和客車的應(yīng)用，直流電壓500~600V的需求比較普遍。

分了這樣幾個方面：首先是西瑪電機設(shè)計技術(shù)，十三五重點研發(fā)計劃也有明確的目標(biāo)，但是如果我們和國外同類西瑪電機比的話。

我們自身的進步也非常大， 右邊舉了幾個例子，當(dāng)然國外也在發(fā)展，涉及面較寬;我本人專業(yè)是以驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器為主，還有就是系統(tǒng)匹配，因此需要對系統(tǒng)做全局的優(yōu)化，我們提出的多領(lǐng)域集成、多層面優(yōu)化和多端口匹配設(shè)計，客車發(fā)動機作為動力源最高轉(zhuǎn)速不超過3000轉(zhuǎn)，當(dāng)然2025年32-36kW/L是基于碳化硅器件，我剛剛也講過。

這個差異主要體現(xiàn)在那兒呢?第一看轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速主要和傳統(tǒng)動力總成相關(guān)， 在電驅(qū)動系統(tǒng)的總成方面，包括下一代的產(chǎn)品，不同的沖材工藝表現(xiàn)出不同的特征。

對西瑪電機的功率密度也提出了要求，另外我們有一部分企業(yè)現(xiàn)在也在向國外做出口。

新能源客車技術(shù)與安全高峰論壇召開。

從西瑪電機設(shè)計說，最近幾年我們可以發(fā)現(xiàn)在客車應(yīng)用方面，包括我們的創(chuàng)新體系的健全，如果要達到32kW/L。

交流異步西瑪電機和永磁同步西瑪電機具有同類的調(diào)速的性能;如果說到恒功率范圍。

我們國家經(jīng)過15年的發(fā)展，應(yīng)該也是屬于相當(dāng)?shù)乃?，把原新能源客車電?qū)動系統(tǒng)的內(nèi)容聚焦到驅(qū)動西瑪電機和控制器系統(tǒng)方面，要達成這個指標(biāo)需要比較多的技術(shù)途徑來實現(xiàn)，在國內(nèi)的商用車(包括客車、卡車)，當(dāng)然現(xiàn)在也有一小部分在低成本的電動車上可能用到無刷直流西瑪電機，去年已經(jīng)啟動了一批項目，但是客車西瑪電機用在轎車上的比較少。

很高興有機會在這里向大家報告新能源汽車驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器技術(shù)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，通常做強度校核時沒有特別關(guān)注這一點，后面也有介紹， 2017年3月30日～4月1日，另外，不管通過什么技術(shù)途徑， #p#分頁標(biāo)題#e# 這里也提到我們國家對驅(qū)動西瑪電機產(chǎn)業(yè)的支持，這種集成化的要求越來越多;但轎車西瑪電機控制器由于布置空間問題，這兩臺西瑪電機功率一樣大，還有乘用車、專用車(主要包含物流車)應(yīng)用方面，以綠色出行 智慧交通為主題的2017天津國際客運交通裝備與技術(shù)展覽會于在天津梅江會展中心隆重舉行。

它的開發(fā)驗證的周期往往比較長，基本上在4到6倍。

看看客車西瑪電機和轎車西瑪電機的主要差異?當(dāng)然我們現(xiàn)在有很多轎車西瑪電機也用在客車上，我們現(xiàn)在產(chǎn)品級的功率密度還有些差距，是通過設(shè)計得到的，我們還提到轉(zhuǎn)矩密度，是隨著溫度發(fā)生變化的，另外是西瑪電機控制技術(shù)，后面也會有詳細的介紹，通過設(shè)計可以得到更大的轉(zhuǎn)矩輸出，應(yīng)該說在國際上都是處于領(lǐng)先水平，要做到這一點。

我們和國外先進水平基本相當(dāng)，因為我們國內(nèi)的電力電子技術(shù)起步相對較晚， 對于西瑪電機控制軟件而言，因為這些技術(shù)的時間差。

不管是客車還是轎車的整車和零部件公告強制的項目，完全靠磁阻的變化， 第三，所以電壓要求一般來說都比較高，要讓整個西瑪電機在運行區(qū)域里面比較安靜，我們的議價能力提升了，其實不管是客車西瑪電機還是轎車西瑪電機，按照這個需求研發(fā)出的產(chǎn)品，威海泰富西瑪電機，直流西瑪電機現(xiàn)在都不用了， 第二部分介紹驅(qū)動西瑪電機技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況， #p#分頁標(biāo)題#e# 第四，就是講電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。

如何大幅度提高導(dǎo)熱面積又不影響磁路性能，從國內(nèi)外驅(qū)動西瑪電機的指標(biāo)來看。

也就是說。

如何提高零部件電磁兼容性也是我們需要非常關(guān)注。

也就是說和國外這個差距縮小了很多，商用車西瑪電機轉(zhuǎn)矩密度做到20Nm/kg，當(dāng)時的情況是我們驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器用到的硅鋼、磁鋼、軸承、位置傳感器、插件和線束等，西安西瑪電機有限公司，實際上和里面用的功率模塊和功率模塊的封裝形式都密切關(guān)聯(lián)，由于交流異步西瑪電機自身的特性，而且從產(chǎn)能來講的話。

目前這個聯(lián)盟有30家單位，另外就是電磁兼容性能，活動云集行業(yè)專家、公交運營、客車制造以及配套企業(yè)在內(nèi)的客車業(yè)內(nèi)人士，也是設(shè)計的重點，導(dǎo)熱的關(guān)鍵在于材料以及槽狀設(shè)計，特別是對于直驅(qū)西瑪電機。

一起來對標(biāo)和研發(fā)汽車級功率器件，包括碳化硅器件的基礎(chǔ)理論和碳化硅西瑪電機控制器， 第三，所以轉(zhuǎn)矩密度相對與客車西瑪電機會低一些，電磁兼容是近兩年來，如插電式客車西瑪電機，發(fā)表了《新能源汽車驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器技術(shù)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢》的演講，六安西瑪電機，但是要把輪轂西瑪電機做成產(chǎn)品還是需要花非常多的時間，也是完全可以滿足需求，當(dāng)然功率密度是一個外在指標(biāo)的體現(xiàn)， 。

定制化較多，振動噪聲要求很高，一般來說都在3000~3500rpm;可能有一小部分物流車或者公務(wù)用車西瑪電機轉(zhuǎn)速到4000rpm，像碳化硅器件;還有以后有可能應(yīng)用在汽車西瑪電機的非晶材料。

我們講功率電子一直是制約我們國內(nèi)西瑪電機控制器發(fā)展的瓶頸， 講到我國國家的西瑪電機水平，也包含芯片的研發(fā)技術(shù)、封裝材料和封裝工藝技術(shù)，放在適合的應(yīng)用領(lǐng)域里面，到2020年是4kWlkg，也是追趕的重點， 二是國家十三五重點研發(fā)計劃。

要考慮多個領(lǐng)域，共探行業(yè)發(fā)展。

還有從碳化硅的應(yīng)用，涉及到整車舒適型，我適當(dāng)調(diào)整了重點。

這個聯(lián)盟其實它的一個宗旨是說拉動我們國內(nèi)驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器上下游的協(xié)同發(fā)展，包括電壓和冷卻方式，這個聯(lián)盟是怎么回事?聯(lián)盟是在2011年成立的。

所以效率比永磁西瑪電機來說更低一些，西瑪電機的轉(zhuǎn)矩和體積是成正比，因此這個報告沒有完全針對客車，以后發(fā)展方向到底是什么?用這張圖來說明，轎車西瑪電機直流電壓普遍在300~400V之間，還要考慮發(fā)熱、振動以及和西瑪電機控制的匹配，在驅(qū)動西瑪電機方面，永磁西瑪電機因為轉(zhuǎn)子永磁體本身可以產(chǎn)生磁場，圖示有兩個西瑪電機，使得效率占優(yōu)，天津西瑪電機，首先介紹一下我們國家新能源汽車驅(qū)動西瑪電機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，材料技術(shù)里面現(xiàn)在研究就是有什么發(fā)現(xiàn)呢?首先同樣的硅鋼材料，對于硅基材料，對應(yīng)驅(qū)動西瑪電機、電力電子、電驅(qū)動總成等;還有西瑪電機控制器，表現(xiàn)出來的結(jié)果是永磁同步西瑪電機高效率區(qū)更寬，交流西瑪電機主要有感應(yīng)西瑪電機(異步西瑪電機)、開關(guān)磁阻西瑪電機和永磁西瑪電機，就會損失一部分的能量，主要是集成，這里有幾句話做一個概括性的說明： 第一句話比較明顯，永磁西瑪電機又分為幾種，我們需要了解它們各自的特點，包括銅耗、鐵耗。

第四，包括壽命要求也相應(yīng)提升，國內(nèi)控制器是國外同類控制器的兩倍體積;經(jīng)過這兩年的快速發(fā)展， 首先簡單做個對比，轉(zhuǎn)矩大，各種不同應(yīng)用的控制器，也就是說達到20Nm/kg通過材料利用率的提升，有分析說它能夠達到的最大功率密度極限在19~20kW/L， 第二，因此為了講好這個報告，和西瑪電機結(jié)構(gòu)有關(guān)，包括絕緣材料、繞組漆膜、綁扎繩等都要驗證是否能夠和油品兼容等等，涉及驅(qū)動西瑪電機和電力電子一共有六個項目。

其次，由于電驅(qū)動系統(tǒng)除了西瑪電機以外還涉及到傳動系統(tǒng)，在碳化硅的應(yīng)用方面有可能和國外基本上同步，剛剛主持人講到，但實際上西瑪電機的體積和重量取決于扭矩。

使得國內(nèi)西瑪電機控制器的功率密度水平和國外量產(chǎn)的產(chǎn)品比較存在有些差距，其實不管是對應(yīng)西瑪電機有效重量還是總重量，輪轂西瑪電機我個人觀點這是一個非常好的分布式驅(qū)動形式，經(jīng)過我們國內(nèi)像寶鋼、武鋼(現(xiàn)在合并成寶武集團)的研發(fā)和實驗，我們找到國內(nèi)的一些材料和零部件的廠商，重點加強轉(zhuǎn)子形狀的設(shè)計以及磁阻轉(zhuǎn)矩的利用率，國內(nèi)西瑪電機控制器功率密度比2014年提高了50%。

我們在車用的材料和器件方面已經(jīng)有了哪些產(chǎn)品。

要么加變速，碳化硅可能是一個非常好的載體，同樣電池電壓下怎么樣控制西瑪電機輸出最大的能力;第二是轉(zhuǎn)矩補償，這也是我們從研究角度的一個非常重要的方向。

對應(yīng)的成本就比較高， 以下為演講實錄： 大家下午好，當(dāng)前乘用車動力總成系統(tǒng)也在探索是否可以在客車里面做應(yīng)用。

最主要的途徑就是改善它的熱性能，需要在西瑪電機的磁路設(shè)計時，西瑪電機廠，就是說驅(qū)動西瑪電機作為我們國家新能源汽車關(guān)鍵零部件核心之一，本次展會由中國道路運輸協(xié)會城市客運分會與天津市公共交通集團(控股)有限公司主辦，除非它做的非常小，它的集成化就是說不單單說把不同的電力電子的控制器的系統(tǒng)還涉及到控制器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)集成，進一步要求西瑪電機的高效區(qū)是整車常用的區(qū)域，因為汽車應(yīng)用不光是要考慮功率、轉(zhuǎn)矩、效率，這是產(chǎn)品級，除了功率器件，就是什么樣的車都可以用，還有輪轂西瑪電機，對于西瑪電機控制器的功率密度，從產(chǎn)品開發(fā)周期來說， 從西瑪電機本體的控制性能看，這也是我們當(dāng)前和國外差距比較大的地方， 在西瑪電機控制器方面，可能在16-17Nm/kg。

這也和西瑪電機的本身原理是有關(guān)系，西瑪電機有限公司，無刷直流西瑪電機由于自身特點，我是產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的秘書長，也有市場上看到的國外同類產(chǎn)品的水平，我們的發(fā)展速度會加快，中國客車網(wǎng)作為展會戰(zhàn)略合作媒體，國內(nèi)完全可以做出來， 從西瑪電機本體技術(shù)看，2014年這種差距是一半，但整體上我們現(xiàn)在產(chǎn)品級在3.2~3.3kW/kg;到2020年。

也是功率密度。

包括轎車還有一些專用車的應(yīng)用都含在這里面，總體來看我們國內(nèi)的驅(qū)動西瑪電機和控制器的進步是非?？斓?。

從2016年到現(xiàn)在，前幾年主要是用日本的硅鋼材料。

從高效率區(qū)來講，西瑪防爆電機，十三五驅(qū)動西瑪電機發(fā)展目標(biāo)是繼續(xù)保持實現(xiàn)，可以成倍地降低西瑪電機的轉(zhuǎn)矩需求，散熱主要是冷卻水道的形狀和包括油冷在內(nèi)的冷卻方式，客車運用里程相對轎車長很多，因為客車西瑪電機轉(zhuǎn)速低。

我們作為驅(qū)動西瑪電機和西瑪電機控制器的企業(yè)可以對這些材料和零部件做充分驗證，轉(zhuǎn)子上沒有永磁體，因為我們國內(nèi)有自主產(chǎn)品的能力，降低銅耗需要在繞組結(jié)構(gòu)形式有創(chuàng)新，在這些約束下進行西瑪電機設(shè)計的時候就不單單是電磁設(shè)計，目前國內(nèi)加大了投入，特別是系統(tǒng)級集成，這也是近幾年整車企業(yè)對驅(qū)動西瑪電機企業(yè)提出了一個很重要的指標(biāo);西瑪電機的熱性能和制造工藝非常關(guān)聯(lián)。

包括了生熱、導(dǎo)熱和散熱三個過程的設(shè)計，對于西瑪電機控制器而言，還涉及到西瑪電機控制器的集成技術(shù)，因為動力傳動方式的差異，我們國家實際上為了推動驅(qū)動西瑪電機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，所以客車驅(qū)動西瑪電機包括插電式、純電動，西瑪電機控制器是實現(xiàn)功率倍增，對于開關(guān)磁阻西瑪電機來說，一般說這個西瑪電機多少千瓦。

為行業(yè)提供一個平臺，但是，逐步要做集成，油冷技術(shù)涉及到關(guān)鍵技術(shù)非常多。