中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器行業(yè)分析

1、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器行業(yè)分析韓玉浚2010/10/18驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器 1. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型及其發(fā)展驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件，直接影響整車(chē)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性。驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要包括直流電機(jī)和交流電機(jī)。目前電動(dòng)汽車(chē)廣泛使用交流電機(jī)，主要包括：異步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和永磁電機(jī)（包括無(wú)刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)）。各類(lèi)型電機(jī)主要特點(diǎn)見(jiàn)表1。車(chē)用電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下：(1)電機(jī)本體永磁化：永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機(jī)是我國(guó)車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要發(fā)展方向。(2)電機(jī)控制數(shù)字化：專(zhuān)用芯片及數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，促進(jìn)了電機(jī)控制器

2、的數(shù)字化，提高了電機(jī)系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積。(3)電機(jī)系統(tǒng)集成化：通過(guò)機(jī)電集成（電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)集成或電機(jī)與變速箱集成）和控制器集成，有利于減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本。2. 國(guó)外發(fā)展情況根據(jù)國(guó)外資料介紹近年來(lái)美、歐開(kāi)發(fā)的電動(dòng)客車(chē)多采用交流異步電機(jī)，國(guó)外典型產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)表2。為了降低車(chē)重，電機(jī)殼體大多采用鑄鋁材料，電機(jī)恒功率范圍較寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)基速的22.5倍。日本近年來(lái)問(wèn)世的電動(dòng)汽車(chē)大多采用永磁同步電機(jī)。產(chǎn)品功率等級(jí)覆蓋3123kW，電機(jī)恒功率范圍很寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)基速的5倍。日本近幾年開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)概況見(jiàn)表3。3. 我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀(1)交流異步電機(jī)驅(qū)

3、動(dòng)系統(tǒng)我國(guó)已建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，形成了小批量生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)、制造、試驗(yàn)及服務(wù)體系；產(chǎn)品性能基本滿(mǎn)足整車(chē)需求，大功率異步電機(jī)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電動(dòng)客車(chē)；通過(guò)示范運(yùn)行和小規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用，產(chǎn)品可靠性得到了初步驗(yàn)證。(2)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已形成優(yōu)化設(shè)計(jì)和自主研發(fā)能力，通過(guò)合理設(shè)計(jì)電機(jī)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)控制技術(shù)，產(chǎn)品性能基本滿(mǎn)足整車(chē)需求；部分公司已具備年產(chǎn)2000套的生產(chǎn)能力，能滿(mǎn)足小批量配套需求，目前部分產(chǎn)品已配套整車(chē)示范運(yùn)行，效果良好。(3)無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)合理設(shè)計(jì)及改進(jìn)控制技術(shù)，有效提高了無(wú)刷直流電機(jī)產(chǎn)品性能，基本滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)需求；已初步具有機(jī)電一體化設(shè)計(jì)能

4、力。(4)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已形成了一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力，開(kāi)發(fā)了不同系列產(chǎn)品，可應(yīng)用于各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)；產(chǎn)品部分技術(shù)指標(biāo)接近國(guó)際先進(jìn)水平，但總體水平與國(guó)外仍有一定差距；基本具備永磁同步電機(jī)集成化設(shè)計(jì)能力；多數(shù)公司仍處于小規(guī)模試制生產(chǎn)，少數(shù)公司已投資建立車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)。(5)永磁電機(jī)材料永磁電機(jī)的主要材料有釹鐵硼磁鋼、硅鋼等。部分公司掌握了電機(jī)轉(zhuǎn)子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術(shù)。國(guó)內(nèi)研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達(dá)280，但技術(shù)水平仍與德國(guó)和日本有較大差距。硅鋼是制造電機(jī)鐵芯的重要磁性材料，其成本占電機(jī)本體的20%左右，其厚度對(duì)鐵耗有較大影響，日本已生產(chǎn)出0.27mm硅鋼片用于車(chē)用電

5、機(jī)，我國(guó)僅開(kāi)發(fā)出0.35mm硅鋼片。(6)電機(jī)控制器關(guān)鍵部件電機(jī)控制器用位置轉(zhuǎn)速傳感器多為旋轉(zhuǎn)變壓器，目前基本采用進(jìn)口產(chǎn)品，我國(guó)部分公司已具備旋轉(zhuǎn)變壓器的研發(fā)生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品精度、可靠性與國(guó)外仍有差距。IGBT基本依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格昂貴，國(guó)產(chǎn)車(chē)用IGBT尚處于研究階段。4. 我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器存在的主要問(wèn)題 (1)電機(jī)原材料、控制器核心部件研發(fā)能力較弱，依賴(lài)進(jìn)口，如硅鋼片、電機(jī)高速軸承、位置轉(zhuǎn)速傳感器、IGBT模塊等。進(jìn)口產(chǎn)品成本高，影響電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。(2)我國(guó)車(chē)用電機(jī)的機(jī)電集成水平與國(guó)外差距較大?？刂破骷啥容^低，體積、重量相對(duì)偏大。(3)我國(guó)車(chē)用電機(jī)系統(tǒng)尚處于起步階段，制造工藝水平落后，

6、缺乏自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，造成產(chǎn)品可靠性、一致性差。產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較小，成本較高。(4)現(xiàn)階段國(guó)家出臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)較少，且不完善。如：不同類(lèi)型電機(jī)系統(tǒng)采用同一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可靠性、耐久性評(píng)價(jià)方法等。整車(chē)控制器 1. 國(guó)外發(fā)展情況整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)包括軟、硬件設(shè)計(jì)。核心軟件一般由整車(chē)廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動(dòng)軟件可選擇由汽車(chē)零部件廠商提供。(1)國(guó)外整車(chē)控制器技術(shù)趨于成熟國(guó)外大部分汽車(chē)企業(yè)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域積累充足，控制策略成熟度高，整車(chē)節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)證實(shí)了其可靠性。(2)汽車(chē)電子零部件企業(yè)積極開(kāi)展整車(chē)控制器研發(fā)和生產(chǎn)制造。各汽車(chē)電子零部件巨頭，如德?tīng)柛！⒋箨?、博世集團(tuán)都紛紛進(jìn)行整

7、車(chē)控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車(chē)設(shè)計(jì)公司也為整車(chē)廠提供整車(chē)控制器技術(shù)方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器領(lǐng)域也有不少成功的案例。(3)控制器日趨標(biāo)準(zhǔn)化控制器的標(biāo)準(zhǔn)化已引起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車(chē)制造商、部件供應(yīng)商及電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟，形成了AUTOSAR（汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程并使ECU軟件具有復(fù)用性，是控制器開(kāi)發(fā)的一個(gè)趨勢(shì)。2. 我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀“863”計(jì)劃中我國(guó)整車(chē)控制器主要是以高校為依托進(jìn)行研究，如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)等，目前已初步掌握了整車(chē)控制器的軟、硬件開(kāi)發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，基本可以滿(mǎn)足電

8、動(dòng)汽車(chē)需求，已經(jīng)應(yīng)用到樣車(chē)及小批量產(chǎn)品上。部分整車(chē)企業(yè)與國(guó)外公司進(jìn)行合作，如FEV、RICARDO。通過(guò)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，吸收國(guó)外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)自主開(kāi)發(fā)能力。目前各廠家基本掌握整車(chē)控制器開(kāi)發(fā)技術(shù)，但技術(shù)積累有限，水平參差不齊。我國(guó)控制器硬件水平與國(guó)外存在一定差距，產(chǎn)業(yè)化能力相對(duì)不足。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品時(shí)更傾向于選擇國(guó)外整車(chē)控制器硬件供應(yīng)商。另外，控制器基礎(chǔ)硬件、開(kāi)發(fā)工具等基本依賴(lài)進(jìn)口?？傮w來(lái)講，控制器產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化能力與國(guó)外仍有較大差距。3. 我國(guó)整車(chē)控制器存在的主要問(wèn)題(1)應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實(shí)現(xiàn)，軟件診斷功能、整車(chē)安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化和提高。(2)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)處于樣車(chē)研發(fā)和示范運(yùn)行階段，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)不完善，影響整車(chē)控制器設(shè)計(jì)水平。(3)部分企業(yè)能根據(jù)V型開(kāi)發(fā)流程（一種軟件和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具）引進(jìn)相關(guān)的設(shè)備和軟件，普遍使用通用開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前期開(kāi)發(fā)，缺少用于生產(chǎn)制造和售后服務(wù)的工具，不利于