驅(qū)動(dòng)電機(jī)及系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)分析

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的總體情況

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2018年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別完成127萬(wàn)輛和125.6萬(wàn)輛，較上年同期分別增長(zhǎng)59.9%和61.7%，連續(xù)多年保持高速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)表明，汽車動(dòng)力電動(dòng)化已成為汽車行業(yè)必然趨勢(shì)，新能源汽車市場(chǎng)形勢(shì)仍將持續(xù)保持快速發(fā)展。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車核心關(guān)鍵部件，在我國(guó)“三縱三橫”的研發(fā)布局和多年國(guó)家科技項(xiàng)目的支持下，我國(guó)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)伴隨國(guó)家新能源汽車同步快速發(fā)展。

從多年來(lái)我國(guó)新能源汽車主要配套供應(yīng)商分布看，我國(guó)自主驅(qū)動(dòng)電機(jī)始終占據(jù)絕對(duì)份額，僅有極少數(shù)幾個(gè)乘用車車型采用外資企業(yè)提供的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，我國(guó)已經(jīng)形成了從驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、變速器、電驅(qū)動(dòng)總成、主要關(guān)鍵材料和關(guān)鍵器件的完整產(chǎn)業(yè)鏈，并全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

以中汽協(xié)2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，我國(guó)自主配套驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器和電驅(qū)動(dòng)總成的比例達(dá)到95%以上。從產(chǎn)業(yè)規(guī)?？?，我國(guó)新能源汽車公告中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到200余家，前20位生產(chǎn)企業(yè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器產(chǎn)品占總量的比例達(dá)到70%以上；特別是在新能源公交客車、純電動(dòng)卡車和純電動(dòng)物流車應(yīng)用領(lǐng)域，幾乎全部由本土供應(yīng)商配套。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展情況

1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)

1）高速度、高密度、高效率、低噪音和低成本是新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重點(diǎn)發(fā)展方向，扁導(dǎo)線繞組成為提升轉(zhuǎn)矩和功率密度以及效率的主要手段，是面向2020年量產(chǎn)電機(jī)的工藝路線重點(diǎn)方向之一。

近年來(lái)，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在功率密度、系統(tǒng)集成度、電機(jī)最高效率和轉(zhuǎn)速、繞組制造工藝、冷卻散熱技術(shù)等方面持續(xù)進(jìn)步，與國(guó)外先進(jìn)水平并駕齊驅(qū)；同時(shí)，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究開(kāi)始延伸至振動(dòng)噪音和鐵磁材料層面，進(jìn)一步提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)精度、工藝制造水平以及產(chǎn)品質(zhì)量。

2）在電機(jī)控制器本體技術(shù)方面，通過(guò)持續(xù)進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)與多種控制器的功能集成，我國(guó)電機(jī)控制器集成度和功率密度水平持續(xù)提升。在電機(jī)控制器產(chǎn)品方面，我國(guó)采用電力電子集成優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，將汽車級(jí)功率模塊、超薄膜電容器與復(fù)合母排、高效散熱器以及功率部件連接件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了電機(jī)控制器本體功率密度，從8kW/L提升至12~16kW/L。IGBT芯片雙面焊接與模塊雙面冷卻技術(shù)、電力電子集成技術(shù)是不斷提升電機(jī)控制器集成度、功率密度和效率的主要技術(shù)發(fā)展方向。

結(jié)合我國(guó)“十三五”科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重大專項(xiàng)實(shí)施，上海電驅(qū)動(dòng)、上海大郡、中車時(shí)代等推出了自主開(kāi)發(fā)出了車用IGBT芯片、雙面冷卻IGBT模塊封裝和高功率密度電機(jī)控制器，我國(guó)高密度電機(jī)控制器技術(shù)水平迅速追趕國(guó)際先進(jìn)水平。

3）在電驅(qū)動(dòng)總成方面，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器一體化集成，進(jìn)一步提升了電驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)的集成度，成為純電動(dòng)乘用車動(dòng)力總成技術(shù)方向之一。采用一體化電驅(qū)動(dòng)總成可省去三相交流電纜和接插件，又大幅度提升系統(tǒng)可靠性；同時(shí)，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器直接集成為通用模塊化產(chǎn)品，一方面可以進(jìn)一步降低總成體積和重量，另一方面通過(guò)集成化和精細(xì)化的匹配，提升電驅(qū)動(dòng)總成的NVH水平。 近年來(lái)，我國(guó)自主研制的應(yīng)用于乘用車的電驅(qū)動(dòng)一體化總成開(kāi)發(fā)成功并應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)新能源乘用車進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，多個(gè)企業(yè)開(kāi)發(fā)了電驅(qū)動(dòng)總成產(chǎn)品。 2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及系統(tǒng)主要技術(shù)突破點(diǎn) 1） 在高密度驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，我國(guó)主要電機(jī)研制企業(yè)如上海電驅(qū)動(dòng)、精進(jìn)電動(dòng)、中車時(shí)代電動(dòng)、蘇州匯川、安徽巨一自動(dòng)化、比亞迪、華域電動(dòng)等等紛紛開(kāi)發(fā)出功率密度達(dá)到3.8~4.6kW/kg的樣機(jī)和產(chǎn)品，最高轉(zhuǎn)速達(dá)13000~16000pm，并實(shí)現(xiàn)了電驅(qū)動(dòng)一體化集成，電機(jī)冷卻方式涵蓋水冷和油冷多種類型，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 同時(shí)，華域汽車為上汽EDU二代電驅(qū)動(dòng)總成和純電動(dòng)汽車平臺(tái)配套驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用扁導(dǎo)線，同時(shí)與麥格納成立合資公司為大眾MEB平臺(tái)配套扁導(dǎo)線感應(yīng)電機(jī)；精進(jìn)電動(dòng)依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)開(kāi)發(fā)了高速乘用車扁導(dǎo)線電機(jī)樣機(jī)；上海電驅(qū)動(dòng)將扁導(dǎo)線技術(shù)應(yīng)用于48VBSG電機(jī)總成，為上汽通用混合動(dòng)力汽車配套。 另外，精進(jìn)電動(dòng)還開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)矩密度達(dá)到20.3Nm/kg的商用車直驅(qū)電機(jī)，北京佩特來(lái)應(yīng)用扁導(dǎo)線技術(shù)開(kāi)發(fā)了3500Nm外轉(zhuǎn)子直驅(qū)電機(jī)，天津松正、菲仕電機(jī)也報(bào)到開(kāi)發(fā)出了商用車扁導(dǎo)線直驅(qū)電機(jī)，我國(guó)商用車電機(jī)技術(shù)水平總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 2） 在高密度電機(jī)控制器方面，上海電驅(qū)動(dòng)聯(lián)合上海道之，采用芯片雙面焊接工藝和電力電子功率組件的直焊互連工藝，研制出峰值功率125kW高密度電機(jī)控制器，30s功率密度達(dá)到17.5kW/L，10s峰值功率密度達(dá)到23.1kW/L；中車時(shí)代電氣采用自主IGBT芯片、雙面焊接與雙面冷卻技術(shù)、自主驅(qū)動(dòng)芯片和電力電子集成封裝技術(shù)，開(kāi)發(fā)出600A/750V雙面散熱模塊及組件產(chǎn)品，基于雙核MCU（微處理器）芯片開(kāi)發(fā)出功率密度達(dá)到20kW/L以上的電機(jī)控制器；上海大郡聯(lián)合上海道之采用雙面焊接模塊與雙面水冷結(jié)構(gòu)，通過(guò)功率組件的模塊化組合，開(kāi)發(fā)出輸入功率達(dá)到260kW，電機(jī)控制器功率密度達(dá)到23.5kW/L，雙電機(jī)控制器與國(guó)外同類雙控制器產(chǎn)品相比較，功率密度指標(biāo)相當(dāng)。

3） 在電驅(qū)動(dòng)總成方面，上海電驅(qū)動(dòng)、精進(jìn)電動(dòng)、中車時(shí)代、匯川技術(shù)、上海大郡、巨一自動(dòng)化、深圳比亞迪等均開(kāi)發(fā)了集成電機(jī)、控制器和減速器的一體化總成，總成峰值 功率95~150kW，總成輸出轉(zhuǎn)矩3200~3900Nm，總成輸出轉(zhuǎn)速1200~1500rpm。

同時(shí)，我國(guó)重慶青山、株洲歐格瑞、上海汽車變速器等已開(kāi)發(fā)出了最高轉(zhuǎn)速12000rpm的高速減速器。其中，上汽變速器開(kāi)發(fā)了最高轉(zhuǎn)速達(dá)到16000rpm高速減速器，我國(guó)高速減速器（大于12000rpm）技術(shù)和產(chǎn)品正在快速追趕國(guó)外先進(jìn)水平。

4） 在輪轂電機(jī)自主開(kāi)發(fā)方面，中國(guó)汽車工程研究院與上海電驅(qū)動(dòng)合作，聯(lián)合開(kāi)發(fā)電動(dòng)輪總成樣機(jī)，采用拼快式定子鐵心、超短端部繞線和雙面水冷結(jié)構(gòu)技術(shù)，轉(zhuǎn)矩密度達(dá)到20.6Nm/kg，功率密度達(dá)到2.1kW/kg，相同功率和轉(zhuǎn)矩指標(biāo)的電機(jī)重量和尺寸均減輕30%以上。

在商用車電動(dòng)輪領(lǐng)域，深圳比亞迪、宇通客車、安凱客車先后研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化輪邊和輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新能源客車，在新能源客車應(yīng)用方面取得了良好的效果。同時(shí)，我國(guó)在輪轂電機(jī)和電動(dòng)輪方面的產(chǎn)業(yè)并購(gòu)加快，浙江亞太機(jī)電、浙江萬(wàn)安科技、湖北泰特機(jī)電等多家企業(yè)與國(guó)外廠商通過(guò)合資，快速推動(dòng)分布式驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5） 在驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈方面，我國(guó)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟持續(xù)發(fā)展，聯(lián)盟產(chǎn)品涵蓋了硅鋼、磁鋼、絕緣材料、高速軸承、IGBT器件、碳化硅器件、膜電容器、傳感器、集成芯片等關(guān)鍵上游材料和器件，聯(lián)盟在高密度電機(jī)控制器、全碳化硅電機(jī)控制器、高密度驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電驅(qū)動(dòng)總成等方面取得進(jìn)展，在核心零部件方面推動(dòng)研發(fā)與驗(yàn)證，有望進(jìn)一步提升我國(guó)零部件自主競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)差距及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從國(guó)內(nèi)外新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，朝著集成一體化、永磁高效化、數(shù)字智能化方向發(fā)展，并根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器本體技術(shù)方向，分解為不同技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域。

1、 在驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，以不斷提高材料利用率、不斷提升電機(jī)與整車工況效率匹配以及提升電機(jī)品質(zhì)和降低成本為主要技術(shù)發(fā)展方向。我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在功率密度、轉(zhuǎn)速、效率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外相當(dāng)，在扁導(dǎo)線制造工藝方面有一定積累；同時(shí)加大低重稀土永磁材料、耐電暈?zāi)透邷亟^緣材料、高強(qiáng)度高熱導(dǎo)耐高溫絕緣材料及骨架、直接油冷電機(jī)材料的兼容性、高導(dǎo)磁低損耗材料替代應(yīng)用問(wèn)題的研究。

2、 在電機(jī)控制器方面，技術(shù)發(fā)展方向是更高功率密度和更高效率，雙面焊接與單面/雙面冷卻是電機(jī)控制器主流封裝工藝技術(shù)；我國(guó)如嘉興斯達(dá)（上海道之）、中車時(shí)代電動(dòng)、深圳比亞迪等在IGBT功率模塊封裝、控制器系統(tǒng)級(jí)工程化集成能力提升很快，部分自主IGBT模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。電力電子晶圓和芯片、相關(guān)集成電路（IC）等方面材料、技術(shù)和工藝、產(chǎn)品有待加強(qiáng)，在國(guó)產(chǎn)IGBT晶圓應(yīng)用方面我國(guó)正在加速推進(jìn)。

3、 電驅(qū)動(dòng)一體化總成是乘用車領(lǐng)域一個(gè)明確的產(chǎn)品發(fā)展方向，我國(guó)起步與國(guó)外基本同步，我國(guó)有多個(gè)企業(yè)推出了電驅(qū)動(dòng)總成產(chǎn)品，上海汽車變速器研發(fā)了16000rpm高速減速器樣機(jī)，我國(guó)需要加快自主高速減速器及其軸承、齒輪等配套關(guān)鍵零部件開(kāi)發(fā)，并強(qiáng)化電機(jī)和減速器的深度集成。同時(shí)，新能源乘用車電力電子總成以DCDC變換器、AC/DC車載充電機(jī)以及高壓配電單元（PDU）的集成化為另一個(gè)總成方向。

4、 輪轂電動(dòng)輪依然是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，輪轂電機(jī)發(fā)展需要從電動(dòng)輪總成角度進(jìn)行集成開(kāi)發(fā)。輪轂電機(jī)集成、安全與控制問(wèn)題仍是瓶頸技術(shù)，輪轂電機(jī)作為一個(gè)技術(shù)方向需持續(xù)關(guān)注和增加研究投入。輪轂電機(jī)在商用車（公交客車）和特種車輛（低速多輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛）應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始起步，但輪轂電機(jī)在高速乘用車的工程化及批量應(yīng)用仍需要較長(zhǎng)時(shí)間。

審核編輯：郭婷