我国电动汽车驱动电机及整车控制器状况分析

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1.驱动电机的类型和发展驱动电机是电动汽车的关键部件，直接影响整车的动力性和经济性。驱动电机主要包括DC电机和交流电机。目前，交流电机广泛应用于电动汽车，包括异步电机、开关磁阻电机和永磁电机(包括无刷DC电机和永磁同步电机)。各种类型电机的主要特性如表1所示。汽车电机的发展趋势如下:(1)永磁电机体:永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率和高可靠性的优点。中国拥有世界上最丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是中国汽车驱动电机的一个重要发展方向。 (2)电机控制的数字化:专用芯片和数字信号处理器的出现促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效地减小了系统体积。 (3)电机系统集成:通过机电集成(电机与发动机或电机与变速箱的集成)和控制器集成，有利于减轻驱动系统的重量和体积，并能有效降低系统的制造成本。 2。国外发展情况根据国外数据，近年来，交流异步电动机主要用于美国和欧洲开发的电动客车。典型国外产品的技术参数见表2。为了减轻客车的重量，大部分电机外壳都是由铸铝制成的，电机的恒功率范围很宽，最大速度达到基本速度的2-2.5倍。 近年来，日本大多数电动汽车都使用永磁同步电机。产品功率等级为3 ~ 123 kw，电机恒功率范围宽，最大速度可达基本速度的5倍。见表3。 3。中国发展现状 (1)交流异步电机驱动系统中国建立了具有自主知识产权的异步电机驱动系统开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、测试和服务体系；产品性能基本满足整车要求，大功率异步电机系统已广泛应用于各种电动客车中；通过示范运行和小规模市场应用，初步验证了产品的可靠性。 (2)开关磁阻电机驱动系统已形成优化设计和自主研发能力。通过合理设计电机结构和改进控制技术，产品性能基本满足整车要求；有些公司年生产能力为2000台，可以满足小批量配套的需求。目前，部分产品已与整车配套进行了示范运行，效果良好。 (3)无刷DC电机驱动系统国内企业通过合理的设计和控制技术的改进，有效提高了无刷DC电机产品的性能，基本满足了电动汽车的需求；具有初步的机电一体化设计能力。 (4)永磁同步电机驱动系统已形成一定的R&D和生产能力，并开发了不同系列的产品，可应用于各种电动汽车；产品的一些技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；基本具备永磁同步电机的综合设计能力；大多数公司仍处于小规模试生产阶段，少数公司已投资建设汽车驱动电机系统专用生产线。 (5)永磁电机的材料永磁电机的主要材料是钕铁硼磁钢和硅钢。一些公司已经掌握了电机转子磁铁先组装后磁化的整个磁化技术。我国研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可达280℃，但技术水平仍远远落后于德国和日本。 硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料，其成本约占电机本体的20%。它的厚度对铁的消耗有很大的影响。日本生产了0.27毫米的汽车用硅钢片，而中国只开发了0.35毫米的硅钢片。 (6)电机控制器中使用的位置/速度传感器大多是旋转变压器，目前基本上是进口产品。中国一些公司拥有R&D和旋转变压器的生产能力，但产品的精度和可靠性与国外仍有差距。Igbt基本上依赖进口，价格昂贵。国产汽车用igbt仍处于研究阶段。 4。我国驱动电机及其控制器存在的主要问题 (1)电机原材料和控制器核心部件的研发能力较弱，依赖进口，如硅钢片、电机高速轴承、位置/速度传感器、igbt模块等。进口产品的高成本影响了电机系统的产业化。 (2)我国汽车电机的机电一体化水平与国外差距很大。该控制器集成度低，体积和重量相对较大。 (3)中国汽车电机系统仍处于起步阶段，制造技术落后，缺乏自动化生产线，导致产品可靠性和一致性差。工业化规模小，成本高。 (4)目前，电动汽车驱动电机系统的国家标准很少且不完善。例如，不同类型的电机系统采用相同的测试标准，缺乏可靠性和耐久性评估方法。 车辆控制器 1。国外开发车辆控制器的开发包括软件和硬件设计。核心软件一般由汽车制造商开发，硬件和底层驱动软件可由汽车零部件制造商提供。 (1)国外车辆控制器技术趋于成熟。国外大多数汽车企业在电动汽车领域积累了足够的经验，控制策略高度成熟，整车节油效果良好。控制器产品的可靠性已被市场检验所证实。 (2)汽车电子元器件企业积极开展汽车控制器的R&D及制造。 所有汽车电子零部件巨头，如德尔福、Mainland China和博世集团，都一直在开发和生产汽车控制器。一些汽车设计公司也为汽车制造商提供汽车控制器技术解决方案，如avl、fev、ricardo等。，在电动汽车控制器领域有许多成功的案例。 (3)控制器的标准化已经引起了相关企业的关注。全球汽车制造商、零部件供应商以及电子、半导体和软件系统公司联合建立了汽车开放系统架构联盟，形成了autosar(Automobile Open System Architecture)标准，简化了开发过程，使ecu软件可复用，这是控制器发展的趋势。 2。中国发展现状在863计划中，中国的车辆控制器主要由清华大学、同济大学、北京理工大学等大学研究。目前，车辆控制器的软硬件开发能力已经初步掌握。产品功能比较齐全，基本能满足电动汽车的需求，已应用于原型车和小批量产品。一些汽车公司与外国公司合作，如fev和ricardo，吸收国外的相关技术和经验，提高自主开发能力。目前，各厂商基本掌握了汽车控制器的开发技术，但技术积累有限，水平参差不齐。 我国控制器硬件水平与国外有一定差距，产业化能力相对不足。大多数企业在推出大规模生产的电动汽车产品时，更愿意选择国外的汽车控制器硬件供应商。此外，控制器的基本硬件和开发工具基本上依赖进口。总的来说，控制器产品的技术水平和产业化能力与国外相比还有很大差距。 3。我国车辆控制器存在的主要问题 (1)应用软件大多停留在功能实现上，软件诊断功能、车辆安全控制策略和监控功能有待优化和完善。 (2)我国电动汽车正处于样机开发和示范运行阶段，基础数据库不完善，影响了汽车控制器的设计水平。 (3)一些企业可以按照V型开发流程(软件和产品开发工具)引入相关设备和软件，一般使用通用开发工具进行二次开发；现有工具侧重于早期开发，缺乏制造和售后服务工具，不利于产品的产业化开发。 (4)国内企业可以完成整车控制器的硬件结构设计，但由于国内芯片集成强度弱、制造能力差，可靠性和稳定性仍有很大提高。 (5)目前，控制器接口和网络通信协议的定义各不相同，导致控制器之间通用性和可重用性差，不利于控制器的产业化和规模化。

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