編者語：電動汽車用電機驅(qū)動系統(tǒng)不同于普通的風機、水泵等工業(yè)應(yīng)用。受到車輛空間限制和使用環(huán)境的約束，汽車要求電機驅(qū)動系統(tǒng)有更高的性能，體積重量比密度更高等。為滿足以上嚴格甚至苛刻的要求，車用電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢基本可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。
汽車要求電機驅(qū)動系統(tǒng)有更高的性能，更高的體積重量比密度，更高的耐受環(huán)境溫度范圍，并且能經(jīng)受高強度的振動以及更低成本等。為滿足以上嚴格甚至苛刻的要求，車用電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢基本可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。
電動汽車用電機驅(qū)動系統(tǒng)不同于普通的風機、水泵等工業(yè)應(yīng)用。受到車輛空間限制和使用環(huán)境的約束，汽車要求電機驅(qū)動系統(tǒng)有更高的性能，體積重量比密度更高，耐受環(huán)境溫度范圍更高(冷卻液入口溫度>105℃)，能經(jīng)受高強度的振動以及成本更低等。為滿足以上嚴格甚至苛刻的要求，車用電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢基本可以歸納為永磁化、數(shù)字化和集成化。
永磁化提供高效率
永磁電機具有效率高、比功率大、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護等優(yōu)點，采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，可使永磁電動機具有寬廣的調(diào)速范圍，因此，以豐田汽車和本田汽車為代表的國際化制造商以及國內(nèi)一汽、東風、長安、奇瑞等廠商均在其電動汽車中采用了永磁電機方案，推動了車用電機向永磁化方向發(fā)展。
永磁電機的主要材料、部件是釹鐵硼磁鋼、電工鋼和高速軸承。進入21世紀以來，我國磁性材料產(chǎn)業(yè)年增長率超過20%。據(jù)初步統(tǒng)計，2004年燒結(jié)釹鐵硼永磁達到27510噸(占全球總量的81%)，黏結(jié)釹鐵硼永磁達到1350噸(占全球總量的35%)。作為制造電機鐵芯的材料，電工鋼帶是使用最普遍的重要磁性材料，是車用電機高效、高功率密度的保障，其成本占到了電機本體成本的20%左右。據(jù)報道日本住友電工生產(chǎn)的0.27mm厚電工鋼帶已用在混合動力驅(qū)動電機上，我國寶鋼集團在“863”課題支持下，從2008年起開展了電動汽車驅(qū)動電機用電工鋼帶研發(fā)，我國車用驅(qū)動電機系統(tǒng)可望在近期采用國產(chǎn)的高效電工鋼帶。另外，要保證電動汽車歷經(jīng)20余萬公里、經(jīng)受嚴寒酷暑仍然可以運行，車用電機高速軸承仍需要投入開發(fā)，目前我國所研制的車用驅(qū)動系統(tǒng)大多采用進口的高速軸承。
逆變器數(shù)字化是趨勢
在電動汽車中，由燃料電池或蓄電池提供的直流電能，通過一個或多個逆變器將其轉(zhuǎn)換成交流電能驅(qū)動永磁電機運動，其中車用電機驅(qū)動控制器由逆變器和電機的控制電路構(gòu)成。到目前為止，由于電動汽車的直流電壓大多低于600V，逆變器都采用三相兩電平結(jié)構(gòu)和1200V以下的IGBT模塊，其中逆變器的核心器件IGBT和電容的成本占到了電機驅(qū)動控制器成本的50%以上。在混合動力汽車應(yīng)用中，為了簡化冷卻系統(tǒng)、降低整車成本，對車用電機驅(qū)動系統(tǒng)提出了冷卻液入口溫度大于105℃的要求，這個要求除提高了電機絕緣等級和釹鐵硼磁鋼的等級外，市場上廣泛使用的150℃結(jié)溫IGBT不能滿足要求，需要使用175℃結(jié)溫IGBT，并仔細設(shè)計高換熱效率的散熱器系統(tǒng)。
逆變器控制系統(tǒng)數(shù)字化也是未來電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化不僅包括驅(qū)動控制的數(shù)字化、驅(qū)動到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化，而且還應(yīng)該包括測量單元數(shù)字化。隨著微電子學及計算機技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的專用芯片以及數(shù)字信號處理器(DSP)等的問世及商品化，使全數(shù)字的控制系統(tǒng)成為可能。
用軟件最大限度地代替硬件，除完成要求的控制功能外，還應(yīng)該具有保護、故障監(jiān)控、自診斷等其他功能。
系統(tǒng)集成化降低成本
電機驅(qū)動系統(tǒng)的集成化包括兩個方面：1.機電集成。其一是車用電機與發(fā)動機集成構(gòu)成混合動力發(fā)動機總成，如本田的ISA系統(tǒng)；其二將車用電機與變速箱集成，如豐田混合動力系統(tǒng)THS?？傊?，車用電機與汽車發(fā)動機或變速箱集成的方向發(fā)展有利于減小整個系統(tǒng)的重量和體積，有效降低系統(tǒng)制造成本。2.將電動汽車驅(qū)動控制器的開關(guān)器件、電路、控制、傳感器、電源和無源器件都集成到標準的模塊中構(gòu)成電力電子組件，這種集成方法可以較好地解決不同工藝的電路之間的組合和高電壓隔離等問題，具有較高的集成度，也可以比較有效地減小體積和重量，但目前還存在分布參數(shù)、電磁兼容、傳熱等具有較高難度的技術(shù)問題，并且尚不能有效地降低成本，達到更高的可靠性。
從上世紀90年代以來，我國車用電機驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)就得到了來自政府各方面的重視和支持，通過在電動汽車中的應(yīng)用，驗證了技術(shù)、鍛煉了隊伍。1999年末，中科院電工所、華中科技大學和哈爾濱工業(yè)大學分別研發(fā)出全數(shù)字化矢量控制的車用交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)和開關(guān)磁阻驅(qū)動系統(tǒng)，其技術(shù)水平達到了當時國際先進水平。進入“十五”以后，國家和企業(yè)投入進一步加大，車用電機的發(fā)展快速從技術(shù)研究向產(chǎn)品開發(fā)方向發(fā)展，涌現(xiàn)出上海電驅(qū)動有限公司，株洲南車時代電動汽車股份有限公司等專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)車用電機驅(qū)動系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化公司，上海電驅(qū)動有限公司還與寶山鋼鐵廠、寧波韻升高科磁業(yè)有限公司等關(guān)鍵材料部件生產(chǎn)廠商密切合作，形成了有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本的產(chǎn)業(yè)鏈。在功率半導體方面，除Infineon、Semikron和三菱這樣的國際功率半導體芯片和封裝廠商一如既往地積極開拓中國市場外，嘉興斯達半導體有限公司和江蘇常州宏微科技有限公司等我國本土功率半導體生產(chǎn)廠商也開始投入車用驅(qū)動模塊的研發(fā)。因此，我們有理由相信，利用我國在稀土材料、電機和電力電子制造等方面的優(yōu)勢，車用電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將成為我國電動汽車推廣的強大驅(qū)動力之一。
（轉(zhuǎn)載）
