新能源汽车驱动电机系统技术与产业发展(上海电驱动应红亮)

新能源汽车驱动电机系统技术

与产业发展

应红亮

上海电驱动股份有限公司

国家节能与新能源汽车重大工程

我国新能源汽车市场快速增长

☐ 2016年，我国新能源汽车产销量达到50万辆，占2016年汽车市场份额的1.8%，新能源汽车保有量达到100万辆规模；

☐ 2017年，受新能源汽车推广目录重审和新的补贴政策影响，新能源汽车增长相对平缓，1~8月产销总量达到32万辆，总量较去年同期持续增长，全年预期60~70万辆。

32.0

我国新能源汽车国际地位逐步攀升

我国新能源汽车市场发展需求预测

2030年，新能源汽车年销量占汽车总

体需求量比例将超过40%，规模达千

万辆级，保有量超过5000万辆2025年，新能源汽车年销量占汽车总体需求量

比例将超过15%，规模为500万辆左右

2020年，新能源汽车年销量将占汽车总体需求

量的7%以上，规模为200万辆以上

高密度、小型化、轻量化：采用强制水冷结构、高电磁负荷、高性能磁钢、高转速等技术，实现电机小型轻量化和高密度化。

高效率：采用稀土永磁和电磁设计优化，驱动电机的最高效率可达到97%，电机超过85%的高效率区达到80%以上。

低速大出力、高速恒功率宽调速：在车辆起步和行车要求高转矩，高速运行时能够进行恒功率输出，电机调速范围达到1:3到1:4以上。

可靠性、耐久性、适应性：车用电机处于振动大、冲击大、灰尘多、温湿度变化大的环境下运行，要求电机系统具有耐冲击和环境适应性。

低噪声与低成本：电机成本的高低是决定电动汽车是否能够产业化的重要因素；电动汽车NVH技术是整车研发的重要衡量指标。

驱动电机系统是节能与新能源汽车的核心关键部件之一，其工程化和产业化能力直接影响到我国汽车工业体系和创新体系的建全。

我国电机系统的技术与产品满足了新能源商用车（客车、卡车）、乘用车和专用车辆的需求，多家驱动电机企业产能达到万套级以上，部分产品已经批量出口欧美，驱动电机关键指标达到了国际先进水平。

由于电力电子技术起步较晚，我国车用电力电子控制器产品的技术水平和竞争力落后于国际先进水平，近几年追赶速度加快。

建立了电动汽车电驱动系统全产业链技术创新战略联盟，在关键材料和关键部件方面形成了自主的技术与产品，实现国产化替代及应用。

各类车用驱动电机性能比较

电机类型比较项目交流异步电机开关磁阻电机

交流永磁电机

无刷直流电机永磁同步电机

起动性能O O O◎额定运行点峰值效率O O◎◎

恒功率速度

范围理想无穷

2-3 1-2

无穷典型2-3 3-4 最优 4 >7.5

高效率运行区(>85%)

占整个运行区80%以上

O O O◎重量功率密度（kW/kg）O O◎◎

转矩波动低速O△O◎高速◎△O◎

电机可靠性◎◎O O NVH（振动噪声舒适性）◎△O◎

注：性能从好到差的符号次序为：◎、O、△、⨯。

我国车用驱动电机系统典型产品

电动汽车电驱动系统全产业链战略联盟

国内外驱动电机技术发展趋势—多领域集成

采用现代永磁电机多领域集成、多层面优化、多端口匹配设计技术，进行电

机综合设计与分析，实现电机最佳性能比和材料利用率。

高功率密度是电机控制器的重要技术与产业的发展方向，采用沟槽栅场终止IGBT 与双面焊接及冷却技术，提升芯片IGBT 器件功率密度。

下表面银浆烧结工艺 铝线键合工艺与双面焊接单面冷却工艺对比

多适应性注塑模工艺

发射极

电流检测

门极 温度检测二极管 阴极 阳极

集成电流+温度传感器芯片

Trench+FS 结构及超薄晶圆

国内外驱动电机技术发展趋势—电力电子器件

以SiC/GaN为代表的第三代宽禁带材料技术及产品快速发展，国外企业（特别

是日本）不断推出全SiC电力电子集成控制器产品样机，全SiC控制器功率密度比Si

控制器提升2倍以上。

国际电力电子技术的发展与演变

2014年

8kVA/kg

IGBT

2020年

16kVA/kg

SiC

2020年

32kVA/kg

电力电子控制器：现代IGBT控制器水平翻一翻，宽禁带SiC控制器再翻一翻

重量减半重量减半

2015-2020六年间功率密度翻两翻

丰田SiC PCU体积减小为IGBT PCU 的1/5

我国研制出功率密度37kW/L SiC控制器

国内外驱动电机技术发展趋势—电机控制技术

在永磁电机系统控制方面，以系统和整车工况综合匹配优化来提高控制器效率；

以转矩快速主动补偿控制来提高驱动系统的动态性能和NVH性能；以极端工况下的

驱动电机系统保护策略及处理机制确保系统安全可靠运行。

电压利用率提升技术转矩主动补偿技术故障诊断与处理机制

国内外驱动电机技术发展趋势—功能安全与AutoSar

基于新一代32bit微处理器（双核、三核），按照ISO26262标准，从整车安全等

级进行电机控制系统安全等级分解，构建产品开发体系流程。引入AutoSar操作系统，实现软件的分层设计与开发。

国内外驱动电机技术发展趋势—电磁兼容☐CISPR25 提出了低压电源端口传导发射标准

+高压端口传导干扰极限规范；

☐电力电子集成度将进一步提高，需要更精确

的干扰预测方法和更有效的抑制手段；

☐未来SiC器的应用，开关频率更高、开关速度更快，将为电磁兼容的设计带来新的挑战。

低压电路干扰源高压耦合+低压电路干扰源电机控制器内部显著的干扰耦合现象

☐电磁兼容问题来源：高压大电流开关器件和低压高频开关器件产生的高频谐波电流/电压（150kHz+），通过导电体传导和空间辐射对控制器等弱电电路的干扰；

☐电磁兼容问题影响：导致通信可靠性降低、电机控制器失效、外部电气设备工作异常。