《新一代车用电机技术路线发展规划》系统解读

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一、背景

2020年11月2日，国务院办公厅印发了《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》（下面简称：《20年版规划》），到2025年，纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用。到2035年，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，燃料电池汽车实现商业化应用，高度自动驾驶汽车实现规模化应用，有效促进节能减排水平和社会运行效率的提升。

20年版规划部署了5项战略任务之一，坚持整车和零部件并重，强化整车集成技术创新，提升动力电池、新一代车用电机等关键零部件的产业基础能力，推动电动化与网联化、智能化技术互融协同发展。

2020年10月中国汽车工程学会在上海发布《节能与新能源汽车技术路线图2.0》(下面简称：《路线图2.0》）其中预测2035年节能与新能源汽车销售量占比达到50%，2035中国汽车市场新车销量达到3000万台，节能与新能源汽车销量预计达到1500万台。《路线图2.0》重点规划了9个技术方向，包括动力电池、电驱动系统、充电基础设施、节能汽车、纯电动和插电混动汽车、燃料电池汽车、智能网联汽车、轻量化、智能制造和关键装备等方面。

以上的国务院《20年版规划》和中国汽车工程学会《路线图2.0》都提到“新一代车用电机”和“电驱动系统”。这说明要发展新能源汽车，而车用电机及系统的地位是非常及重要的。下面对《新一代车用电机技术路线发展规划》系统解读。

二、《20年版规划》2个关键技术指标

到2025年，要求节能汽车，乘用车平均油耗要达到百公里2L。目前的状况是乘用车平均油耗百公里5L。（注意：由5L下降到2L,那要用什么技术才能实现这个指标呢？）
到2035年新能源汽车占汽车总销量的50%以上，其中纯电动占新能源汽车的95%以上。

（注意：2035中国汽车市场新车销量达到3000万台，节能与新能源汽车销量预计达到1500万台，分解为纯电动汽车：142.5万台，含100万台氢能汽车，可以理解，B级以上（含B级）乘用车基本上必须是纯电动汽车了。

而2020年底，节能与新能源汽车销量也只有126万辆，10年时间要提升到1500万台，每一年台阶有多高？）

三、车用电机技术瓶颈

①转速16000（r/min）以上电机的轴承，基本上是进口的；

②混动和插电领域的机电耦合总成，核心技术基本是外企垄断；

③四轮车轮毂/轮边电动总成，还处在技术研究阶段，离产品商业化距离较远；

④分布式驱动的电动底盘项目研究，国家十四五科技规划才刚布局。

四、电驱动系统主要技术要点

1.电驱动系统高功率密度

1）高功率密度：

在一定体积下输出更大的功率，为了实现这一目标，一般有两种途径∶

①根据（P/V）=Kn，在体积不变时，电机输出功率与转速成正比。提高电机的速度，即把电机设计成高速电机，

②在不适于提高电机速度时，优化设计新型结构电机，从根本上解决相同电机输出功率大。

2）转矩、推力密度大：在一定体积下输出大的转矩（旋转电机）或推力（直线电机），这种电机一般速度比较低，输出总功率不一定大。

2.电驱动系统高效率

电驱动系统的效率是与续航里程关系最密切的技术指标。目前提高电驱动系统的效率，有两个方面，一是硬件，一是软件。

硬件方面：有优化动力电机本体设计方案、改进制造工艺以及使用新型材料,最核心技术是，从逆变器硬件着手,使用损耗更低的功率模块。目前主要用的IGBT，接下来要SiC。

软件方面：控制算法优化的方法。

3.车用电机的基本要求

高功率密度电驱动电机、低速大转矩电机、高速电机、大推力的直线电机。

四、最为典型的车用驱动电机是永磁同步电机

永磁同步电机，凭借其高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性的绝对优势，经过多年市场拼搏，他已经将多个机种并行发展模式收敛为基本统一的模式。

在未来相当长时间里，发展永磁同步电机系统为主体的局面，基本不变。

五、电机驱动车轮方式

①集中电机驱动形式

只用一台驱动电机，这种形式的电机装在车体内，电机产生的驱动力矩通过差速器、传动轴，传递至驱动轮。这个模式，将淘汰变速器。

②轮毂电机驱动形式

电动机分别安装在驱动轮上，驱动轮由各自的电机直接驱动。轮毂电机驱动系统的布置非常灵活，它可以布置在电动车的2个前轮、2个后轮或所有车轮的轮毂中，使电动汽车成为前轮驱动、后轮驱动或多轮驱动车辆。

轮毂电机驱动形式是未来的发展趋势。轮毂电机驱动形式的发展，将淘汰传动轴、差速器。

六、我国电驱动系统主要的差距

从电驱动技术链的架构看，①动力总成分为纯电动总成；②机电耦合动力总成；③轮毂/轮边电动总成。

我国电驱动系统与外国的主要差距在，与整车的深度结合上，尤其是在混动和插电领域的机电耦合总成上。另外就是关键零部件和材料部分，尤其是高速轴承，是国内企业的短板。

智能网联汽车的发展，要求自动驾驶车辆为分布式驱动形式，即四轮车的轮毂电机。

七、我国电驱动产业的优势

中国电驱动从2001年开始，经过4个“五年计划”，我国新能源汽车技术和产业取得了长足进步。目前电机功率已经覆盖几千瓦到几百千瓦。目前，中国新能源汽车电机和电控的本土企业配套比例在80%以上，已经形成整车、核心零部件到基础材料的完整产业链，产业规模连续五年居全球首位，中国的技术创新能力已经大幅度提升。更重要的是在一些核心部件上的突破，目前自主品牌的新能源汽车已经可以和国际品牌同平台竞争了，从车企自身的研发能力，到社会上的研发机构，都能提供很充分地保障。

八、我国电驱动核心技术发展趋势

①驱动电机转速先提高到16000-18000（r/min），再提高到20000（r/min），争取要到30000（r/min）的速度；

②逆变器会越来越多采用SiC器件，SiC器件高温、高效、高频特性是实现电机控制器功率密度和效率特性持续提升的关键。而丰田带载SiC PCU在工况下较IGBT PCU损耗降低30%，特斯拉采用标准SiC器件并联方式，研制的大电流全SiC电机控制器，率先进行了产业化应用。