客車網(wǎng)從現(xiàn)場了解到，依靠關(guān)鍵技術(shù)的突破創(chuàng)新提高核心競爭力，已成為新能源汽車領(lǐng)域的共識。電力電子作為新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)進(jìn)步影響著新能源汽車產(chǎn)業(yè)向電動化、智能化方向邁進(jìn)。中國科學(xué)院電工研究所電動汽車技術(shù)部主任溫旭輝針對“高性能車用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相對基礎(chǔ)的研究”進(jìn)行演講。 　　以下為演講實(shí)錄：

　　各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，各位同行，我的報告題目是高性能車用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相對基礎(chǔ)的研究，我的報告分以下三個部分：

　　第一，新能源汽車對電機(jī)驅(qū)動的需求。

　　剛才歐陽老師對于整個節(jié)能和新能源汽車的發(fā)展路線進(jìn)行了概括性的發(fā)言，當(dāng)前對于新能源汽車來說，卡脖子的還是電池。但是歐陽老師也說道，電池的發(fā)展進(jìn)步超乎了預(yù)期，到了2020年和2025年這樣兩個大節(jié)點(diǎn)的時候，可能電池就不是問題了，這個時候電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)對于整車動態(tài)性能等的影響會直接影響市場銷售，電機(jī)驅(qū)動的性能可能決定這些汽車廠的市場競爭力?？偟膩碚f，新能源車對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的需求，我們歸結(jié)為全局的性能優(yōu)化、全局高效率和系統(tǒng)集成度的不斷提高。

　　這里我要給給大家匯報的，一個是在電機(jī)方面，另一個是在變流器電機(jī)驅(qū)動兩方面的工作。

　　首先永磁電機(jī)，我們提出永磁電機(jī)的多維設(shè)計，其實(shí)目標(biāo)就是要做到全局的性能優(yōu)化。新能源汽車的要求是動態(tài)性能、集成度、全局的高效。這張表的第一層要求是性能、高效和高集成度，每個一層要求往下分的時候還有更多更細(xì)的要求，以性能未來就有寬轉(zhuǎn)速范圍、高過載轉(zhuǎn)矩等。我們把這些要求總體歸結(jié)為性能設(shè)計空間、功率密度設(shè)計空間、效率設(shè)計空間。我們確定了永磁電機(jī)設(shè)計參數(shù)的一組最小的組合來作為設(shè)計的自變量，用性能、效率和功率三個空間組合來描述永磁電機(jī)，形成綜合的設(shè)計方法。

　　這張圖是一張電機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)圖，還有一個沒有畫出來的軸是凸極率，對永磁來說，直軸電感、永磁磁鏈、凸極率是三個性能的參數(shù)。這三個參數(shù)往下一層跟電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電機(jī)的材料相關(guān)的，這三個參數(shù)就是一個媒介，可以決定電機(jī)的性能。我們可以把直流電壓安全、單位功率因素、弱磁區(qū)以及變流器的紋波電流限制等都表達(dá)在這張圖上，在這些限制線的中間區(qū)域就是我們可以選擇的電機(jī)參數(shù)范圍。通過一個換底的公式就可以利用這一張圖對全速度和轉(zhuǎn)矩范圍的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行評價，具體技術(shù)我們有文章和博士論文，覺得一個電機(jī)的全局設(shè)計方法是很好用的，愿意拿出來跟大家分享，希望能夠跟企業(yè)合作。

　　另外，永磁高效區(qū)的規(guī)劃。因?yàn)橛来烹姍C(jī)在低速恒轉(zhuǎn)矩區(qū)肯定是銅損為主，高速區(qū)一定是鐵損為主。你也可以看得出最高效區(qū)并不一定在這個中間，甚至是在中低速輕載區(qū)，就是說我們高效區(qū)是可以規(guī)劃的，可以用來提升能量的利用率，用在工程實(shí)踐中，可以成為電機(jī)的一個賣點(diǎn)。從一個簡單的條件出發(fā)，我們推出了一個非常簡單的公式，用二次曲線來表達(dá)效率等高線，這樣就可以做到對電機(jī)的高效區(qū)能夠進(jìn)行一些規(guī)劃。

　　這是一個例子，在這樣一個例子里，一般電機(jī)的高效區(qū)在這個中間位置，但在這個例子中大部分頻繁工作的區(qū)域并不在中間位置，怎么辦呢?我們就把等高線，比如90%等高線往外畫一點(diǎn)，這樣一來我們就可以設(shè)計出平均效率更高的電機(jī)，在這個例子中使電機(jī)的平均效率設(shè)計值提升了約2%。

　　另外，我們提的功率密度設(shè)計空間，實(shí)質(zhì)是根據(jù)傳熱的條件來進(jìn)行銅損、鐵損的分配，在電機(jī)的損耗首先要控制得好的前提下，還可以通過鐵損和銅損的分配來提升功率密度。當(dāng)然，這樣做的前提是，基礎(chǔ)層面的鐵損要算準(zhǔn)、熱阻要算準(zhǔn)，尤其是在有噴油，有對流的情況下，熱阻不太容易算準(zhǔn)。我們做了一臺370千瓦的水冷和噴油冷卻結(jié)合的復(fù)合冷卻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了以提升平均效率為目標(biāo)的永磁電機(jī)高效區(qū)規(guī)劃方法等，該電機(jī)平均效率設(shè)計值提升約2%。

　　我們對永磁電機(jī)性能的研究已經(jīng)做了不少的工作了，但是涉及NVH和電磁兼容的工作做的還很少，影響電機(jī)噪聲和電磁兼容特性的一些參數(shù)根本就不在我剛才提出的那個基本的參數(shù)以內(nèi)，下一步很有可能需要做深入的研究。我覺得在電池的制約瓶頸即將過去的時候，對電機(jī)和電力電子的性能對整車性能和市場的影響，我們要有一些提前的部署。

　　下面給大家報告一下高功率密度車用變流器集成及SiC應(yīng)用。株洲所電力電子集成已經(jīng)做了相當(dāng)?shù)囊粋€水平，剛才郭總也講做到了20千瓦/升，至少產(chǎn)品這一級跟國外是相同水平。這張圖實(shí)際上是豐田的產(chǎn)品水平，我們現(xiàn)在應(yīng)該講都跟上了。在電力電子基礎(chǔ)方面，所需要的工作除了器件級的工作以外，實(shí)際上電熱機(jī)多物理場耦合計算的方法和仿真確實(shí)是我們進(jìn)行車用變流器高功率密度設(shè)計的一個助手。我這里頭舉一個例子，這是在“十二五”863的一個課題里面做到的，重點(diǎn)設(shè)計了一個非常簡單的零件母排，讓它有了機(jī)械連接、電氣連接和旁路局部過熱的能力。我們借助電磁機(jī)熱多物理場仿真，使逆變主回路的雜散電感減少了50%，回路電感的減小對于碳化硅應(yīng)用來講會更加重要，同樣也普遍降低多個過熱點(diǎn)的溫度。實(shí)際我們對于多物理場的應(yīng)用還需要開展更進(jìn)一步的工作，比如EMC的問題等。

　　接下來是碳化硅，目前我們正在做這樣一個工作，以碳化硅的技術(shù)來講，它在105度下大概能做到57千瓦/升，165千瓦車用控制器以當(dāng)前的技術(shù)是一個登山包這么大，但是以碳化硅大概一個B5打印紙或者一卷衛(wèi)生紙這么大，是非常小的，從2014年以來，我們大家都看到，豐田、三菱等各家都在做。

　　我們電工所跟國內(nèi)多家大學(xué)、企業(yè)合作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃支持。今年我們做出來了一個變流器，借用Cree的50A SiC芯片研制了SiC模塊，我們和法拉電子儀器重點(diǎn)開發(fā)了復(fù)合功能電容。電容其實(shí)占電機(jī)控制器的體積很大，關(guān)鍵的問題就在于許用紋波電流受到溫度等很大的限制，所以我們第一步重點(diǎn)要把電容做好，現(xiàn)在情況下，把使用紋波電流提高到原來的270%，就是2.68倍。我們也嘗試了做一個非常高功率密度的控制板，也要適應(yīng)我們現(xiàn)在芯片的大規(guī)模集成電路(很多芯片都集成到一起)的特點(diǎn)，比一個信用卡大不了多少，而且可以50K開關(guān)頻率的應(yīng)用，其他都還在測試的過程中。但是從目前工作情況來看，原來以為豐田說的將車用變流器體積減到原來的1/5覺得是奇跡，目前來看應(yīng)該講一定是可以實(shí)現(xiàn)的。