客車網(wǎng)從現(xiàn)場(chǎng)了解到，依靠關(guān)鍵技術(shù)的突破創(chuàng)新提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，已成為新能源汽車領(lǐng)域的共識(shí)。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(dòng)化、智能化方向邁進(jìn)。中國(guó)科學(xué)院電工研究所電動(dòng)汽車技術(shù)部主任溫旭輝針對(duì)“高性能車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)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(bào)告題目是高性能車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)基礎(chǔ)的研究，我的報(bào)告分以下三個(gè)部分：

　　第一，新能源汽車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求。

　　剛才歐陽(yáng)老師對(duì)于整個(gè)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(duì)于新能源汽車來(lái)說，卡脖子的還是電池。但是歐陽(yáng)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(gè)大節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，可能電池就不是問題了，這個(gè)時(shí)候電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于整車動(dòng)態(tài)性能等的影響會(huì)直接影響市場(chǎng)銷售，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能可能決定這些汽車廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?？偟膩?lái)說，新能源車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(bào)的，一個(gè)是在電機(jī)方面，另一個(gè)是在變流器電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)，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(dòng)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(gè)一層要求往下分的時(shí)候還有更多更細(xì)的要求，以性能未來(lái)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(jì)空間、功率密度設(shè)計(jì)空間、效率設(shè)計(jì)空間。我們確定了永磁電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的一組最小的組合來(lái)作為設(shè)計(jì)的自變量，用性能、效率和功率三個(gè)空間組合來(lái)描述永磁電機(jī)，形成綜合的設(shè)計(jì)方法。

　　這張圖是一張電機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)圖，還有一個(gè)沒有畫出來(lái)的軸是凸極率，對(duì)永磁來(lái)說，直軸電感、永磁磁鏈、凸極率是三個(gè)性能的參數(shù)。這三個(gè)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(gè)參數(shù)就是一個(gè)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(gè)換底的公式就可以利用這一張圖對(duì)全速度和轉(zhuǎn)矩范圍的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體技術(shù)我們有文章和博士論文，覺得一個(gè)電機(jī)的全局設(shè)計(jì)方法是很好用的，愿意拿出來(lái)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(gè)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(lái)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(gè)賣點(diǎn)。從一個(gè)簡(jiǎn)單的條件出發(fā)，我們推出了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的公式，用二次曲線來(lái)表達(dá)效率等高線，這樣就可以做到對(duì)電機(jī)的高效區(qū)能夠進(jìn)行一些規(guī)劃。

　　這是一個(gè)例子，在這樣一個(gè)例子里，一般電機(jī)的高效區(qū)在這個(gè)中間位置，但在這個(gè)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(lái)我們就可以設(shè)計(jì)出平均效率更高的電機(jī)，在這個(gè)例子中使電機(jī)的平均效率設(shè)計(jì)值提升了約2%。

　　另外，我們提的功率密度設(shè)計(jì)空間，實(shí)質(zhì)是根據(jù)傳熱的條件來(lái)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(lái)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(duì)流的情況下，熱阻不太容易算準(zhǔn)。我們做了一臺(tái)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(jì)值提升約2%。

　　我們對(duì)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(gè)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(shí)候，對(duì)電機(jī)和電力電子的性能對(duì)整車性能和市場(chǎng)的影響，我們要有一些提前的部署。

　　下面給大家報(bào)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€(gè)水平，剛才郭總也講做到了20千瓦/升，至少產(chǎn)品這一級(jí)跟國(guó)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(jí)的工作以外，實(shí)際上電熱機(jī)多物理場(chǎng)耦合計(jì)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(jì)的一個(gè)助手。我這里頭舉一個(gè)例子，這是在“十二五”863的一個(gè)課題里面做到的，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了一個(gè)非常簡(jiǎn)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(chǎng)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(duì)于碳化硅應(yīng)用來(lái)講會(huì)更加重要，同樣也普遍降低多個(gè)過熱點(diǎn)的溫度。實(shí)際我們對(duì)于多物理場(chǎng)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(lái)是碳化硅，目前我們正在做這樣一個(gè)工作，以碳化硅的技術(shù)來(lái)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(gè)登山包這么大，但是以碳化硅大概一個(gè)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(lái)，我們大家都看到，豐田、三菱等各家都在做。

　　我們電工所跟國(guó)內(nèi)多家大學(xué)、企業(yè)合作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持。今年我們做出來(lái)了一個(gè)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(lái)的270%，就是2.68倍。我們也嘗試了做一個(gè)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(gè)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(cè)試的過程中。但是從目前工作情況來(lái)看，原來(lái)以為豐田說的將車用變流器體積減到原來(lái)的1/5覺得是奇跡，目前來(lái)看應(yīng)該講一定是可以實(shí)現(xiàn)的。