驱动电机及控制技术最新进展

　　2015年以来，随着国内环境压力的增大和各个示范城市的任务节点的临近，以电动汽车为代表的新能源汽车得到了长足发展，预计2015年中国的新能源车销量将突破20万辆，全年将超过美国成为全球最大的新能源汽车市场，以电机驱动系统和动力电池为主要零部件的系统也得到了极大的发展。

　　得益于北京、上海等示范城市的电动汽车推广政策，包括比亚迪的“秦”和北汽新能源E150等电动轿车，还有宇通客车、中通客车等大中型客车厂的公交和巴士电动车辆市场销量非常优秀。这些旺销的电动汽车的技术方案使得整车的行驶性能主要依赖电机驱动系统的调速和控制来实现，控制策略和技术结构比较简单，但是系统可靠性较高。

　　随着电动汽车市场不断发展，对电机驱动系统的性能要求也进一步提出了更高要求。

　　集成化技术

　　集成化技术包括了两个方面，一是驱动电机系统的集成化技术，二是驱动电机控制器的电力电子技术的集成化。驱动电机系统的集成化主要体现在驱动电机与发动机集成化设计（针对混合动力系统、插电式混合动力系统、ISG系统等）、驱动电机与变速器系统的集成化设计等方面，包括大众高尔夫PHEV、宝马i8、丰田Prius等在内的电动汽车都采用了紧凑的发动机-驱动电机-变速器结构，极大地减小了动力系统的体积和重量，但是国内动力系统公司在这方面还存在较大的差距。

　　电力电子技术集成化设计的典型应用就是集成了车载充电功能的电机控制器设计，同时现在包括了DC/DC、辅助电机控制器在内的可逆变电机控制器的集成化设计也引起了业界的关注。比亚迪新推出的“唐”电动汽车，其电力电子系统设计就包含了双向逆变式充放电技术，该系统集驱动电机控制器、车载充电器、直流充电站三者功能于一身，既可把电网的交流电变成直流电实现车辆的充电，又能把车载电池里的直流电反向变成交流电对车外用电器供电或者回馈到电网中。北汽新能源汽车有限公司的最新产品——EU260的电力电子系统则包括了充电机、DC/DC、EDM配电单元、PTC电热系统和电机控制器在内的诸多功能。

　　新型驱动型式

　　新型驱动型式的一个典型代表就是分布式轮毂独立驱动系统。将驱动电机直接安装在电动汽车的轮毂内，从而形成完善的独立驱动电动车辆，不仅缩减了传动链，提高了动力传动效率，同时借助轮毂驱动系统的独立动力可分配特性，实现车辆的基于驱动系统的ABS、驱动防滑系统（ASR或TCS）、全工况四驱等优秀的独立驱动性能。米其林公司、美国Protean Electric公司、西门子公司都已经推出来不同功率等级的轮毂电机驱动系统。北汽新能源汽车有限公司与北京理工大学共同推出了4轮轮毂独立驱动纯电动概念车。

　　同样，包括双轴独立电机驱动系统、双轴混合动力驱动系统、双轴混合动力耦合系统等新兴驱动型式必将极大推动电动汽车的发展和进步。特斯拉汽车的Model S P85D产品就是一种典型的双轴独立驱动电机系统，而比亚迪的“秦”则可以认为是一种典型的双轴混合动力耦合系统。这些新型的驱动模式为汽车的动力性和经济的选择提供了更加宽广的技术平台。

　　设计方法革新

　　采用基于场分析的电机结构设计方法，减小电机绕组端部的结构，并改进电机定子槽型，优化磁场分布，提高驱动电机转矩密度。对以SiC为代表的宽禁带的设计方法和应用开展研究，提高电机控制系统的温度适应范围，进一步降低系统的导通和开关损耗，减小电力电子系统的总体尺寸。丰田公司已经推出了基于Sic设计的驱动电机的电力控制单元（PCU）并开始了相关试验。包括中科院电工所、北京理工大学等在内的国内科研院所结合新能源汽车公司的技术需求，也已经开始了产品样机的研究与功能试验。

　　驱动系统评价

　　由于电机驱动系统的可定制性较强，而且对于不同的电动汽车，电机驱动系统型式和结构差异较大，各项指标，包括电压、转矩、转速、功率等差异也很大，如何能够基于较为统一和客观科学的评价方法对电机驱动系统进行有效评价，是目前电机驱动系统研究工作的难点之一。

　　近几年，电动汽车及其关键配件的可靠性评价与实验方法也已经得到了相当的重视与研究。这不仅影响车辆的可靠应用，同时对于车辆的维修保养等工作也具有相当重要的指导意义。在国家科技部的支持下，北京理工大学多年来联合中科院电工所、中国汽车研究院、上海大学、武钢硅钢中心、大洋电机等单位进行包括电机驱动系统评价方法、测试方法与技术、可靠性试验方法与技术、系统故障诊断与识别等方面的研究，为电机驱动系统产业化提供了有利支持。

　　王志福 电动车辆国家工程实验室电机测试室主任

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