我國電動汽車關鍵零部件發展綜合分析(中)

驅動電機及其控制器

1.驅動電機的類型和發展驅動電機是電動汽車的關鍵部件，直接影響整車的動力性和經濟性。

驅動電機主要包括直流電機和交流電機。目前，交流電機廣泛應用于電動汽車中，包括異步電機、開關磁阻電機和永磁電機（包括無刷直流電機和永磁體同步電機）。

汽車電機的發展趨勢如下：

（1） 電機本體永磁體：永磁體電機具有高轉矩密度、高功率密度、高效率和高可靠性的優點。中國擁有世界上最豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國汽車驅動電機的重要發展方向。

（2） 電機控制數字化：專用芯片和數字信號處理器的出現，促進了電機控制器的數字化，提高了電機系統的控制精度，有效降低了系統體積。

（3） 電機系統集成：通過機電集成（電機與發動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，可以降低驅動系統的重量和體積，并有效降低系統的制造成本。

2.國外發展根據國外信息，近年來，美國和歐洲開發的電動公交車大多使用交流異步電機。

為了減輕車輛重量，電機外殼大多由鑄鋁制成，并且電機的恒功率范圍較寬，最高轉速可達基本轉速的2~2.5倍。

近年來，日本的大多數電動汽車都使用永磁同步電機。產品功率等級覆蓋3~123kW，電機恒功率范圍非常寬，最高轉速可達基本轉速的5倍。日本近年來開發的電動汽車驅動電機的總體情況如表3所示。

3.中國的發展現狀

（1） 交流異步電動機驅動系統中國建立了具有自主知識產權的異步電動機驅動體系開發平臺，形成了小批量生產的開發、制造、測試和服務體系；產品性能基本滿足整車需求，大功率異步電動機系統已廣泛應用于各類電動客車；通過示范運行和小規模市場應用，初步驗證了該產品的可靠性。

（2） 開關磁阻電機驅動系統已經形成了優化設計和自主研發的能力。通過合理設計電機結構和改進控制技術，使產品性能基本滿足整車要求；一些公司的年生產能力為2000套，可以滿足小批量配套的需求。目前，部分產品已得到整車示范運營的支持，效果良好。

（3） 無刷直流電機驅動系統國內企業通過合理的設計和改進的控制技術，有效提高了無刷直流電動機產品的性能，基本滿足了電動汽車的需求；初步具備機電一體化設計能力。

（4） 永磁同步電機驅動系統已形成一定的研發和生產能力，開發了不同系列的產品，可應用于各類電動汽車；產品部分技術指標接近國際先進水平，但總體水平與國外仍有一定差距；具備永磁同步電機的基本集成設計能力；

大多數公司仍在小規模試生產，少數公司已投資建立車輛驅動電機系統的專用生產線。

（5） 永磁電機材料永磁電機的主要材料是釹鐵硼磁鋼和硅鋼。一些公司已經掌握了電機轉子磁體的整個磁化技術，先組裝后磁化。我國研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達280℃，但技術水平仍遠落后于德國和日本。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本約占電機本體的20%，其厚度對鐵耗有很大影響。日本生產了0.27mm的汽車用硅鋼片，而中國只開發了0.35mm的硅鋼片。

（6） 電機控制器的位置/速度傳感器是電機控制器的關鍵部件，主要是旋轉變壓器，目前基本上是進口的。我國一些公司具有旋轉變壓器的研發和生產能力，但在產品精度和可靠性方面與國外仍有差距。IGBT基本上依賴進口，這很昂貴。用于國產汽車的IGBT仍處于研究階段。

4.我國驅動電機及其控制器存在的主要問題。

（1） 電機原材料和控制器核心部件的研發能力較弱，依賴進口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置/速度傳感器、IGBT模塊等。進口產品成本高影響了電機系統的產業化。

（2） 我國汽車電機的機電一體化水平與國外相差甚遠。該控制器集成度低，體積和重量相對較大。

（3） 中國的汽車電機系統仍處于起步階段，制造技術落后，缺乏自動化生產線，導致產品可靠性和一致性較差。工業化規模小，成本高。

（4） 目前，電動汽車驅動電機系統的國家標準很少且不完善。例如，不同類型的電機系統采用相同的測試標準，缺乏可靠性和耐久性評估方法。

車輛控制器

1.國外的發展車輛控制器的發展包括軟件和硬件設計。核心軟件一般由汽車制造商開發，硬件和底層驅動軟件可以由汽車零部件制造商提供。

（1） 國外車輛控制器技術趨于成熟。大多數國外車企在電動汽車領域已經積累了足夠的經驗，其控制策略也高度成熟，整車節油效果良好。控制器產品已通過市場測試證明是可靠的。

（2） 汽車電子零部件企業積極開展車輛控制器的研發和制造。

德爾福、大陸集團和博世集團等多家汽車電子元件巨頭都開發和生產了車輛控制器。一些汽車設計公司也為車輛控制器提供技術解決方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動汽車的車輛控制器領域也有許多成功案例。

（3） 控制器的標準化引起了相關企業的關注。全球汽車制造商、零部件供應商以及電子、半導體和軟件系統公司共同成立了汽車開放系統架構聯盟，并形成了AUTOSAR（汽車開放系統體系結構）標準，簡化了開發過程，使ECU軟件可重復使用，這是控制器發展的趨勢。

2.中國的發展現狀在“863”計劃中，中國的車輛控制器主要以大學為基礎，如清華大學、同濟大學、北京理工學院等。目前，車輛控制器的軟硬件開發能力已初步掌握。

該產品功能比較齊全，基本可以滿足電動汽車的需求，并已應用于原型車和小批量產品。一些汽車公司與外國公司合作，如FEV和RICARDO。通過共同開發，我們將吸收國外相關技術和經驗，增強自主開發能力。目前，制造商已經基本掌握了車輛控制器的開發技術，但技術積累有限……

d水平不均勻。

我國控制器硬件水平與國外有一定差距，工業化能力相對不足。大多數企業在推出量產電動汽車產品時，更傾向于選擇國外的汽車控制器硬件供應商。此外，控制器的基本硬件和開發工具基本上依賴進口。

總體而言，控制器產品的技術水平和產業化能力與國外仍有較大差距。

3.中國車輛控制器的主要問題

（1） 應用軟件大多停留在功能實現上，軟件診斷功能、車輛安全控制策略和監控功能有待優化和完善。

（2） 我國電動汽車正處于原型開發和示范運行階段，基礎數據庫不完善，影響了整車控制器的設計水平。

（3） 一些企業可以根據V型開發流程（一種軟件和產品開發工具）引入相關設備和軟件，一般使用通用開發工具進行二次開發；現有工具側重于早期開發，缺乏制造和售后服務的工具，不利于產品的產業化發展。

（4） 國內企業可以完成車輛控制器的硬件結構設計，但由于我國芯片集成度弱、制造能力差，在可靠性和穩定性方面仍有很大的提升空間。

（5） 目前，各車企對控制器接口和網絡通信協議的定義各不相同，導致控制器之間的通用性和可重用性較差，不利于控制器的產業化和規模化。

（編輯：李燕郊）驅動電機及其控制器

1.驅動電機的類型和發展驅動電機是電動汽車的關鍵部件，直接影響整車的動力性和經濟性。

驅動電機主要包括直流電機和交流電機。目前，交流電機廣泛應用于電動汽車中，包括異步電機、開關磁阻電機和永磁電機（包括無刷直流電機和永磁體同步電機）。

汽車電機的發展趨勢如下：

（1） 電機本體永磁體：永磁體電機具有高轉矩密度、高功率密度、高效率和高可靠性的優點。中國擁有世界上最豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機是我國汽車驅動電機的重要發展方向。

（2） 電機控制數字化：專用芯片和數字信號處理器的出現，促進了電機控制器的數字化，提高了電機系統的控制精度，有效降低了系統體積。

（3） 電機系統集成：通過機電集成（電機與發動機集成或電機與變速箱集成）和控制器集成，可以降低驅動系統的重量和體積，并有效降低系統的制造成本。

2.國外發展根據國外信息，近年來，美國和歐洲開發的電動公交車大多使用交流異步電機。

為了減輕車輛重量，電機外殼大多由鑄鋁制成，并且電機的恒功率范圍較寬，最高轉速可達基本轉速的2~2.5倍。

近年來，日本的大多數電動汽車都使用永磁同步電機。產品功率等級覆蓋3~123kW，電機恒功率范圍非常寬，最高轉速可達基本轉速的5倍。日本近年來開發的電動汽車驅動電機的總體情況如表3所示。

3.中國的發展現狀

（1） 交流異步電動機驅動系統中國建立了具有自主知識產權的異步電動機驅動體系開發平臺，形成了小批量生產的開發、制造、測試和服務體系；產品性能基本滿足整車需求，大功率異步電動機系統已廣泛應用于各類電動客車；

通過示范運行和小規模市場應用，初步驗證了該產品的可靠性。

（2） 開關磁阻電機驅動系統已經形成了優化設計和自主研發的能力。通過合理設計電機結構和改進控制技術，使產品性能基本滿足整車要求；一些公司的年生產能力為2000套，可以滿足小批量配套的需求。目前，部分產品已得到整車示范運營的支持，效果良好。

（3） 無刷直流電機驅動系統國內企業通過合理的設計和改進的控制技術，有效提高了無刷直流電動機產品的性能，基本滿足了電動汽車的需求；初步具備機電一體化設計能力。

（4） 永磁同步電機驅動系統已形成一定的研發和生產能力，開發了不同系列的產品，可應用于各類電動汽車；產品部分技術指標接近國際先進水平，但總體水平與國外仍有一定差距；具備永磁同步電機的基本集成設計能力；

大多數公司仍在小規模試生產，少數公司已投資建立車輛驅動電機系統的專用生產線。

（5） 永磁電機材料永磁電機的主要材料是釹鐵硼磁鋼和硅鋼。一些公司已經掌握了電機轉子磁體的整個磁化技術，先組裝后磁化。我國研制的釹鐵硼永磁體最高工作溫度可達280℃，但技術水平仍遠落后于德國和日本。硅鋼是制造電機鐵芯的重要磁性材料，其成本約占電機本體的20%，其厚度對鐵耗有很大影響。日本生產了0.27mm的汽車用硅鋼片，而中國只開發了0.35mm的硅鋼片。

（6） 電機控制器的位置/速度傳感器是電機控制器的關鍵部件，主要是旋轉變壓器，目前基本上是進口的。我國一些公司具有旋轉變壓器的研發和生產能力，但在產品精度和可靠性方面與國外仍有差距。IGBT基本上依賴進口，這很昂貴。用于國產汽車的IGBT仍處于研究階段。

4.我國驅動電機及其控制器存在的主要問題。

（1） 電機原材料和控制器核心部件的研發能力較弱，依賴進口，如硅鋼片、電機高速軸承、位置/速度傳感器、IGBT模塊等。進口產品成本高影響了電機系統的產業化。

（2） 我國汽車電機的機電一體化水平與國外相差甚遠。該控制器集成度低，體積和重量相對較大。

（3） 中國的汽車電機系統仍處于起步階段，制造技術落后，缺乏自動化生產線，導致產品可靠性和一致性較差。工業化規模小，成本高。

（4） 目前，電動汽車驅動電機系統的國家標準很少且不完善。例如，不同類型的電機系統采用相同的測試標準，缺乏可靠性和耐久性評估方法。

車輛控制器

1.國外的發展車輛控制器的發展包括軟件和硬件設計。核心軟件一般由汽車制造商開發，硬件和底層驅動軟件可以由汽車零部件制造商提供。

（1） 國外車輛控制器技術趨于成熟。大多數國外車企在電動汽車領域已經積累了足夠的經驗，其控制策略也高度成熟，整車節油效果良好。控制器產品已通過市場測試證明是可靠的。

（2） 汽車電子零部件企業積極開展車輛控制器的研發和制造。

德爾福、大陸集團和博世集團等多家汽車電子元件巨頭都開發和生產了車輛控制器。一些汽車設計公司也為車輛控制器提供技術解決方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動汽車的車輛控制器領域也有許多成功案例。

（3） 控制器的標準化引起了相關企業的關注。全球汽車制造商、零部件供應商以及電子、半導體和軟件系統公司共同成立了汽車開放系統架構聯盟，并形成了AUTOSAR（汽車開放系統體系結構）標準，簡化了開發過程，使ECU軟件可重復使用，這是控制器發展的趨勢。

2.中國的發展現狀在“863”計劃中，中國的車輛控制器主要以大學為基礎，如清華大學、同濟大學、北京理工學院等。目前，車輛控制器的軟硬件開發能力已初步掌握。

該產品功能比較齊全，基本可以滿足電動汽車的需求，并已應用于原型車和小批量產品。一些汽車公司與外國公司合作，如FEV和RICARDO。通過共同開發，我們將吸收國外相關技術和經驗，增強自主開發能力。目前，制造商已經基本掌握了車輛控制器的開發技術，但技術積累有限……

d水平不均勻。

我國控制器硬件水平與國外有一定差距，工業化能力相對不足。大多數企業在推出量產電動汽車產品時，更傾向于選擇國外的汽車控制器硬件供應商。此外，控制器的基本硬件和開發工具基本上依賴進口。

總體而言，控制器產品的技術水平和產業化能力與國外仍有較大差距。

3.中國車輛控制器的主要問題

（1） 應用軟件大多停留在功能實現上，軟件診斷功能、車輛安全控制策略和監控功能有待優化和完善。

（2） 我國電動汽車正處于原型開發和示范運行階段，基礎數據庫不完善，影響了整車控制器的設計水平。

（3） 一些企業可以根據V型開發流程（一種軟件和產品開發工具）引入相關設備和軟件，一般使用通用開發工具進行二次開發；現有工具側重于早期開發，缺乏制造和售后服務的工具，不利于產品的產業化發展。

（4） 國內企業可以完成車輛控制器的硬件結構設計，但由于我國芯片集成度弱、制造能力差，在可靠性和穩定性方面仍有很大的提升空間。

（5） 目前，各車企對控制器接口和網絡通信協議的定義各不相同，導致控制器之間的通用性和可重用性較差，不利于控制器的產業化和規模化。

（編輯：李燕郊）

標簽：北京

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