2018年電機驅動(dòng)與電力關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢分析。

      目前已到2017年年底,大家都在分析2018年中國新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展趨勢。而科技部《新能源汽車(chē)2018年重點(diǎn)專(zhuān)項申報指南》已經(jīng)發(fā)布,對企業(yè)而言很有指導意義。下面是筆者學(xué)習《申報指南》后,對2018 年度電機驅動(dòng)與電力關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢的分析,分享如下:

一、中國新能源汽車(chē)重大共性關(guān)鍵技術(shù)的主攻方向
      《申報指南》列出2018年中國新能源汽車(chē)技術(shù)的主攻方向包括:動(dòng)力電池與電池管理系統,電機驅動(dòng)與電力,電子、電動(dòng)汽車(chē)智能化,燃料電池動(dòng)力系統,插電/增程式混合動(dòng)力系統,純電動(dòng)力系統。一共是6個(gè)方向,再細分 24 個(gè)研究任務(wù)。

      筆者理解:
      ①企業(yè)與政府規劃要保持一致,企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)(含技術(shù)攻關(guān))要在政府的頂層設計下開(kāi)展。
      ②企業(yè)2018年具體的新能源汽車(chē)研究(開(kāi)發(fā))項目必須在6個(gè)方向下、24個(gè)研究任務(wù)之中;
      ③企業(yè)具體技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)項目,理應與中央政府政府年度計劃技術(shù)攻關(guān)項目對應起來(lái)。
二、2018 年度電機驅動(dòng)與電力關(guān)鍵技術(shù)研究任務(wù)
      1、商用車(chē)高可靠性車(chē)載電力電子集成系統開(kāi)發(fā)

      研究?jì)热?
      研究基于功率器件級集成的多變流器拓撲結構和絕緣柵雙極型晶體管(ⅠGBT)芯片集成封裝技術(shù);研究機-電-熱集成設計技術(shù)及電磁兼容技術(shù);研究硬件安全冗余、軟件容錯等系統功能安全技術(shù);研究集成電力電子控制器產(chǎn)品(簡(jiǎn)稱(chēng) PCU)的可靠性及測試方法。開(kāi)發(fā)出適用于 10~12 米純電動(dòng)、插電式、增程式客車(chē)的 PCU 產(chǎn)品。

      考核指標:
      商用車(chē)電力電子集成控制器產(chǎn)品比功率≥10.0kVA/kg;控制器最高效率≥98%,效率大于 90%的高效區≥80%,集成控制器電磁兼容性能(EMC)(帶載)、可靠性和產(chǎn)品設計壽命滿(mǎn)足整車(chē)要求,PCU 產(chǎn)品壽命≥8 年(以關(guān)鍵器件壽命設計文件與加速壽命驗證測試報告作為驗收依據);配套整車(chē)產(chǎn)品完成公告,并批量裝車(chē)。

      筆者解讀:
      Ⅰ)功率器件級集成的多變流器拓撲結構和絕緣柵雙極型晶體管(ⅠGBT)是核心競爭力技術(shù)和產(chǎn)品,是中國發(fā)展新能源汽車(chē)的短板。
      Ⅱ)適用于 10~12 米純電動(dòng)、插電式、增程式客車(chē)的 PCU 產(chǎn)品,是主攻方向。
      Ⅲ)集成控制器電磁兼容性能(EMC)(帶載)、可靠性和產(chǎn)品設計壽命滿(mǎn)足整車(chē)要求,目前公交車(chē)整車(chē)生產(chǎn)企業(yè)急需這樣的產(chǎn)品。
      Ⅳ)中國發(fā)展新能源汽車(chē)必須要能自己研發(fā)和生產(chǎn)功率器件【絕緣柵雙極型晶體管(ⅠGBT)】,否則,彎道超車(chē)就只是一個(gè)口號而已。
      2、轎車(chē)高可靠性車(chē)載電力電子集成系統開(kāi)發(fā)

      研究?jì)热?
      研究基于功率器件級集成的多變流器拓撲結構,開(kāi)發(fā)機-電-熱集成設計技術(shù)及電磁兼容技術(shù);研發(fā)芯片集成封裝技術(shù)及硬件安全冗余、軟件容錯等系統功能安全技術(shù);研究集成電力電子控制器產(chǎn)品(簡(jiǎn)稱(chēng) PCU)的可靠性、壽命設計及測試方法。開(kāi)發(fā)出適用于 A 級、B 級插電式/增程式混合動(dòng)力乘用車(chē)的PCU 產(chǎn)品。

      考核指標:
      PCU 產(chǎn)品設計安全等級達到或超過(guò) ⅠSO 26262ASⅠL- C 等級;PCU 產(chǎn)品設計壽命不少于 10 年(以關(guān)鍵器件壽命設計文件與加速壽命驗證測試報告作為驗收依據);功率密度≥15.0kVA/L(對于插電式、增程式混合動(dòng)力車(chē)型按驅動(dòng)電機控制器和發(fā)電機控制器峰值功率之和計算);控制器最高效率≥98%,效率大于 90%的高效區≥80%,集成控制器 EMC(帶載)、可靠性和產(chǎn)品設計壽命滿(mǎn)足整車(chē)要求,配套整車(chē)產(chǎn)品完成公告,并批量裝車(chē)。

      筆者解讀:
      Ⅰ)商用車(chē)和轎車(chē)對功率器件級集成要求基本相同,功率器件是基礎性產(chǎn)品,其技術(shù)共用。
      Ⅱ)整車(chē)技術(shù)水平升級和產(chǎn)品競爭力,沒(méi)有適用的功率器件,就無(wú)法用力。
      Ⅲ)電機控制器目前還做不到與電機一體化,主要的原因是功率器件高溫指標無(wú)法與電機工作溫度匹配。
      Ⅳ)如果功率器件無(wú)法集成到電機內部,需要突破中央電機布置模式,困難重重。這里提醒開(kāi)發(fā)四輪驅動(dòng)的整車(chē)企業(yè),要注意該技術(shù)發(fā)展趨勢。

      3、基于碳化硅技術(shù)的車(chē)用電機驅動(dòng)系統技術(shù)開(kāi)發(fā)

      研究?jì)热?
      攻克低感高密度碳化硅模塊封裝、高溫高頻電容器設計與封裝技術(shù)難關(guān);研究碳化硅變流器高功率密度,高頻化永磁電機設計與工藝,電機驅動(dòng)系統高效控制技術(shù),噪聲、振動(dòng)、平順性(NVH)和 EMC 等技術(shù);研究碳化硅控制器與驅動(dòng)電機一體化集成技術(shù);研究碳化硅電機驅動(dòng)系統的全壽命周期成本評價(jià)方法;開(kāi)發(fā)出車(chē)用大電流碳化硅模塊、車(chē)用高溫高頻大電流電容、全碳化硅電機控制器以及整個(gè)電機驅動(dòng)系統。

      考核指標:
      電力電子模塊電流≥400A,電壓≥750V;電容器容積比≥1.4uF/mL;碳化硅電機控制器功率密度≥30kW/L,最高效率≥98.5%,超過(guò) 90%的高效區≥90%;電機峰值功率密度≥4.0kW/kg(30 秒),連續比功率≥2.5kW/kg;電機最高效率≥96.5%,電機及其控制系統最高效率≥94.5%,超過(guò) 85%的高效率區不低于 85%;實(shí)現裝車(chē)應用不低于 10 輛。提供 2 項相關(guān)的環(huán)境適應性和安全性評價(jià)國家(或行業(yè))標準(或國際標準提案)草案。

      筆者解讀:
      Ⅰ)碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑為原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成的一種耐火材料?；璺勰┩坎伎商岣咂淠湍バ远娱L(cháng)使用壽命1～2倍;碳化硅的硬度很大,莫氏硬度為9.5級,僅次于世界上最硬的金剛石(10級),具有優(yōu)良的導熱性能,是一種半導體,高溫時(shí)能抗氧化。這就是說(shuō),車(chē)用電機采用碳化硅材料是基本趨勢。
      Ⅱ)開(kāi)發(fā)出車(chē)用大電流碳化硅模塊、車(chē)用高溫高頻大電流電容、全碳化硅電機控制器以及整個(gè)電機驅動(dòng)系統是基本趨勢。
      Ⅲ)新能源汽車(chē)采用永磁電機是基本趨勢,目前特斯拉電動(dòng)車(chē)的電機已經(jīng)由感應電機技術(shù)路線(xiàn)轉向永磁電機。永磁電機的最大優(yōu)勢是在高速電機方面。
      4、高效輕量化輪轂電動(dòng)輪總成開(kāi)發(fā)

      研究?jì)热?
      突破電動(dòng)輪集成技術(shù),包括研發(fā)電動(dòng)輪總成的電、磁、熱以及整車(chē)結構應用等多領(lǐng)域協(xié)同仿真技術(shù),突破電動(dòng)輪液冷結構與動(dòng)密封、低轉矩脈動(dòng)和 NVH、抗振能力和可靠耐久性技術(shù)。開(kāi)發(fā)出高效輕量化電動(dòng)輪總成。

      考核指標:
      滿(mǎn)足A級和A0級純電動(dòng)轎車(chē)應用的電動(dòng)輪總成(輪轂電機本體或輪內電機與減速器的總成)峰值功率密度≥2.5kW/kg(≥30秒),峰值轉矩密度≥18Nm/kg,連續比功率≥1.8kW/kg,最高效率≥94%,噪聲≤75dB(A)。實(shí)現小批量裝車(chē)不低于 10 輛。

      筆者解讀:
      Ⅰ)輪轂電機本體或輪內電機與減速器的總成應用方向是A級和A0級純電動(dòng)轎車(chē);
      Ⅱ)目前主要要求能實(shí)現小批量裝車(chē)不低于 10 輛。這說(shuō)明,該技術(shù)尚處于研究階段,處于驗證期。
      Ⅲ)商業(yè)車(chē)推行上規模用輪轂電機,還沒(méi)有到時(shí)間。
      5、一體化驅動(dòng)電機系統研制

      研究?jì)热?
      突破高速減速器設計、齒輪加工與研磨、軸類(lèi)精密加工、鑄造殼體技術(shù)難關(guān);研究高速驅動(dòng)電機與減速器結構集成、潤滑與冷卻系統、NVH 技術(shù);掌握電驅動(dòng)總成批量制造生產(chǎn)工藝與高效檢測等產(chǎn)業(yè)化技術(shù);開(kāi)發(fā)出新一代高性能電驅動(dòng)總成產(chǎn)品。

      考核指標:
      驅動(dòng)電機及高速減速器的最高轉速≥15000 轉/分,電驅動(dòng)總成匹配額定功率 40-80kW,比功率≥1.8kW/kg(峰值功率/總重量),最高效率≥92%,電驅動(dòng)總成噪聲≤80dB(A),具備電子駐車(chē)功能,實(shí)現批量裝車(chē)不低于 100 臺套。

      筆者解讀:
      Ⅰ)一體化驅動(dòng)電機系統是一個(gè)總的發(fā)展趨勢,要一步一步來(lái)推進(jìn)。要從乘用車(chē)開(kāi)始驗證;
      Ⅱ)驅動(dòng)電機及高速減速器的最高轉速≥15000 轉/分,對我國而言已經(jīng)是較高指標,離國際上水平最高轉速≥18000 轉/分距離較遠;
      Ⅲ)高速驅動(dòng)電機與減速器結構集成,是一個(gè)比較高目標。尤其的商用車(chē)而言更難。
      總結:電機驅動(dòng)與電力關(guān)鍵技術(shù)是瓶頸之一。目前中國這方面與國際上先進(jìn)相比,差距是明顯的。彎道超車(chē),也必須要科學(xué)的精神,一步一步來(lái)推進(jìn),急不得。

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