我国电动汽车关键零部件发展综合分析(中)

驱动电机及其控制器

1.驱动电机的类型和发展驱动电机是电动汽车的关键部件，直接影响整车的动力性和经济性。

驱动电机主要包括直流电机和交流电机。目前，交流电机广泛应用于电动汽车中，包括异步电机、开关磁阻电机和永磁电机（包括无刷直流电机和永磁体同步电机）。

汽车电机的发展趋势如下：

（1） 电机本体永磁体：永磁体电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率和高可靠性的优点。中国拥有世界上最丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是我国汽车驱动电机的重要发展方向。

（2） 电机控制数字化：专用芯片和数字信号处理器的出现，促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效降低了系统体积。

（3） 电机系统集成：通过机电集成（电机与发动机集成或电机与变速箱集成）和控制器集成，可以降低驱动系统的重量和体积，并有效降低系统的制造成本。

2.国外发展根据国外信息，近年来，美国和欧洲开发的电动公交车大多使用交流异步电机。

为了减轻车辆重量，电机外壳大多由铸铝制成，并且电机的恒功率范围较宽，最高转速可达基本转速的2~2.5倍。

近年来，日本的大多数电动汽车都使用永磁同步电机。产品功率等级覆盖3~123kW，电机恒功率范围非常宽，最高转速可达基本转速的5倍。日本近年来开发的电动汽车驱动电机的总体情况如表3所示。

3.中国的发展现状

（1） 交流异步电动机驱动系统中国建立了具有自主知识产权的异步电动机驱动体系开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、测试和服务体系；产品性能基本满足整车需求，大功率异步电动机系统已广泛应用于各类电动客车；通过示范运行和小规模市场应用，初步验证了该产品的可靠性。

（2） 开关磁阻电机驱动系统已经形成了优化设计和自主研发的能力。通过合理设计电机结构和改进控制技术，使产品性能基本满足整车要求；一些公司的年生产能力为2000套，可以满足小批量配套的需求。目前，部分产品已得到整车示范运营的支持，效果良好。

（3） 无刷直流电机驱动系统国内企业通过合理的设计和改进的控制技术，有效提高了无刷直流电动机产品的性能，基本满足了电动汽车的需求；初步具备机电一体化设计能力。

（4） 永磁同步电机驱动系统已形成一定的研发和生产能力，开发了不同系列的产品，可应用于各类电动汽车；产品部分技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；具备永磁同步电机的基本集成设计能力；

大多数公司仍在小规模试生产，少数公司已投资建立车辆驱动电机系统的专用生产线。

（5） 永磁电机材料永磁电机的主要材料是钕铁硼磁钢和硅钢。一些公司已经掌握了电机转子磁体的整个磁化技术，先组装后磁化。我国研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可达280℃，但技术水平仍远落后于德国和日本。硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料，其成本约占电机本体的20%，其厚度对铁耗有很大影响。日本生产了0.27mm的汽车用硅钢片，而中国只开发了0.35mm的硅钢片。

（6） 电机控制器的位置/速度传感器是电机控制器的关键部件，主要是旋转变压器，目前基本上是进口的。我国一些公司具有旋转变压器的研发和生产能力，但在产品精度和可靠性方面与国外仍有差距。IGBT基本上依赖进口，这很昂贵。用于国产汽车的IGBT仍处于研究阶段。

4.我国驱动电机及其控制器存在的主要问题。

（1） 电机原材料和控制器核心部件的研发能力较弱，依赖进口，如硅钢片、电机高速轴承、位置/速度传感器、IGBT模块等。进口产品成本高影响了电机系统的产业化。

（2） 我国汽车电机的机电一体化水平与国外相差甚远。该控制器集成度低，体积和重量相对较大。

（3） 中国的汽车电机系统仍处于起步阶段，制造技术落后，缺乏自动化生产线，导致产品可靠性和一致性较差。工业化规模小，成本高。

（4） 目前，电动汽车驱动电机系统的国家标准很少且不完善。例如，不同类型的电机系统采用相同的测试标准，缺乏可靠性和耐久性评估方法。

车辆控制器

1.国外的发展车辆控制器的发展包括软件和硬件设计。核心软件一般由汽车制造商开发，硬件和底层驱动软件可以由汽车零部件制造商提供。

（1） 国外车辆控制器技术趋于成熟。大多数国外车企在电动汽车领域已经积累了足够的经验，其控制策略也高度成熟，整车节油效果良好。控制器产品已通过市场测试证明是可靠的。

（2） 汽车电子零部件企业积极开展车辆控制器的研发和制造。

德尔福、大陆集团和博世集团等多家汽车电子元件巨头都开发和生产了车辆控制器。一些汽车设计公司也为车辆控制器提供技术解决方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在电动汽车的车辆控制器领域也有许多成功案例。

（3） 控制器的标准化引起了相关企业的关注。全球汽车制造商、零部件供应商以及电子、半导体和软件系统公司共同成立了汽车开放系统架构联盟，并形成了AUTOSAR（汽车开放系统体系结构）标准，简化了开发过程，使ECU软件可重复使用，这是控制器发展的趋势。

2.中国的发展现状在“863”计划中，中国的车辆控制器主要以大学为基础，如清华大学、同济大学、北京理工学院等。目前，车辆控制器的软硬件开发能力已初步掌握。

该产品功能比较齐全，基本可以满足电动汽车的需求，并已应用于原型车和小批量产品。一些汽车公司与外国公司合作，如FEV和RICARDO。通过共同开发，我们将吸收国外相关技术和经验，增强自主开发能力。目前，制造商已经基本掌握了车辆控制器的开发技术，但技术积累有限……

d水平不均匀。

我国控制器硬件水平与国外有一定差距，工业化能力相对不足。大多数企业在推出量产电动汽车产品时，更倾向于选择国外的汽车控制器硬件供应商。此外，控制器的基本硬件和开发工具基本上依赖进口。

总体而言，控制器产品的技术水平和产业化能力与国外仍有较大差距。

3.中国车辆控制器的主要问题

（1） 应用软件大多停留在功能实现上，软件诊断功能、车辆安全控制策略和监控功能有待优化和完善。

（2） 我国电动汽车正处于原型开发和示范运行阶段，基础数据库不完善，影响了整车控制器的设计水平。

（3） 一些企业可以根据V型开发流程（一种软件和产品开发工具）引入相关设备和软件，一般使用通用开发工具进行二次开发；现有工具侧重于早期开发，缺乏制造和售后服务的工具，不利于产品的产业化发展。

（4） 国内企业可以完成车辆控制器的硬件结构设计，但由于我国芯片集成度弱、制造能力差，在可靠性和稳定性方面仍有很大的提升空间。

（5） 目前，各车企对控制器接口和网络通信协议的定义各不相同，导致控制器之间的通用性和可重用性较差，不利于控制器的产业化和规模化。

（编辑：李燕郊）驱动电机及其控制器

1.驱动电机的类型和发展驱动电机是电动汽车的关键部件，直接影响整车的动力性和经济性。

驱动电机主要包括直流电机和交流电机。目前，交流电机广泛应用于电动汽车中，包括异步电机、开关磁阻电机和永磁电机（包括无刷直流电机和永磁体同步电机）。

汽车电机的发展趋势如下：

（1） 电机本体永磁体：永磁体电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率和高可靠性的优点。中国拥有世界上最丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是我国汽车驱动电机的重要发展方向。

（2） 电机控制数字化：专用芯片和数字信号处理器的出现，促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效降低了系统体积。

（3） 电机系统集成：通过机电集成（电机与发动机集成或电机与变速箱集成）和控制器集成，可以降低驱动系统的重量和体积，并有效降低系统的制造成本。

2.国外发展根据国外信息，近年来，美国和欧洲开发的电动公交车大多使用交流异步电机。

为了减轻车辆重量，电机外壳大多由铸铝制成，并且电机的恒功率范围较宽，最高转速可达基本转速的2~2.5倍。

近年来，日本的大多数电动汽车都使用永磁同步电机。产品功率等级覆盖3~123kW，电机恒功率范围非常宽，最高转速可达基本转速的5倍。日本近年来开发的电动汽车驱动电机的总体情况如表3所示。

3.中国的发展现状

（1） 交流异步电动机驱动系统中国建立了具有自主知识产权的异步电动机驱动体系开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、测试和服务体系；产品性能基本满足整车需求，大功率异步电动机系统已广泛应用于各类电动客车；

通过示范运行和小规模市场应用，初步验证了该产品的可靠性。

（2） 开关磁阻电机驱动系统已经形成了优化设计和自主研发的能力。通过合理设计电机结构和改进控制技术，使产品性能基本满足整车要求；一些公司的年生产能力为2000套，可以满足小批量配套的需求。目前，部分产品已得到整车示范运营的支持，效果良好。

（3） 无刷直流电机驱动系统国内企业通过合理的设计和改进的控制技术，有效提高了无刷直流电动机产品的性能，基本满足了电动汽车的需求；初步具备机电一体化设计能力。

（4） 永磁同步电机驱动系统已形成一定的研发和生产能力，开发了不同系列的产品，可应用于各类电动汽车；产品部分技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；具备永磁同步电机的基本集成设计能力；

大多数公司仍在小规模试生产，少数公司已投资建立车辆驱动电机系统的专用生产线。

（5） 永磁电机材料永磁电机的主要材料是钕铁硼磁钢和硅钢。一些公司已经掌握了电机转子磁体的整个磁化技术，先组装后磁化。我国研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可达280℃，但技术水平仍远落后于德国和日本。硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料，其成本约占电机本体的20%，其厚度对铁耗有很大影响。日本生产了0.27mm的汽车用硅钢片，而中国只开发了0.35mm的硅钢片。

（6） 电机控制器的位置/速度传感器是电机控制器的关键部件，主要是旋转变压器，目前基本上是进口的。我国一些公司具有旋转变压器的研发和生产能力，但在产品精度和可靠性方面与国外仍有差距。IGBT基本上依赖进口，这很昂贵。用于国产汽车的IGBT仍处于研究阶段。

4.我国驱动电机及其控制器存在的主要问题。

（1） 电机原材料和控制器核心部件的研发能力较弱，依赖进口，如硅钢片、电机高速轴承、位置/速度传感器、IGBT模块等。进口产品成本高影响了电机系统的产业化。

（2） 我国汽车电机的机电一体化水平与国外相差甚远。该控制器集成度低，体积和重量相对较大。

（3） 中国的汽车电机系统仍处于起步阶段，制造技术落后，缺乏自动化生产线，导致产品可靠性和一致性较差。工业化规模小，成本高。

（4） 目前，电动汽车驱动电机系统的国家标准很少且不完善。例如，不同类型的电机系统采用相同的测试标准，缺乏可靠性和耐久性评估方法。

车辆控制器

1.国外的发展车辆控制器的发展包括软件和硬件设计。核心软件一般由汽车制造商开发，硬件和底层驱动软件可以由汽车零部件制造商提供。

（1） 国外车辆控制器技术趋于成熟。大多数国外车企在电动汽车领域已经积累了足够的经验，其控制策略也高度成熟，整车节油效果良好。控制器产品已通过市场测试证明是可靠的。

（2） 汽车电子零部件企业积极开展车辆控制器的研发和制造。

德尔福、大陆集团和博世集团等多家汽车电子元件巨头都开发和生产了车辆控制器。一些汽车设计公司也为车辆控制器提供技术解决方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在电动汽车的车辆控制器领域也有许多成功案例。

（3） 控制器的标准化引起了相关企业的关注。全球汽车制造商、零部件供应商以及电子、半导体和软件系统公司共同成立了汽车开放系统架构联盟，并形成了AUTOSAR（汽车开放系统体系结构）标准，简化了开发过程，使ECU软件可重复使用，这是控制器发展的趋势。

2.中国的发展现状在“863”计划中，中国的车辆控制器主要以大学为基础，如清华大学、同济大学、北京理工学院等。目前，车辆控制器的软硬件开发能力已初步掌握。

该产品功能比较齐全，基本可以满足电动汽车的需求，并已应用于原型车和小批量产品。一些汽车公司与外国公司合作，如FEV和RICARDO。通过共同开发，我们将吸收国外相关技术和经验，增强自主开发能力。目前，制造商已经基本掌握了车辆控制器的开发技术，但技术积累有限……

d水平不均匀。

我国控制器硬件水平与国外有一定差距，工业化能力相对不足。大多数企业在推出量产电动汽车产品时，更倾向于选择国外的汽车控制器硬件供应商。此外，控制器的基本硬件和开发工具基本上依赖进口。

总体而言，控制器产品的技术水平和产业化能力与国外仍有较大差距。

3.中国车辆控制器的主要问题

（1） 应用软件大多停留在功能实现上，软件诊断功能、车辆安全控制策略和监控功能有待优化和完善。

（2） 我国电动汽车正处于原型开发和示范运行阶段，基础数据库不完善，影响了整车控制器的设计水平。

（3） 一些企业可以根据V型开发流程（一种软件和产品开发工具）引入相关设备和软件，一般使用通用开发工具进行二次开发；现有工具侧重于早期开发，缺乏制造和售后服务的工具，不利于产品的产业化发展。

（4） 国内企业可以完成车辆控制器的硬件结构设计，但由于我国芯片集成度弱、制造能力差，在可靠性和稳定性方面仍有很大的提升空间。

（5） 目前，各车企对控制器接口和网络通信协议的定义各不相同，导致控制器之间的通用性和可重用性较差，不利于控制器的产业化和规模化。

（编辑：李燕郊）

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