本文主要給大家介紹一下電機系統和電驅動總成產品的技術現狀與發展趨勢。根據中汽協統計，過去幾年的基本情況是，2011年新能源汽車銷量8200輛，其中純電動車近5600輛其余2600輛為PHEV；2018年純電動車就到了98.4萬輛，插電混合動力車27萬輛，燃料電池車只有1527輛，三者加起來大概125.6萬輛。到2019年新能源汽車銷售120.6萬輛，其中純電動120.6萬輛，其中純電動車97.2萬、PHEV 23.2萬、FCEV2737輛。以上就是中國新能源汽車的現狀。盡管現在新能源汽車在我國汽車市場占比在5%以下，但就環保節能大趨勢而言，國人仍認為汽車電動化是汽車發展的未來，這個觀點與全球汽車技術進步大潮吻合。 汽車為什么要電動化？ 原因是隨著電能的清潔化，即可再生能源發電逐步增多，汽車電動化將帶來節能減碳和低污染排放的優勢。就汽車動力系統而言，電驅動總成的電機與內燃機動力總成的發動機相比優勢明顯。發動機從靜止的零轉速到怠速狀態不能工作，甚至連轉起來也需起動機拖動，也就是說發動機只能工作在怠速400~500rpm以上轉速范圍。乘用車發動機的極限轉速或紅線轉速一般在5500-9000rpm。而商用車發動機的極限轉速大多會在4000rpm左右。這就決定了發動機起動性能差，所構成的動力和傳動系統離不開起動機和變速器。電機系統則不同，它可從零一直到極高轉速都能工作，其高轉矩區位于低速段，這一點有區別于發動機高轉矩區位于相對較高速段。該特點決定了電機可以自起動，而且低速段動力強，因而裝有電驅動系統的車輛百公里加速快，所構成的電驅動系統可以直驅或者僅采用減速器，只有在動力性要求極高超跑車和爬坡高速都有需求的工程車才需要變速器。第二個區別是，在橫坐標轉速-縱坐標轉矩坐標系中，發動機只能在第一象限運行，而電機可以在四個象限工作。也就說電機向正方向轉的時候，轉矩可以為正（與轉速同向）產生驅動，也可以為負（與轉速反向）產生制動；同理，電機向負方向轉的時候，轉矩方向也可以與轉速相同或相反，從而形成反向驅動或制動。因此，電動化汽車可以自如地前進與倒退、驅動與回饋制動。綜合起來就是電驅動可四個象限運行，即在轉速-轉矩平面上的任何一點運行，這是電機和發動機的另一點區別。 搭載內燃機的國產傳統汽車，由于發動機起動和變速箱控制等技術落后，極少車企做到百公里加速6秒以內。借助于電機和電驅動系統的動力性，很多的車企（包括新造車勢力）都能夠做到百公里加速五秒甚至四秒以內。可進行雙向機電能量換的電機系統，另一個作用是它可實現制動能量回饋，這也是電動化汽車節能的一個很重要方面。 根據國家電能清潔化的規劃，以化石能源煤電從2016年的68.5%、2030年的44%到2050年的13%占比逐步下降，以水電、核電、風電和太陽能等清潔能源發電將取而代之，到2050年接近78%。如果一臺現階段排放二氧化碳188g/km的電動車，僅靠電能清潔化到2050年就可減低二氧化碳排放到58g/km。可見減少二氧化碳排放主要途徑是電能的清潔化，當然電機、控制器和電驅動系統的效率的提高也是節能減碳的一條路徑。人們關注的另一個重要問題是：靠燒煤發電運行的電動車是否能夠降低與PM2.5相關的污染排放？假設電能100%來自燃煤熱電廠（實際煤電占比已經低于65%）、輸電和充電損耗分別是6%和10%，按2016年電廠統計每發1度電排放微顆粒和有毒氣體1克計算，對于百公里最高耗電量低于30kWh的B級以下電動車（A級車低于20kWh/100km），那么一個電動化的車所排放的有毒氣體和硅顆粒大約0.33g/km，小于汽油車國六排放標準的0.665g/km的一半。考慮煤電占比只有65%和B級車單車耗電遠低于30kWh/km，實際B級電動車排放與PM2.5相關的微顆粒和有毒氣體將遠遠低于0.33g/km。結論不言而喻，電動車即使100%用煤電，也比同噸位燃油車更環保。因此，“電能的清潔化+汽車電動化”已經成為我國節能減碳減排的戰略大旗。并制定了傳統汽車企業平均油耗在2020年達到5L/100km、2025年4L/100km、2030年3.2L/100km的能耗目標。因為傳統內燃機汽車達不到該油耗指標，汽車電動化就不再是一個可選項，而是一個必選項。 以上是我國對車企所生產的全部輕型車的加權平均油耗限額。這個百公里油耗顯然與駕駛工況相關。“十二五”和“十三五”前期的油耗限額是建立在新歐洲工況（New European Driving Cycle,簡寫NEDC）測評基礎上的。我國明年開始，NEDC將被全球輕型車測試循環（Worldwide HarmonizedLight-duty Vehicle Test Cycle, 簡稱WLTC）所取代。值得注意的是WLTC比NEDC工況更嚴酷，同一輛車在WLTC測得的油耗將高于NEDC下測評結果。2021年我國執行新能源和傳統汽車的“雙積分”政策。傳統內燃機汽車(ICE)、混合動力汽車（HEV）和插電混合動力車（PHEV）混動狀態百公里油耗要在WLTC工況下測評，電動車（BEV）、插電混合動力車（PHEV）電動狀態和燃料電池車（FCEV）電耗或氫燃料消耗須在中國工況（China Light-duty VehicleTest Cycle，簡稱CLTC）下評測。“雙積分”不僅要求汽車油耗達標，同時要求新能源汽車電耗和數量積分達標才能無罰款地銷售燃油汽車。電機系統和電驅動總成的評價體系也將逐步由僅考慮電機、控制器和電驅動總成的最高效率逐步過渡到評價電驅動系統在適當工況（WLTC或CLTC等）下的油耗、電耗或氫耗等低能耗指標。 新能源汽車的重要指標是安全 工信部在2019年的10月25號發布了《電動車安全指南》。作為電機系統與電驅動總成安全安全指南專家組長，組織了整個行業的主機廠、供應商等產學研專家就電機和電驅動安全從設計制造到檢驗運營維保等全方位提出了安全建議和指導。盡管安全指南非強制性標準，仍建議從事電驅動相關行業的參考實施。 電驅動系統可分為集中和分布驅動。所謂集中驅動就是把電機提供的動力直接或通過減速器傳遞給差速器，再將動力分配給左右兩個車輪，無論車輛直行還是轉彎這個過程都是自動的。集中驅動借助于差速器將動力自適應地傳遞給驅動輪，這一點與傳統的動力-傳動總成，只是將發動機換成了電機。所需注意的是，總成中的花鍵和齒輪要滿足電機四象限運行對正反轉和正負轉矩的壽命和強度要求；所謂分布驅動就是把輪邊電機或輪轂電機裝在輪子的邊上或者輪子中運行，那么每個輪子的驅動電機之間就不能像差速器一樣自適應分配轉矩和轉速，輪邊或輪轂電機之間需要控制器在直行和轉彎時協調控制，即分布控制。除了分布控制這個難題以外，如何把輪轂電機裝到現有機械制動為鄰的狹小車輪中也是一個挑戰。密封、減振、舒適和輪胎壽命等也是輪轂分布驅動面對的問題。但是，分布電驅動減少了傳動環節和路徑，具有較好的節能前景。因此輪邊和輪轂電機為代表的分布電驅動，是挑戰和機遇并存的前瞻研發方向。

圖1.電驅動總成研究內容（節能與新能源汽車電驅動系統技術路線圖專家組初稿） 圖1是電動化汽車電驅動總成的主要研究對象，包括機電耦合混合動力、純電驅動和輪轂/輪邊驅動總成。它們都是由驅動電機、功率電子控制器，減/變速器構成的。再進一步可分解成定轉子、傳動部件、功率/控制模塊等，一直到材料、零部件/元器件級的電磁線、永磁體、軸承、傳感器、高低壓芯片/集成電路、無源電容/電感、齒輪、離合器等等 。
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