纯电动车动力总成关键零部件现状及发展趋势马肖 , 张宏超 , 赵坤 , 韩旭 , 周有为 （中国汽车技术研究中心有限公司 , 天津 300300）

　　摘要：随着能源及环保问题日益突出，新能源汽车越来越受到大众的重视和认可。近年来，国内新能源汽车发展迅猛，其中纯电动汽车表现 尤为突出。介绍纯电动车动力总成系统的特点及其关键零部件电机、驱动电机和减速器的现状及未来发展趋势。 关键词：纯电动车；电机；驱动电机；减速器

　　2.1电机 目前绝大部分使用的都是 IGBT，IGBT 发明于上个世纪 80 年代初，学名绝缘栅双极型晶体管，是国际上公认的电力电子技术 第三次最具代表性的产品。长期以来，IGBT 的核心技术都掌握 在欧美和日韩手里。为了实现技术突破，“十二五”期间国家列入重 大技术突破专项中。在众多企业坚持不懈的攻关和研发下，IGBT 关 键核心器件已经被攻克，市场份额逐年上升。和国外先进的 IGBT 相比， 从技术、工艺、效率、材料等多个方面，我们都还是有明显不足的。 IGBT 的技术关键有两点，一是散热，二是背板工艺。而其中最关键 的是材料科学，中国还是相对薄弱。 未来的发展趋势是 SiC( 碳化硅 )，目前普遍认为碳化硅比 IGBT 更先进，因为碳化硅可以通过大幅度提高电机的转速实现电机比功率 的升高，符合目前高转速趋势的需求，而且他的频率和效率很高，体 积却非常小，符合轻量化的趋势。碳化硅还具有在高频率时损耗低的 优势，能将车辆的效率再提高 10% 左右，这意味着续航里程可以得到 极大的提升。目前阻碍碳化硅发展的主要是价格，SiC 材料的成本据 估算是 IGBT 的 10 倍左右，碳化硅全面取代 IGBT 预计还需要 5 到 10 年的时间。 2.2驱动电机 目前行业对交流异步电机、永磁同步电机及开关磁阻电机关注度 较高 [2]。永磁同步电机具有效率高、转速范围宽、体积小、重量轻、 功率密度大、成本低等优点，成为纯电动乘用车市场的主要驱动电机。 从行业配套来看，新能源乘用车主要使用的是交流感应电机和永 磁同步电机。其中，永磁同步电机使用较多，因其转速区间和效率都 相对较高，但是需要使用昂贵的系统永磁材料钕铁硼；部分欧美车系 采用交流感应电机，主要因为稀土资源匮乏，同时出于降低电机成本 考虑，其劣势主要是转速区间小，效率低，需要性能更高的调速器以

　　在未来几年的纯电动乘用车市场上，电机 IGBT 有被碳化 硅取代的趋势；永磁同步电机仍将占据主流。随着轮毂电机技术的逐 步成熟和成本的下探，其在纯电动乘用车市场的配套量会有一定的增 长；单级减速器目前仍然是纯电动车的主要选择，但是随着相关技术 的成熟，二级变速器未来有望成为一大趋势；纯电动动力总成系统高 度集成一体化趋势将会越来越明显。

　　匹配性能，比如两档减速器。 整体来看，我国驱动电机取得较大进展，已经自主开发出满足各 类新能源汽车需求的产品，部分主要性能指标已达到相同功率等级的 国际先进水平。但是在峰值转速、功率密度及效率方面与国外仍存在 一定的差距，在材料和生产工艺方面仍有待提高。 目前行业对轮毂电机还是以观望为主，仅部分电机企业，而且主 要是外资企业在进行相关研发工作。没有成熟量产车的支撑一级轮毂 电机的高成本和系统复杂度尚未解决，轮毂电机发展较为缓慢。 2.3纯电动车减速器 目前，全球主流纯电动汽车均采用电机匹配单级减速器的架构 [4]。 从结构上来说，单级减速器不需要换挡机构、同步器和离合器，结构 相对简单且容易实现，因此为车企所广泛使用。 电机的工作范围较广，但相对来说，在中低转速的情况下，电机 的扭矩非常足，工作效率也相对较高。但在高转速的情况下，电机的 效率和扭矩则会急速的下降。而二级变速器的作用就是使电机尽量工 作在高效率的转速区间，从而达到降低损耗、提高续航里程等效果。 与单级减速器相比，二级变速器可节省的电量高达 10% 左右。 2.4高速化和一体化趋势 从技术层面来看，未来动力总成系统的高度集成一体化趋势已经 十分明显 [5]。目前各厂家纷纷投入人力物力进行一体化动力总成的研 究，部分一体化动力总成已实现批量生产。将动力总成系统中的核心 部件和控制系统高度集成一体化，不仅可以提高系统的功率密度，减 少能量在各个环节的损耗，提高能效，增大续航里程，同时能降低成本， 减少体积、实现轻量化。此外，为了提高功率密度、减小体积、实现 轻量化，驱动电机转速越来越高，目前转速普遍集中在 12000r/min 左 右，但新一轮的产品转速普遍在 16000r/min 左右，少数企业已经在开 发 18000r/min~20000r/min 的产品。

　　纯电动车动力总成系统主要包括驱动电机，电机和减速器 三个部分。动力总成系统的性能直接决定了整车的动力性、经济性， 对 NVH 和 EMC 也有着重要的影响 [1]。驱动电机将电能转换为机械能； 电机使动力总成尽可能的工作在理想状态；减速器通过减速增 扭，使输出的转速扭矩符合车辆行驶的要求。 一般来讲，汽车起步时转速较低，但需求扭矩较大；运行起来， 尤其是在高速运行时，希望系统有较宽的恒功率区。同时，汽车还应 具有良好的舒适性和操作稳定性。以上特点要求驱动电机具有高转速6t体育app官网入口、 高扭矩、高功率密度、低转矩波动、低噪声等特点。同时，在低速时 要具有高过载能力 ( 一般会超过额定电量的两倍 )；较宽的恒 功率区，要求有较强的弱磁能力。众所周知，制约新能源汽车 发展的一个主要问题就是续航里程，所以要求动力系统的每个零部件 都要尽可能的高效，在不增大电池容量的前提下，尽量提高续航里程。 目前的动力总成系统的峰值效率都达到了 95% 左右。在进行系统设计 时，一般会通过减速器速比匹配、电机标定等手段，使系统的高效工 作区与车辆行驶最经常运行区域相重合，峰值效率最好对应使用最频 繁的工况。