1 新能源汽車專有技術研究範圍和內容
新能源汽車是在傳統汽車產業鏈基礎上進行延伸，結構上與傳統汽車的最大區別在於動力系統，增加了電池、電機、電控系統等組件。
基礎部件材料研究：包括動力電池材料研究、單體電池、電池模塊、電池系統以及結構輕量化材料。
汽車動力系統研究：包括電化學動力系統、高溫電力電子研究和混合動力發動機系統研究，具體包括電機設計、逆變器和充電裝置研究。
網聯車輛信息研究：汽車電子方面、車輛智能化研究和交通網聯研究。
電子控制與智能技術：包括電空調、電子制動、電子轉向、智能安全輔助和智能駕駛以及智能製造（製造信息化與車身輕量化）。
新能源技術：包含低碳與可再生能源、氫電基礎設施和能源互聯網。
電機控制器（MCU）：接收來自整車控制器的指令，將動力電池直流電流進行逆變控制，形成三項交流電進行電機轉矩轉速控制，並檢測電機及控制器狀態進行敀障診斷。
整車控制器（VCU）：將駕駛員意圖通過加速踏板信號轉換為動力系統的需求信號，對整車能量進行管理，對各系統進行監控並及時反饋信息和報警等。
2 關於功率密度
在功率密度方面，美國能源部的報告要求驅動系統（電機+電控）的峰值功率密度在2020年達到5kw/L，2025年大幅提升到33kw/L，分解到電控是100kw/L，分解到驅動電機是50KW/L。
注：美國認為體積涉及到汽車的有效空間利用和乘客體驗，從商業層面上講，功率體積比的概念要比功率重量比更重要。
橡樹嶺實驗室就在2017年開發出一款電機產品，這款電機是鐵氧體永磁同步電機，轉子採用雙層SPOKE結構，經過測試這款峰值功率為103kw的電機，轉矩密度比prius2010提高了10%，最高轉速提高了20%。
如果以9000rpm 103kw的峰值工況工況計算，該電機功率密度達到10.3kw/L，成本降低到4.4＄kw，其採用的核心創新點就是無稀土技術和自動優化算法。
橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）是美國能源部所屬的一個大型國家實驗室，成立於1943年，最初是作為美國曼哈頓計劃的一部分，以生產和分離鈾和鈈為主要目的建造的，原稱克林頓實驗室。
2000年4月以後由田納西大學和Battelle紀念研究所共同管理。他們的使命是攻克美國當下面臨的最嚴峻的科學難題，並且開發新技術，為人類創造更加美好的生活。
3 新能源汽車對驅動電機的要求
車用驅動電機是電動汽車動力系統的核心關鍵部件，其性能的優劣直接影響到車輛的整車性能。
我國自主開發的永磁同步電機、交流異步電機和開關磁阻電機已經實現了與國內整車企業的中小批量配套，產品的功率範圍覆蓋200kW以下整車的動力需求。
與此同時，以美國、歐洲和日本為主的提供新能源汽車驅動系統的企業發展迅猛，在降低電機生產成本、改善電機效率及電機和發動機一體化設計等方面取得了長足進展，產業鏈逐步完善，配套能力不斷提高。
- 低速大扭矩 For quick start and capability to climb steep hill
- 高速寬恆功率 For high speed cruise and overpass capability at high speed
- 高功率密度 high power density
- 節能高效 Energy saving
4 車用驅動電機與工業電機對比
與一般工業用電機不同，用於汽車的驅動電機應具有調速範圍寬、起動轉矩大、後備功率高、效率高的特性，此外，還要求可靠性高、耐高溫及耐潮、結構簡單、成本低、維護簡單、適合大規模生產等。
4.1 封裝尺寸方面
- 工業電機：空間幾乎不受限制，可用標準封裝配套各種應用場景
- 車用電機：佈置空間有限必須根據具體產品進行特殊設計
4.2 工作環境方面
- 工業電機：環境溫度適中（-20℃～+40℃），靜止應用，震動較小
- 車用電機：溫度變化大（-40℃～+105℃），震動劇烈
4.3 可靠性要求
- 工業電機：要求較高的可靠性，以保證生產效率
- 車用電機：要求很高的安全性以保證乘客安全
4.4 冷卻方式
- 工業電機：通常為風冷，體積大
- 車用電機：通常為水冷，體積小
4.5 控制性能
- 工業電機：多為變頻調速控制，動態性能較差
- 車用電機：需要精確的力矩控制，要求動態性能好
4.6 功率密度
- 工業電機：較低，一般1kw/kg以下
- 車用電機：較高，一般3kw/kg以上
▲BMW i3 Electric Drive unit
4.7 成本方面
對於峰值功率100kw的驅動系統，2020年系統成本要求8美元/kw，分解到電機是3.3美元/kw，電控2.7美元/kw；2025年系統成本要求6美元/kw。
BMWi3 2016版本的驅動系統技術指標有一定進步，其電機的功率密度達到9.2kw/L，電控的功率密度達到18.5kw/L，超過2020年目標水平，但未達到2025年水平，其成本數據也未公佈
5 車用電機分類和技術特點
目前在用或開發的電動汽車用電動機主要有直流電動機（DCM）、感應電動機（IM）、永磁電動機（PM）、開關磁阻電動機（SRM）四類。
5.1 車用電機類型
按類型的話，驅動電機分為交流電機和直流電機，在直流電機方面，低速電動汽車主要用串勵電機和他勵電機。
5.2 在交流電機應用方面
- 異步電機主要用於電動客車牽引電機
- 開關磁阻電機主要用於混合動力汽車
- 永磁同步電機主要用於乘用車和商用車的驅動電機
5.3 在電機類型和特點方面
在啟動性能、額定運行點峰值效率、高效率運行區佔比、重量功率密度等方面，永磁同步電機優於直流電機、異步電機、開關磁阻電機和無刷直流電機。
在恆功率速度範圍、轉矩穩定性、電機可靠性和NVH方面，永磁同步電機和感應電機不相上下。
6 車用電機的使用要求對電機提出的設計要求
永磁同步電動機（PMSM）系統具有高控制精度、高轉矩密度、良好的轉矩平穩性以及低噪聲的特點，是一種比較理想的電動汽車驅動系統。
6.1 動態性能要求
轉速範圍寬、轉矩過載比大、最高空載反電勢限制和最大電流限制
6.2 集成度要求
高持續功率密度、高峰值功率密度
6.3 全局高效要求
低能耗、更大範圍內高效率、頻繁工作區內高效率，具體方法：確定永磁電機基本設計參數，確定一組最小集合作為設計變量；用性能、效率和功率密度三個設計維度來描述。
6.4 高效區規劃
把基於額定工況的電機效率計算優化為基於循環工況的電機平均效率計算，建立永磁電機高效區與電機參數的解析關係，事實上，永磁電機的高效區可以規劃，用以提升電動汽車的能量利用率。
6.5 高功率密度設計
損耗分配：合理分配電機各組件損耗，使各部分溫升維持在限度以內，建立鐵損模型。
6.6 功率密度設計：建立功率密度自動尋優流程。
利用熱網絡進行溫升計算，通過改進的優化計算方法進行以溫升為邊界、面向效率的優化設計。
6.7 電機降噪方法
6.7.1 電機極槽配合優化：永磁電機低頻段的震動噪聲由電機極槽等設計參數有關，選擇合理的極槽可以降低電機低頻噪聲。
6.7.2 PWM（脈寬調製）優化：PWM對永磁電機震動噪聲的影響主要分佈在開關頻率及其倍數附近頻率，可優化PWM策略，降低電機噪聲。
7 車用電控模塊
整車控制器相當於汽車的大腦，負責在整車行駛過程中接收來自駕駛員的各項操作指令、病診斷分析整車及部件狀態，綜合判斷，向各個部件控制器發送控制質量，是整車按照駕駛員預期安全行駛。
主要功能：
- 工況識別；
- 整車能量管理；
- 制動能量回收控制功能；
- 電機轉矩控制；
- 電動輔助部件控制（電動助力轉向、電動空調、電動暖風、電動真空泵）；
- 故障診斷；
- 系統安全監控等。
7.1 電力電子器件的發展階段
第一代：晶閘管、GTO、BJT、MOS，時間在90年代及以前
第二代：IGBT，時間在2000年以後
第三代：SiC、GaN，2020年以後
7.2 車用電控器件
7.3 DC/AC變換器
7.3.1 DC-AC變換器也稱為逆變器（inverter），即將直流電變換為交流電的電力電子功率變換器（power converter）。
7.3.2 逆變器的類型，依據直流電源的特性不同可以分為：
- 電壓型逆變器 Voltage Source Inverter，VSI
- 電流型逆變器 Current Source Inverter，CSI
7.4 車用IGBT模塊發展趨勢
第一代：引線鍵合、單面冷卻
第二代：平面封裝、集成冷卻
第三代：集成型雙面冷卻
把溫度傳感器和電流傳感器功能集成，實現對整個芯片級的管理，同時集成水冷流道的散熱結構。
（未完待續）
參考文獻：
- 美國能源部2025電機和電控技術發展規劃
- 《圖解汽車構造與原理》化學工業出版社 於海東
- 中科院溫旭輝博士報告和演講資料
- 百度文庫相關資料
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