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　　客車網從現場了解到，依靠關鍵技術的突破創新提高核心競爭力，已成為新能源汽車領域的共識。電力電子作為新能源汽車的關鍵技術，其技術進步影響著新能源汽車產業向電動化、智能化方向邁進。中國科學院電工研究所電動汽車技術部主任溫旭輝針對“高性能車用電機驅動系統相對基礎的研究”進行演講。 　　以下為演講實錄：

　　各位領導，各位專家，各位同行，我的報告題目是高性能車用電機驅動系統相對基礎的研究，我的報告分以下三個部分：

　　第一，新能源汽車對電機驅動的需求。

　　剛才歐陽老師對于整個節能和新能源汽車的發展路線進行了概括性的發言，當前對于新能源汽車來說，卡脖子的還是電池。但是歐陽老師也說道，電池的發展進步超乎了預期，到了2020年和2025年這樣兩個大節點的時候，可能電池就不是問題了，這個時候電機驅動系統對于整車動態性能等的影響會直接影響市場銷售，電機驅動的性能可能決定這些汽車廠的市場競爭力。總的來說，新能源車對電機驅動系統的需求，我們歸結為全局的性能優化、全局高效率和系統集成度的不斷提高。

　　這里我要給給大家匯報的，一個是在電機方面，另一個是在變流器電機驅動兩方面的工作。

　　首先永磁電機，我們提出永磁電機的多維設計，其實目標就是要做到全局的性能優化。新能源汽車的要求是動態性能、集成度、全局的高效。這張表的第一層要求是性能、高效和高集成度，每個一層要求往下分的時候還有更多更細的要求，以性能未來就有寬轉速范圍、高過載轉矩等。我們把這些要求總體歸結為性能設計空間、功率密度設計空間、效率設計空間。我們確定了永磁電機設計參數的一組最小的組合來作為設計的自變量，用性能、效率和功率三個空間組合來描述永磁電機，形成綜合的設計方法。

　　這張圖是一張電機的關鍵參數圖，還有一個沒有畫出來的軸是凸極率，對永磁來說，直軸電感、永磁磁鏈、凸極率是三個性能的參數。這三個參數往下一層跟電機的結構、電機的材料相關的，這三個參數就是一個媒介，可以決定電機的性能。我們可以把直流電壓安全、單位功率因素、弱磁區以及變流器的紋波電流限制等都表達在這張圖上，在這些限制線的中間區域就是我們可以選擇的電機參數范圍。通過一個換底的公式就可以利用這一張圖對全速度和轉矩范圍的電機參數進行評價，具體技術我們有文章和博士論文，覺得一個電機的全局設計方法是很好用的，愿意拿出來跟大家分享，希望能夠跟企業合作。

　　另外，永磁高效區的規劃。因為永磁電機在低速恒轉矩區肯定是銅損為主，高速區一定是鐵損為主。你也可以看得出最高效區并不一定在這個中間，甚至是在中低速輕載區，就是說我們高效區是可以規劃的，可以用來提升能量的利用率，用在工程實踐中，可以成為電機的一個賣點。從一個簡單的條件出發，我們推出了一個非常簡單的公式，用二次曲線來表達效率等高線，這樣就可以做到對電機的高效區能夠進行一些規劃。

　　這是一個例子，在這樣一個例子里，一般電機的高效區在這個中間位置，但在這個例子中大部分頻繁工作的區域并不在中間位置，怎么辦呢?我們就把等高線，比如90%等高線往外畫一點，這樣一來我們就可以設計出平均效率更高的電機，在這個例子中使電機的平均效率設計值提升了約2%。

　　另外，我們提的功率密度設計空間，實質是根據傳熱的條件來進行銅損、鐵損的分配，在電機的損耗首先要控制得好的前提下，還可以通過鐵損和銅損的分配來提升功率密度。當然，這樣做的前提是，基礎層面的鐵損要算準、熱阻要算準，尤其是在有噴油，有對流的情況下，熱阻不太容易算準。我們做了一臺370千瓦的水冷和噴油冷卻結合的復合冷卻電機，實現了以提升平均效率為目標的永磁電機高效區規劃方法等，該電機平均效率設計值提升約2%。

　　我們對永磁電機性能的研究已經做了不少的工作了，但是涉及NVH和電磁兼容的工作做的還很少，影響電機噪聲和電磁兼容特性的一些參數根本就不在我剛才提出的那個基本的參數以內，下一步很有可能需要做深入的研究。我覺得在電池的制約瓶頸即將過去的時候，對電機和電力電子的性能對整車性能和市場的影響，我們要有一些提前的部署。

　　下面給大家報告一下高功率密度車用變流器集成及SiC應用。株洲所電力電子集成已經做了相當的一個水平，剛才郭總也講做到了20千瓦/升，至少產品這一級跟國外是相同水平。這張圖實際上是豐田的產品水平，我們現在應該講都跟上了。在電力電子基礎方面，所需要的工作除了器件級的工作以外，實際上電熱機多物理場耦合計算的方法和仿真確實是我們進行車用變流器高功率密度設計的一個助手。我這里頭舉一個例子，這是在“十二五”863的一個課題里面做到的，重點設計了一個非常簡單的零件母排，讓它有了機械連接、電氣連接和旁路局部過熱的能力。我們借助電磁機熱多物理場仿真，使逆變主回路的雜散電感減少了50%，回路電感的減小對于碳化硅應用來講會更加重要，同樣也普遍降低多個過熱點的溫度。實際我們對于多物理場的應用還需要開展更進一步的工作，比如EMC的問題等。

　　接下來是碳化硅，目前我們正在做這樣一個工作，以碳化硅的技術來講，它在105度下大概能做到57千瓦/升，165千瓦車用控制器以當前的技術是一個登山包這么大，但是以碳化硅大概一個B5打印紙或者一卷衛生紙這么大，是非常小的，從2014年以來，我們大家都看到，豐田、三菱等各家都在做。

　　我們電工所跟國內多家大學、企業合作得到國家重點研發計劃支持。今年我們做出來了一個變流器，借用Cree的50A SiC芯片研制了SiC模塊，我們和法拉電子儀器重點開發了復合功能電容。電容其實占電機控制器的體積很大，關鍵的問題就在于許用紋波電流受到溫度等很大的限制，所以我們第一步重點要把電容做好，現在情況下，把使用紋波電流提高到原來的270%，就是2.68倍。我們也嘗試了做一個非常高功率密度的控制板，也要適應我們現在芯片的大規模集成電路(很多芯片都集成到一起)的特點，比一個信用卡大不了多少，而且可以50K開關頻率的應用，其他都還在測試的過程中。但是從目前工作情況來看，原來以為豐田說的將車用變流器體積減到原來的1/5覺得是奇跡，目前來看應該講一定是可以實現的。