本文主要給大家介紹一下電機(jī)系統(tǒng)和電驅(qū)動總成產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)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(xiàn)狀。盡管現(xiàn)在新能源汽車在我國汽車市場占比在5%以下，但就環(huán)保節(jié)能大趨勢而言，國人仍認(rèn)為汽車電動化是汽車發(fā)展的未來，這個觀點與全球汽車技術(shù)進(jìn)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(fā)電逐步增多，汽車電動化將帶來節(jié)能減碳和低污染排放的優(yōu)勢。就汽車動力系統(tǒng)而言，電驅(qū)動總成的電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)動力總成的發(fā)動機(jī)相比優(yōu)勢明顯。發(fā)動機(jī)從靜止的零轉(zhuǎn)速到怠速狀態(tài)不能工作，甚至連轉(zhuǎn)起來也需起動機(jī)拖動，也就是說發(fā)動機(jī)只能工作在怠速400~500rpm以上轉(zhuǎn)速范圍。乘用車發(fā)動機(jī)的極限轉(zhuǎn)速或紅線轉(zhuǎn)速一般在5500-9000rpm。而商用車發(fā)動機(jī)的極限轉(zhuǎn)速大多會在4000rpm左右。這就決定了發(fā)動機(jī)起動性能差，所構(gòu)成的動力和傳動系統(tǒng)離不開起動機(jī)和變速器。電機(jī)系統(tǒng)則不同，它可從零一直到極高轉(zhuǎn)速都能工作，其高轉(zhuǎn)矩區(qū)位于低速段，這一點有區(qū)別于發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)矩區(qū)位于相對較高速段。該特點決定了電機(jī)可以自起動，而且低速段動力強(qiáng)，因而裝有電驅(qū)動系統(tǒng)的車輛百公里加速快，所構(gòu)成的電驅(qū)動系統(tǒng)可以直驅(qū)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(qū)別是，在橫坐標(biāo)轉(zhuǎn)速-縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩坐標(biāo)系中，發(fā)動機(jī)只能在第一象限運(yùn)行，而電機(jī)可以在四個象限工作。也就說電機(jī)向正方向轉(zhuǎn)的時候，轉(zhuǎn)矩可以為正（與轉(zhuǎn)速同向）產(chǎn)生驅(qū)動，也可以為負(fù)（與轉(zhuǎn)速反向）產(chǎn)生制動；同理，電機(jī)向負(fù)方向轉(zhuǎn)的時候，轉(zhuǎn)矩方向也可以與轉(zhuǎn)速相同或相反，從而形成反向驅(qū)動或制動。因此，電動化汽車可以自如地前進(jìn)與倒退、驅(qū)動與回饋制動。綜合起來就是電驅(qū)動可四個象限運(yùn)行，即在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩平面上的任何一點運(yùn)行，這是電機(jī)和發(fā)動機(jī)的另一點區(qū)別。 搭載內(nèi)燃機(jī)的國產(chǎn)傳統(tǒng)汽車，由于發(fā)動機(jī)起動和變速箱控制等技術(shù)落后，極少車企做到百公里加速6秒以內(nèi)。借助于電機(jī)和電驅(qū)動系統(tǒng)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(nèi)?？蛇M(jìn)行雙向機(jī)電能量換的電機(jī)系統(tǒng)，另一個作用是它可實現(xiàn)制動能量回饋，這也是電動化汽車節(jié)能的一個很重要方面。 根據(jù)國家電能清潔化的規(guī)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(fēng)電和太陽能等清潔能源發(fā)電將取而代之，到2050年接近78%。如果一臺現(xiàn)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?？梢姕p少二氧化碳排放主要途徑是電能的清潔化，當(dāng)然電機(jī)、控制器和電驅(qū)動系統(tǒng)的效率的提高也是節(jié)能減碳的一條路徑。人們關(guān)注的另一個重要問題是：靠燒煤發(fā)電運(yùn)行的電動車是否能夠降低與PM2.5相關(guān)的污染排放？假設(shè)電能100%來自燃煤熱電廠（實際煤電占比已經(jīng)低于65%）、輸電和充電損耗分別是6%和10%，按2016年電廠統(tǒng)計每發(fā)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(biāo)準(zhǔn)的0.665g/km的一半?？紤]煤電占比只有65%和B級車單車耗電遠(yuǎn)低于30kWh/km，實際B級電動車排放與PM2.5相關(guān)的微顆粒和有毒氣體將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.33g/km。結(jié)論不言而喻，電動車即使100%用煤電，也比同噸位燃油車更環(huán)保。因此，“電能的清潔化+汽車電動化”已經(jīng)成為我國節(jié)能減碳減排的戰(zhàn)略大旗。并制定了傳統(tǒng)汽車企業(yè)平均油耗在2020年達(dá)到5L/100km、2025年4L/100km、2030年3.2L/100km的能耗目標(biāo)。因為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車達(dá)不到該油耗指標(biāo)，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(chǎn)的全部輕型車的加權(quán)平均油耗限額。這個百公里油耗顯然與駕駛工況相關(guān)?！笆濉焙汀笆濉鼻捌诘挠秃南揞~是建立在新歐洲工況（New European Driving Cycle,簡寫NEDC）測評基礎(chǔ)上的。我國明年開始，NEDC將被全球輕型車測試循環(huán)（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(yán)酷，同一輛車在WLTC測得的油耗將高于NEDC下測評結(jié)果。2021年我國執(zhí)行新能源和傳統(tǒng)汽車的“雙積分”政策。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(ICE)、混合動力汽車（HEV）和插電混合動力車（PHEV）混動狀態(tài)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(tài)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?！半p積分”不僅要求汽車油耗達(dá)標(biāo)，同時要求新能源汽車電耗和數(shù)量積分達(dá)標(biāo)才能無罰款地銷售燃油汽車。電機(jī)系統(tǒng)和電驅(qū)動總成的評價體系也將逐步由僅考慮電機(jī)、控制器和電驅(qū)動總成的最高效率逐步過渡到評價電驅(qū)動系統(tǒng)在適當(dāng)工況（WLTC或CLTC等）下的油耗、電耗或氫耗等低能耗指標(biāo)。 新能源汽車的重要指標(biāo)是安全 工信部在2019年的10月25號發(fā)布了《電動車安全指南》。作為電機(jī)系統(tǒng)與電驅(qū)動總成安全安全指南專家組長，組織了整個行業(yè)的主機(jī)廠、供應(yīng)商等產(chǎn)學(xué)研專家就電機(jī)和電驅(qū)動安全從設(shè)計制造到檢驗運(yùn)營維保等全方位提出了安全建議和指導(dǎo)。盡管安全指南非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，仍建議從事電驅(qū)動相關(guān)行業(yè)的參考實施。 電驅(qū)動系統(tǒng)可分為集中和分布驅(qū)動。所謂集中驅(qū)動就是把電機(jī)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(zhuǎn)彎這個過程都是自動的。集中驅(qū)動借助于差速器將動力自適應(yīng)地傳遞給驅(qū)動輪，這一點與傳統(tǒng)的動力-傳動總成，只是將發(fā)動機(jī)換成了電機(jī)。所需注意的是，總成中的花鍵和齒輪要滿足電機(jī)四象限運(yùn)行對正反轉(zhuǎn)和正負(fù)轉(zhuǎn)矩的壽命和強(qiáng)度要求；所謂分布驅(qū)動就是把輪邊電機(jī)或輪轂電機(jī)裝在輪子的邊上或者輪子中運(yùn)行，那么每個輪子的驅(qū)動電機(jī)之間就不能像差速器一樣自適應(yīng)分配轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，輪邊或輪轂電機(jī)之間需要控制器在直行和轉(zhuǎn)彎時協(xié)調(diào)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(jī)裝到現(xiàn)有機(jī)械制動為鄰的狹小車輪中也是一個挑戰(zhàn)。密封、減振、舒適和輪胎壽命等也是輪轂分布驅(qū)動面對的問題。但是，分布電驅(qū)動減少了傳動環(huán)節(jié)和路徑，具有較好的節(jié)能前景。因此輪邊和輪轂電機(jī)為代表的分布電驅(qū)動，是挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存的前瞻研發(fā)方向。

圖1.電驅(qū)動總成研究內(nèi)容（節(jié)能與新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)路線圖專家組初稿） 圖1是電動化汽車電驅(qū)動總成的主要研究對象，包括機(jī)電耦合混合動力、純電驅(qū)動和輪轂/輪邊驅(qū)動總成。它們都是由驅(qū)動電機(jī)、功率電子控制器，減/變速器構(gòu)成的。再進(jìn)一步可分解成定轉(zhuǎn)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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