北理工张幽彤：新能源汽车与智能网络结合将带来汽车工业的再次革命
2017-08-02 11:24:33
摘要：2017年8月1-2日，以“新能源与供给侧改革”为主题的第十一届中国新能源国际高峰论坛在北京国家会议中心隆重召开。
能源新闻网讯：2017年8月1-2日，以“新能源与供给侧改革”为主题的第十一届中国新能源国际高峰论坛在北京国家会议中心隆重召开。北京理工大学机械与车辆学院清洁车辆实验室教授张幽彤在“储能与新能源汽车专业论坛”上，就集成高效新能源汽车动力系统研究发表了演讲。
以下为张幽彤的发言实录：
尊敬的周秘书长、各位嘉宾、各位朋友下午好，非常高兴有机会和大家一起探讨新能源的一些问题。前面嘉宾说了，新能源最关心的是电池问题。我今天探讨的不是电池，我讲一下新能源里面除了电池之外的另外一个问题，电机和电控问题。
大家知道汽车发展很多的过程在逐步脱碳加氢的过程，咱们未来的汽车可能不用化石燃料，直接用氢。日本用燃料电池，意味着我们能够实现真正的低碳，不排二氧化碳了。从烧煤开始到石油-燃气、电池，效率一点点提高。最开始的煤是10%左右，到石油20%左右，到天然气混合动力，更高一些，电池整体的效应提高很大。在整体的车辆发展趋势，从咱们现在传统的化石燃料一点点过渡到储电甚至现在的新能源。这是车辆动力燃料的一个发展趋势。第二，咱们国家新能源从“十五”开始，国家立项开始研究，经过“十一五”、“十二五”，“十三五”，现在新能源汽车已经成规模了，在“十三五”新能源汽车整体规划里面。搞新能源的人比较熟悉，三横三纵，大家从“十五”到“十三五”纯电动汽车，这边是燃料电池，从最开始的是混合动力，纯电动到燃料电池，现在大家看关键技术里面，我们叫电池、电机和电控，今天我讲的问题是三电技术。电池、电机、电控。
大家知道新能源车里面电池比较重要，电池占的成本比较大。现在看来，电机、电控也不是没有问题，只是相对电池来说咱们的电机、电控好很多。而且我们现在电机的水平还敢说和国际上很接近，今天我们一起探讨关于新能源汽车里面的电机、电控的一些问题。
我主要介绍搞集成式新能源汽车一个大的背景及关键技术，介绍我们的进展。
大家看，刚才前面的嘉宾也讲了，咱们国家新能源汽车发展非常快，国家采取一系列的补贴正。到现在为止，新能源汽车是国家强力推的，确实国家要推。现在国家这么补贴之后，到2020年之后我们没有补贴了，国家现在马上推出了一个新政策，双积分制。我前面拿油耗压你，从二阶段，三阶段一点点让你降。我去年去二汽，现在二汽真正担心的不是新能源，担心的是油耗下不来，国家一点点的压，我们理解就是大坝，不走不行。第二，鼓励你必须达到一定比例新能源汽车，鼓励你发展。我们的理解，传统汽车企业对新能源汽车有一种天然的抵触，传统汽车做的很好，利润率不低，为什么要做新能源汽车，随着新能源汽车，比亚迪、北汽兴趣最大，为什么？传统汽车竞争不过人家，他认为这是一个机会。为什么现在很多新企业对新能源汽车兴趣更大？包括乐视、蔚来，包括搞一些互联网的企业，他们认为新能源汽车给他们提供了新的机会，包括董明珠都认为以后的新能源汽车不是传统汽车概念，是家用汽车概念。我们之前搞汽车专业，以前我们学汽车的时候，现在汽车是纯电子的东西，国家整个政策加进来，双积分政策，促进我国新能源汽车的快速发展，我觉得比咱们现在补贴政策还要有意义。
这个背景，我们国家新能源汽车去年51.7万辆，过去几年的发展，尤其最近这几年，我们产量涨了4倍，发展的非常快。这个发展快也有道理，为什么？前期不好，我们最早的时候，那个时候发展新能源汽车非常困难，因为我们的基础差，目前发展比较快。大家知道我们第一产销大国。现在咱们是否强，我们现在也知道世界前十大汽车集团都在谋划新能源汽车的发展，包括前一段时间特斯拉。对新能源汽车也是一个不大不小的挑战，不到30万块做多这个档次的汽车，国内能不能做得出来？能不能和人家竞争？这都是问题。新能源汽车发展到现在，咱们国家传统由政府扶持到自由市场竞争，咱们还能否经受住考验。刚才说电池需要降成本，更重要的还不是成本，还是要提高性能。2016年的时候好像有一个说法，新能源汽车都是垃圾，在全社会引起一段时间的讨论，反过来看新能源汽车如果真正让一汽、二汽让搞传统汽车的人，让从汽车的角度评价汽车，不是特别经得住评价。包括现在北京好多新能源汽车，我看到新能源汽车在半路坏了必须拽，为什么呢？没有备胎，有地方放电池没有地方放备胎。另外价格很高，后面有好多新能源汽车价格偏好高。我们从新能源车电机电控，需要提高性能，才能获得未来市场的竞争优势。
第三个背景，前段时间我做了一个预测，大家看一下，根据现在咱们国家未来的发展预测，到2030年，咱们国家新能源汽车大概保有量800万辆，在汽车总销量里面占40%，这是咱们的一个估计，到现在为止，感觉差不太多。大的发展趋势，新能源大的趋势在变，国家不走不行，传统汽车已经末路穷途，国外好多国家准备在2030年，2050年实现全新能源汽车，传统汽车没有竞争力。
大家看这么多的车，咱们国内能否形成竞争力，从电机、电控，我们觉得应对未来新能源汽车发展，需要综合考虑你的电机、电控这部分。因为三大电里面除了电池，这两部分非常重要。
第四个考虑，新能源汽车到现在为止形成产业化格局，现在位置咱们国家有上海电驱动、精进电动、联合电子等新能源电机、电控放慢做的很不错，基本满足国内的需求。比亚迪某些方面和国外非常相似，实现了我们第二代车用永磁同步电机系统的产业化。现在从对比来讲，和日本、德国、美国等发达国家在车用电机方面还有一些差距，主要差距在集成设计。这边是宝马（I3和I8），包括咱们现在很多新能源汽车都是传统汽车改的，传统汽车的底盘，这个在初期的时候没问题，在后期竞争的时候有问题。大家看特斯拉非汽车专业做车做的最成功的，大家看一下整个动力汽车，这边是它的电机，它完全做成了一个模块，而且做的是交流电机。在特斯拉电动车上还有很多不符合我们传统设计习惯，现在看来，特斯拉动能系统公里力度包括可靠性各方面做的相当不错。这些方面在整个动力设计方面，日本的丰田Prius、德国BMW和美国的TESLA，这是一个简单的背景。
大家知道新能源汽车电机和电控系统，如果未来新能源设计必须把电机和电控一起设计，甚至考虑电池和车。第一个要求集成化，这个车整体要集成化。大家知道集成化的概念做到有机在一起，把电机、电控甚至变速器，新能源汽车需要变速，把减速器的电机整合在一起，做多集成，考虑它的动力性、可靠性、结构紧凑型，这是第一个方面需要考虑。
第二个方面要考虑高效率。新能源汽车好多时候我们到现在为止新能源汽车还没有到非常高的效率，新能源汽车和传统汽车效率已经提高了很多，即使这样它还是有比较，出现了新能源汽车互相之间比较，效率体现在两个方面，你设计电动系统最高的点比较高，做到97%。有一部门高效率区，不是在一点上效率高，在整个区域上高。日本新能源汽车最高效率能达到90%，
第三点，轻量化。轻量化意味着你省电，意味着你里程提高，电池轻量化这是一个提高电池。电机、电控也占了一大部分，尤其是电力设计，电机轻量化设计，国外做了很多研究，国内目前也开始发展，往轻量化上走。
第四，高可靠性，新能源汽车电机咱们国内有一个运用，传统搞电机的，搞工业电机的人，搞生产工业电机的人，再往汽车上转的时候，汽车有很多特殊要求，尤其是汽车的环境，汽车一些冲击、断续要求不一样，很多汽车的安装空前不一样，在汽车电机上做的高可靠性这是下一代必须要做到的。
第五，低成本，电机、电控目前成本比较高，这个成本也要逐步降下来，新能源汽车要想在市场竞争，低成本非常重要。
最后一个是智能化，整个汽车发展的一个电动化、智能化，主要的动力系统智能化程度，要有一个很宽的使用范围，这是它的6个主要特征。简单给大家说一下关键技术。在未来集成式高效电机电控系统，目前应该在国内占到80%，主要的原因因为咱们国家稀土资源比较多，咱们有优势。特斯拉我理解可能还是考虑资源。最核心的是设计，主要把电机和电控集成在一起，里面主要涉及到硅钢片材料，咱们在材料和公益方面相对比较弱一些，这些年咱们国家发展比较快，还是有一些差距，主要解决低损耗的硅钢片，产业整体设计里面包括磁钢的结构，这些结构的设计和电机系统的，因为及早结构整体影响电机工作效率，电机的工作效率，基于这些考建立多目标的多目标定转子结参数性能优化模型，现在新能源汽车依靠目前现代化设计（守丹）非常完善，包括热的分析，包括电子分析都非常完整，这是第一个关键技术。
第二个技术，电机电控的结构，这是新能源电机图，怎样把新能源汽车范围扩大，提高高效工作区的范围。整个电机的结构要变小，现在新能源汽车有一个发展方向，把整个工业密度增加，整个电机火灾能力，电机正常工作的时候及比如瞬时工作的时候能够达到300-400%，新能源汽车有加速过程。要整体考虑电机在损耗过程的分析。
把电机和控制器热的问题，电机和控制器的高效工作主要是热的问题，热的问题主要是电机的短缺、散热，这些地方需要设计。电机集成设计里面还要考虑电机和控制器整体效率，右面的图是整体效率图，电机工作效力和控制器的工作效率，在整个工作范围内要考虑整体效率。
第三，高速设计。电机要做小，咱们早期的电速200-3000转，国外最先进的达到12000转，高转速的时候整个电机提工作频率提高，这是控制器的问题，高转速轴承的问题，怎样提高它的可靠性，还带来了一些机构强度、发热、振动问题，高转速电机的设计在提高密度，提高整体性能的前提下需要进行专门的设计及这里面需要进行一些结构设计。
第四个技术，电机的可靠性，要把它考虑合理设计，咱们以前国内新能源汽车设计，为了提高可靠性密度很大，本来这个车应装一个30千瓦地结果我装了一个50千瓦。通过这种方式，来保证它的可靠性。咱们国家和国外在电机设计方面，我看过日本的电机做的特别强，为什么？他充分设计的时候考虑极限，他还要实验。技术施咱们目前需要发展的一个东西。另外，还要考虑保护措施，集成在一起之后，怎样发挥电工系统防护功能，另要考虑不同环境情况下的作用，可靠性问题应该是一个比较复杂的问题。传统新能源汽车的电力-电控分开考虑，而且到现在为止，在这方面不够仔细，后面新能源汽车往低能耗发展的时候，可靠性的设计非常重要。
关键技术五，低成本设计。我前面画了6个小时全是互相之间矛盾，如果想让他高效，有时候不得不牺牲成本，这样做到高性能和低成本的协调。这里面有几个方法，第一个通过整体优化设计，新能源汽车我们做了大量。磁道本身比较贵，怎把这个磁道降下来。怎样把铁心降下来，把电机尽量做小，把转速做高，通过设计方法实现新成本，通过科学计算，选用一些通用标准。这里面说的是电机，控制系统里面比如电机控制系统最大的问题是里面的驱动零件，怎样把成本降下来？我们透过一、二设计方法，比如用一些新品集成，这都是新能源汽车需要解决的。
后面介绍一下我们的设计成果。第一代控制器集成式永磁磁阻电机。大家看自主电机，这里面的核心，这里面是两块磁道，我的磁道比传统设计效率，增加磁阻作用。这是磁阻增加，但是我的粒子减少，总体基本没变。把控制器和电机结合在一起，这是控制器的驱动模块和电机结合在一起之后，立体化的冷却，这里面主要解决气隙。基于这个设计我们形成了一个新能源汽车设计平台。第二个例子，我们叫集成式的增强磁阻空间，我们有样机，跟传统电机不一样，把它的直轴和交轴，整个电机工作范围变大，我可以在额定电条件下节省资源，这是我们做的一些设计。我们还在开发轮毂电机，是未来新能源汽车的一个方向。大家知道新能源汽车我们分析三代及目前用的电机，到现在的轮毂电机，着也是未来的一个方向，目前这个方向正在研究。这是我的一些逻辑。
总结新能源汽车发展面临智能化、网联化发展方向。我们国家新能源汽车已经呈现出快速的发展势头，新能源汽车与智能网络结合将带来汽车工业的又次革命。
新能源汽车的发展对电动汽车提出高效、高功率密度、低成本等更高的要求。新一代电动汽车必须突破集成设计、优化控制、高可靠性和低成本等关键技术。（能源新闻网）
