在“雙碳”目標(biāo)下，新能源汽車的“心臟”——電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正經(jīng)歷革命性突破：永磁同步電機(jī)高效轉(zhuǎn)化電能，軸向磁通電機(jī)突破功率密度極限，800V高壓平臺(tái)挑戰(zhàn)絕緣技術(shù)邊界。從能量回收到輪轂驅(qū)動(dòng)，每一項(xiàng)創(chuàng)新都在重新定義電動(dòng)出行的未來。
在 “雙碳” 目標(biāo)引領(lǐng)與能源變革浪潮下，新能源汽車正重塑全球交通格局。而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，作為新能源汽車的 “心臟” 與 “神經(jīng)中樞”，其性能直接決定車輛動(dòng)力、續(xù)航與操控表現(xiàn)。
從永磁同步電機(jī)將電能高效轉(zhuǎn)化為強(qiáng)勁動(dòng)力，到電機(jī)控制器精準(zhǔn)調(diào)配能量傳輸與回收；從軸向磁通電機(jī)、輪轂電機(jī)等新興拓?fù)浼夹g(shù)突破性能邊界，到 800V 高壓平臺(tái)帶來的絕緣挑戰(zhàn)與創(chuàng)新測(cè)試方案…… 每一項(xiàng)技術(shù)演進(jìn)都推動(dòng)行業(yè)邁向新高度。
本文將深度拆解電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)核心原理、前沿技術(shù)與發(fā)展難題，帶你洞悉新能源汽車動(dòng)力科技的無限可能。
一、新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：功能與原理解析
在新能源汽車的快速發(fā)展中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為其核心組件，對(duì)車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和操控穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。本文將深入解析電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要功能及工作原理，幫助讀者更好地理解這一關(guān)鍵技術(shù)。
（一）驅(qū)動(dòng)電機(jī)：新能源汽車的動(dòng)力源泉
驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車的核心部件之一，其主要功能是為車輛行駛提供驅(qū)動(dòng)力。目前，永磁同步電機(jī)（PMSM）是新能源汽車中最常用的電機(jī)類型，它分為正弦波永磁同步電機(jī)和方波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī)。
永磁同步電機(jī)的工作原理基于電磁感應(yīng)定律。其轉(zhuǎn)子采用永磁體，定子通過電能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)異性相吸、同性相斥的原理，轉(zhuǎn)子永磁體隨之旋轉(zhuǎn)，從而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這一過程不僅高效，還能實(shí)現(xiàn)高功率密度和高扭矩輸出，滿足新能源汽車的高性能需求。
（二）電機(jī)控制器：能量轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)暮诵?/p>
電機(jī)控制器是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)控制動(dòng)力電池組與電機(jī)之間的能量傳輸。它由逆變器（DC/AC）和直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）組成。
逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；直流轉(zhuǎn)換器則實(shí)現(xiàn)高壓直流電向低壓直流電的能量傳遞，為車輛的低壓系統(tǒng)供電。
電機(jī)控制器的功能不僅限于能量轉(zhuǎn)換，還包括精確控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。它通過CAN通訊接收整車控制器（VCU）的指令，采集電機(jī)位置信號(hào)和三相電流檢測(cè)信號(hào)，從而精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。
此外，電機(jī)控制器還具備能量回收功能。在車輛減速或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)控制器將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過逆變器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為動(dòng)力電池充電，實(shí)現(xiàn)能量的高效回收。
（三）電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作特性
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作特性由整車控制器（VCU）根據(jù)駕駛意圖和車輛狀態(tài)進(jìn)行綜合控制。VCU根據(jù)加速踏板位置、制動(dòng)踏板狀態(tài)、檔位信號(hào)以及各系統(tǒng)的扭矩限制信號(hào)，計(jì)算出電機(jī)扭矩命令請(qǐng)求信號(hào)，并通過CAN通訊發(fā)送給電機(jī)控制器（MCU），MCU根據(jù)這些指令精確控制電機(jī)的運(yùn)行。
在行車狀態(tài)下，VCU通過目標(biāo)扭矩控制MCU驅(qū)動(dòng)車輛。當(dāng)VCU同時(shí)檢測(cè)到加速踏板和制動(dòng)踏板信號(hào)時(shí)，制動(dòng)功能優(yōu)先，VCU僅響應(yīng)制動(dòng)請(qǐng)求。
此外，在車輛充電時(shí)，VCU會(huì)控制電機(jī)控制器的扭矩輸出為零，確保車輛在充電過程中保持靜止。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還具備轉(zhuǎn)矩控制功能。行車高壓上電后，VCU發(fā)送使能信號(hào)給MCU，車輛進(jìn)入驅(qū)動(dòng)就緒狀態(tài)。VCU根據(jù)加速踏板開度、制動(dòng)踏板、檔位信號(hào)、車速信號(hào)、電池狀態(tài)和電機(jī)狀態(tài)，計(jì)算出駕駛員請(qǐng)求的扭矩，并通過CAN通訊發(fā)送給MCU，MCU據(jù)此控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。
未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將更加高效、智能和安全，為新能源汽車的普及和發(fā)展提供更強(qiáng)有力的支持。
二、電動(dòng)汽車電機(jī)的新興拓?fù)浼夹g(shù)
隨著全球?qū)煌I(lǐng)域零排放的追求，電動(dòng)汽車的發(fā)展前景愈發(fā)廣闊，更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和電池技術(shù)的進(jìn)步為電動(dòng)汽車的普及提供了有力支持。在這一背景下，電動(dòng)汽車的電機(jī)技術(shù)也迎來了諸多創(chuàng)新與發(fā)展，其中軸向磁通電機(jī)、輪轂電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和SynRM-IPM等新興拓?fù)浼夹g(shù)尤為引人注目。
（一）軸向磁通電機(jī)：高性能與高功率密度
軸向磁通電機(jī)是近年來電動(dòng)汽車領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新之一。與傳統(tǒng)的徑向磁通電機(jī)相比，軸向磁通電機(jī)的磁通方向與旋轉(zhuǎn)軸平行，這一設(shè)計(jì)帶來了諸多優(yōu)勢(shì)。
軸向磁通電機(jī)能夠提供更大的功率，同時(shí)具有更低的重量密度，這對(duì)于電動(dòng)汽車的輕量化和高性能化至關(guān)重要。在實(shí)際應(yīng)用中，軸向磁通電機(jī)已經(jīng)在電動(dòng)摩托車、機(jī)場(chǎng)集裝箱運(yùn)輸車、運(yùn)貨卡車和飛機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛使用。
梅賽德斯-奔馳對(duì)這一技術(shù)表現(xiàn)出了濃厚的興趣，投資收購(gòu)了YASA公司，并計(jì)劃在其即將推出的AMG電動(dòng)平臺(tái)中使用YASA電機(jī)。雷諾也與WHYLOT合作，計(jì)劃從2025年開始在混合動(dòng)力汽車中使用軸向磁通電機(jī)。
軸向磁通電機(jī)的功率密度通常超過6kW/kg，且效率很高，這使其在未來幾年有望在高性能汽車和對(duì)功率密度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大幅增長(zhǎng)。然而，該技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)，如生產(chǎn)復(fù)雜性和熱管理問題，這些都需要進(jìn)一步的創(chuàng)新和解決方案。
（二）輪轂電機(jī)：直接驅(qū)動(dòng)與集成化
輪轂電機(jī)是另一種新興的電機(jī)配置，它將電機(jī)直接安裝在車輪內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了真正的直接驅(qū)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)不僅可以節(jié)省空間，還能簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，提高車輛的靈活性和效率。
輪轂電機(jī)既可以是徑向磁通電機(jī)，也可以是軸向磁通電機(jī)，具體取決于應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)需求。目前，已有幾家公司成功開發(fā)并應(yīng)用了輪轂電機(jī)技術(shù)。例如，Aptera Motors發(fā)布了一款采用Elaphe輪轂電機(jī)的封閉式太陽(yáng)能三輪車；Lightyear推出了一款采用輪轂電機(jī)的太陽(yáng)能汽車Lightyear One；Lordstown Motors發(fā)布了一款四輪驅(qū)動(dòng)皮卡車Lordstown Endurance，采用Elaphe發(fā)動(dòng)機(jī)；以色列初創(chuàng)公司REE發(fā)布了一款Corner模塊，將發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)、懸掛、軟件和電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)合在一起，計(jì)劃用于汽車運(yùn)輸和皮卡。
盡管輪轂電機(jī)在集成化和直接驅(qū)動(dòng)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但其在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)，如散熱問題和對(duì)車輪動(dòng)態(tài)平衡的影響。這些問題需要通過進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新和工程設(shè)計(jì)來解決。
（三）開關(guān)磁阻電機(jī)：高可靠性和無稀土設(shè)計(jì)
開關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）是一種經(jīng)過數(shù)十年可靠性測(cè)試的成熟技術(shù)，近年來在電動(dòng)汽車領(lǐng)域逐漸受到關(guān)注。這種電機(jī)不含稀土材料，具有高可靠性和高能效的特點(diǎn)，特別是在零容錯(cuò)應(yīng)用中表現(xiàn)出色。
隨著電力電子技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，開關(guān)磁阻電機(jī)正在進(jìn)入新的高能效應(yīng)用領(lǐng)域。一些公司已經(jīng)在開關(guān)磁阻電機(jī)技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展。例如，En+dyn Inc.獲得了1500萬美元的投資，以加快業(yè)務(wù)計(jì)劃的實(shí)施；Turntide Technologies籌集了2.25億美元，并收購(gòu)了三家公司，以加快其市場(chǎng)化進(jìn)程；Advanced Electric Machines公司開發(fā)了HDSRM（高密度開關(guān)磁阻機(jī)），目標(biāo)市場(chǎng)是商用車領(lǐng)域。
開關(guān)磁阻電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于其高可靠性和無稀土設(shè)計(jì)，這使其在成本和資源利用方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，該技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)，如電機(jī)的噪音和振動(dòng)問題，以及對(duì)電力電子控制系統(tǒng)的高要求。這些都需要通過進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新來克服。
（四）SynRM-IPM：高效與低成本的結(jié)合
SynRM-IPM（同步磁阻電機(jī)與內(nèi)部永磁電機(jī)的組合）已成為汽車行業(yè)小型電動(dòng)汽車細(xì)分市場(chǎng)中極具吸引力的電機(jī)類型。這種電機(jī)結(jié)合了同步磁阻電機(jī)和內(nèi)部永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，能夠在低速和高速應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更理想的特性。
該電機(jī)通過在同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中加入永磁體，提高了電機(jī)的功率因數(shù)，從而降低了電機(jī)定子的歐姆損耗。這種設(shè)計(jì)不僅提高了電機(jī)的效率，還降低了成本。
特斯拉Model 3配備了SynRM-IPM電機(jī)，其創(chuàng)新之處在于采用了分段式磁鐵（由四個(gè)部分組成，而不是常見的單塊實(shí)心磁鐵），這有助于減少渦流，降低磁鐵過熱的風(fēng)險(xiǎn)。
SynRM-IPM電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于其高扭矩輸出和低損耗設(shè)計(jì)，這使其在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車應(yīng)用中具有廣泛的前景。然而，該技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)，如永磁體的高溫性能和成本控制問題。這些問題需要通過進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新和材料研發(fā)來解決。
隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展，電機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用變得愈發(fā)重要。軸向磁通電機(jī)、輪轂電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和SynRM-IPM等新興拓?fù)浼夹g(shù)各具優(yōu)勢(shì)，為電動(dòng)汽車的高性能化、輕量化和低成本化提供了多種解決方案。然而，這些技術(shù)也面臨著各自的挑戰(zhàn)。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，這些新興電機(jī)技術(shù)有望在電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。
三、800V新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絕緣挑戰(zhàn)與其測(cè)試技術(shù)
隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，800V高壓平臺(tái)逐漸成為行業(yè)趨勢(shì)，以滿足消費(fèi)者對(duì)快速充電和長(zhǎng)續(xù)航的需求。然而，800V高壓平臺(tái)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文將探討800V新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)面臨的絕緣挑戰(zhàn)及相關(guān)測(cè)試技術(shù)。
（一）800V高壓平臺(tái)的背景與優(yōu)勢(shì)
800V高壓平臺(tái)是新能源汽車技術(shù)的重要發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的400V平臺(tái)相比，800V平臺(tái)能夠顯著提升充電速度，減少充電時(shí)間，同時(shí)提高車輛的能效和續(xù)航里程。然而，800V平臺(tái)的高電壓和高功率密度對(duì)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)提出了更高的要求。
（二）絕緣挑戰(zhàn)
1、高電壓擊穿風(fēng)險(xiǎn)：800V平臺(tái)的高電壓增加了電機(jī)絕緣系統(tǒng)的擊穿風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)絕緣材料在高電壓下容易出現(xiàn)局部放電，導(dǎo)致絕緣性能下降，甚至引發(fā)故障。
2、熱管理問題：高功率密度的電機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，這對(duì)絕緣材料的耐熱性能提出了更高要求。如果絕緣材料不能有效散熱，可能導(dǎo)致局部過熱，加速絕緣老化。
3、電磁兼容性（EMC）問題：高電壓和高功率密度的電機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，影響車輛的電子控制系統(tǒng)。因此，電機(jī)絕緣系統(tǒng)需要具備良好的電磁兼容性。
4、機(jī)械應(yīng)力影響：電機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)受到機(jī)械應(yīng)力的影響，特別是在高轉(zhuǎn)速和高扭矩工況下。這些機(jī)械應(yīng)力可能導(dǎo)致絕緣材料的機(jī)械性能下降，影響絕緣系統(tǒng)的可靠性。
（三）測(cè)試技術(shù)
為了確保800V新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)能夠滿足高電壓、高功率密度的要求，需要采用先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)。
1、局部放電測(cè)試：局部放電測(cè)試是評(píng)估絕緣系統(tǒng)在高電壓下的性能的重要手段。通過檢測(cè)局部放電的頻率和強(qiáng)度，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣材料的潛在缺陷，預(yù)防絕緣擊穿。
2、熱老化測(cè)試：熱老化測(cè)試用于評(píng)估絕緣材料在高溫條件下的耐久性。通過模擬電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，測(cè)試絕緣材料在高溫下的性能變化，確保其在長(zhǎng)期運(yùn)行中的可靠性。
3、電磁兼容性測(cè)試：電磁兼容性測(cè)試用于評(píng)估電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)車輛電子控制系統(tǒng)的影響。通過測(cè)試電機(jī)的電磁發(fā)射和抗干擾能力，確保電機(jī)與車輛其他系統(tǒng)的兼容性。
4、機(jī)械性能測(cè)試：機(jī)械性能測(cè)試用于評(píng)估絕緣材料在機(jī)械應(yīng)力下的性能。通過模擬電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，測(cè)試絕緣材料在高轉(zhuǎn)速和高扭矩條件下的機(jī)械性能，確保其在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性。
（四）解決方案
1、高性能絕緣材料：開發(fā)和應(yīng)用高性能絕緣材料是解決800V高壓平臺(tái)絕緣挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。新型絕緣材料應(yīng)具備高耐壓、高耐熱、高機(jī)械強(qiáng)度和良好的電磁兼容性。
2、優(yōu)化絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過優(yōu)化絕緣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高絕緣材料的利用率，減少局部放電的可能性。例如，采用多層絕緣結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的絕緣層厚度，可以有效提高絕緣系統(tǒng)的性能。
3、先進(jìn)的熱管理技術(shù)：采用先進(jìn)的熱管理技術(shù)，如液冷和風(fēng)冷系統(tǒng)，可以有效降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度，延長(zhǎng)絕緣材料的使用壽命。
4、嚴(yán)格的測(cè)試與驗(yàn)證：通過嚴(yán)格的測(cè)試與驗(yàn)證，確保電機(jī)絕緣系統(tǒng)在高電壓、高功率密度條件下的可靠性和安全性。測(cè)試應(yīng)涵蓋局部放電、熱老化、電磁兼容性和機(jī)械性能等多個(gè)方面。
（五）結(jié)語(yǔ)
800V高壓平臺(tái)為新能源汽車的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通過采用高性能絕緣材料、優(yōu)化絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用先進(jìn)的熱管理技術(shù)和嚴(yán)格的測(cè)試與驗(yàn)證，可以有效解決800V高壓平臺(tái)下的絕緣問題，推動(dòng)新能源汽車技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
浙公網(wǎng)安備 33050302000602號(hào)