中國的新能源汽車動力系統(tǒng)的發(fā)展，在某種程度上已經(jīng)達到或者領(lǐng)先全球的水平。這其中離不開國家隊實驗室的研發(fā)功勞。
6月14日，在第十六屆中國汽車藍皮書論壇上，北理工電動車輛國家工程研究中心主任王志福在驅(qū)動路線專場上，做了《新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)》的主題演講。
王志福從新能源汽車發(fā)展、電機驅(qū)動系統(tǒng)需求、汽車大數(shù)據(jù)應(yīng)用、行業(yè)發(fā)展啟示錄四個方面，對新能源電動車和電驅(qū)的發(fā)展做了普及性的講論，介紹了電驅(qū)系統(tǒng)測試方法的演進，也從驗證標(biāo)準(zhǔn)、盈利、科研與市場的平衡對電驅(qū)發(fā)展提出了三問，為后續(xù)的尖峰辯論環(huán)節(jié)作了鋪墊。
以下是王志福演講實錄。
各位業(yè)內(nèi)的朋友，大家下午好。今天是一個火熱的日子，我們聚集在此，一起討論一個比較火熱的課題。
我是第一個演講的，希望我的演講能夠給大家?guī)硪恍┧伎己蛦l(fā)。我的題目是《新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)》，比較泛，主要包括四個方面：新能源汽車發(fā)展，電機驅(qū)動系統(tǒng)需求，汽車大數(shù)據(jù)應(yīng)用，行業(yè)發(fā)展啟示錄。
今天上午的很多內(nèi)容讓大家比較興奮，中國以電動汽車為代表的新能源汽車快速茁壯成長，給全球汽車市場帶來了一個很大的變革，我們可以一起看一看中國新能源汽車的發(fā)展歷程。
1
新能源汽車發(fā)展。
背景就不說了，時刻在變。我跟大家聊一下，當(dāng)時提出新能源汽車發(fā)展的時候，其實有兩個主題：一個是關(guān)于能源的安全問題，還有一個是環(huán)境問題。環(huán)境問題套用時尚一點的表述，就是碳減排和碳排放的問題。
整體來講，除了滲透率和銷量，還有我們的充電設(shè)施、電池供應(yīng)，這些都已經(jīng)是全球第一，以新能源汽車為代表的中國制造的新名片也是在新聞中屢次提及，“新三樣”（新能源汽車、鋰電池、光伏產(chǎn)品）走出海外。
之所以會促成今天的局面，主要是錢老先生（錢學(xué)森）1992年給鄒家華（當(dāng)時的國務(wù)院副總理）同志寫的一封信，要跨越一個臺階，直接進入一個新的汽車時代。自此之后，“十五”計劃開始，我們開始“三縱三橫”。（注：2001年開始的“十五”計劃將電動汽車列入了“863計劃”，“863計劃” 首次確定了“三縱三橫”的技術(shù)研發(fā)巧局。所謂“三縱”，是指純電動汽車、 混合動力汽車、燃料電池汽車；所謂“三橫”，是指電池及其管理系統(tǒng)、電機及其控制系統(tǒng)、多能源動力總成控制系統(tǒng)。）
目前為止，到了新能源汽車2.0、3.0時代，內(nèi)涵有所改變，但架構(gòu)一直在推進，也是得益于在座的所有業(yè)內(nèi)同仁們堅持不懈地貫徹落實整個發(fā)展思路，才能促成目前的現(xiàn)狀。
值得一提的是，我們今天所在的城市距離2008年的奧運會已經(jīng)很久遠了，今天上午還有朋友跟我聊起最近熱播的連續(xù)劇《玫瑰的故事》，那是發(fā)生在申奧成功的那一年。
2008年在中國第一次舉辦奧運會，也是目前唯一的夏季奧運會。就在這屆奧運會上，我們在全世界第一次大規(guī)模開展了純電動車輛的規(guī)?；瘧?yīng)用。自此之后，以純電動車輛為代表的車輛運行、運營、研發(fā)、應(yīng)用進入了我們的視野和計劃中。
后來，隨著“十城千輛”和一系列新能源相關(guān)政策的出臺以及相應(yīng)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，讓外界感到了很大的壓力。
在此過程中，一些企業(yè)尤其是原來對標(biāo)的西方企業(yè)“都不玩了”，由此也帶來了質(zhì)疑和猶豫的聲音。我們希望能夠坐在一起聊一聊純電動車發(fā)展怎么往下走。
稍微打個廣告。北京理工大學(xué)電動車輛國家工程研究中心是隨著中國新能源車輛的發(fā)展而發(fā)展的。從1992年開始進行純電動客車的研發(fā)，經(jīng)過幾個階段的發(fā)展，包括2008年我們主持研發(fā)電動客車成功服務(wù)于北京奧運、2022年研發(fā)的全氣候電動客車、車云協(xié)同平臺服務(wù)北京冬奧會等一系列活動。
目前，我們已經(jīng)創(chuàng)建了以中國特色電動車輛充放電和遠程實時監(jiān)控為一體化的中國特色新能源車輛的應(yīng)用體系，為中國商用車的規(guī)?；瘧?yīng)用和技術(shù)國際領(lǐng)先做出自己作為國家實驗室應(yīng)該做的工作。
實驗室在整車零部件的研究和研發(fā)方面具有很好的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，2021年開始，隨著新能源車輛技術(shù)的不斷發(fā)展，目前我們在六個方面不斷拓展：整車、驅(qū)動、能源、車聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)聯(lián)以及業(yè)內(nèi)一直在說的基礎(chǔ)軟件、基礎(chǔ)工具鏈。
回到今天的主題，這是我們實驗室一直在做的方向，就是電機驅(qū)動系統(tǒng)，上中下游從基礎(chǔ)材料到部件和成品生產(chǎn)線都有產(chǎn)業(yè)的布局。目前國內(nèi)國際的應(yīng)用也是比較成熟的，分布范圍很廣。
其實搞電機驅(qū)動原來對標(biāo)傳統(tǒng)車輛的發(fā)動機系統(tǒng)，分布的范圍更廣。2009年，我們實驗室開始驅(qū)動系統(tǒng)全國測試工作的時候已經(jīng)接觸到很多企業(yè)。中國搞電機的企業(yè)和產(chǎn)品，都是全球最多的。接下來思考的也是這個問題，在這么多供應(yīng)商的前提下，我們?nèi)绾文軌虬焉虡I(yè)化的工作做好，把技術(shù)繼續(xù)往下推進？
2
驅(qū)動電機系統(tǒng)需求。
驅(qū)動電機系統(tǒng)大概就是圖中這些，以新能源汽車的驅(qū)動電機為下游，沿產(chǎn)業(yè)鏈向上挖掘，則定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承等零部件為中游，永磁體、硅鋼片、銅線、鋁合金等原材料為上游。
以新能源上游金屬原材料的供應(yīng)商多為大型上市公司，中游生產(chǎn)定子轉(zhuǎn)子等零部件的供應(yīng)商多為非上市公司，下游生產(chǎn)電機總成的企業(yè)主要可分為三大類（整車廠、電機廠和Tire1）。
新能源汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)以永磁同步電機系統(tǒng)為主，應(yīng)用占比超過了94%，其余的市場則主要被異步電機驅(qū)動系統(tǒng)占領(lǐng)。
根據(jù)我們平臺上的統(tǒng)計，從電機到電控的TOP10，目前集中度是越來越高的，尤其是這兩年這種趨勢更加明顯。
從技術(shù)發(fā)展的角度來講，對于電機本體，大家都在提扁線電機、油冷技術(shù)和一體化或者多合一，從控制角度來說，大家都很關(guān)心高效驅(qū)動、可靠性、集成控制。從控制角度，我們要關(guān)心的是它的智能、可靠、多用途應(yīng)用。
為什么現(xiàn)在大家越來越關(guān)注可靠性？去年之前，大家對電動車輛可靠性的關(guān)注，更多的是在能源系統(tǒng)或者電池系統(tǒng)。但隨著整個車輛性能的提升，大家對可靠性、驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性，包括驅(qū)動系統(tǒng)的故障預(yù)測會越來越關(guān)注。
前面講的是驅(qū)動系統(tǒng)的基本介紹和了解，我想把話題稍微引開一點。
電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展才剛剛開始。我們再往前延伸一下，從能源的利用和迭代角度考慮這個問題，以前是人力和畜力（驅(qū)動），到了蒸汽（驅(qū)動）時代，成就了一個日不落帝國，從蒸汽時代到內(nèi)燃機（驅(qū)動）時代，成就了一個美國?，F(xiàn)在我們認(rèn)為是從內(nèi)燃機時代到電驅(qū)時代。
我曾經(jīng)看過一個公司的宣傳短片，講到如果沒有電的話，相信大家要坐在這個房間里都很難，因為現(xiàn)在所有的一切都是以電來驅(qū)動的。我背后這頁slide(指翻頁筆)也一樣。
電驅(qū)已經(jīng)從車輛行業(yè)拓展到了所有的載運裝備，而它的研發(fā)和驗證就會帶來一個更加急迫的問題：對于電驅(qū)系統(tǒng)的驗證問題。
開發(fā)人員都知道，其實這些系統(tǒng)模式都一樣，軟件的、硬件的、實車的，這些都是大家耳熟能詳?shù)摹０ㄎ覀兊膶嶒炇?，絕大部分實驗室的面積都是被這樣的機械臺架占用，它要打造幾百千瓦、10萬轉(zhuǎn)、2.59萬牛米，為我國驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)做出了很大貢獻，這也是常規(guī)的發(fā)動機系統(tǒng)開發(fā)驗證的常規(guī)手段。
我們現(xiàn)在越來越多地關(guān)注電驅(qū)系統(tǒng)的故障問題，比如短路、斷路、失磁、軸承損壞，這些都會導(dǎo)致車輛的致命性問題，不夸張地講，比鋰電池著火還要嚴(yán)重，雖然失效的概率非常低。
但我們?nèi)绾尾拍茉谶@樣的臺架上去實現(xiàn)測試失效呢？貌似不可能。曾經(jīng)有一家企業(yè)在我們這里做試驗，轉(zhuǎn)到9000轉(zhuǎn)的時候軸折了。
這帶來一個思考：對于電機臺架測試來說，比較成熟、比較常規(guī)，帶來的問題就是不同種類的電機類型需要不同電機類型的測試臺架，部分能量以機械能、熱能耗散而無法回收，能耗損失大。由此我們就想，能不能利用現(xiàn)在強大的電力電子模擬能力將它替代掉，為什么非要讓它轉(zhuǎn)起來呢？
現(xiàn)在我們就做了這樣一種嘗試，一種新型的電驅(qū)動系統(tǒng)測試，用電力電子做一個耦合回路，側(cè)重于電機控制系統(tǒng)的測試，這樣可以搭建非常良好的、全性能的測試環(huán)境。
我們可以實現(xiàn)不同類型、不同參數(shù)、不同故障的電機模擬，從而實現(xiàn)原來在臺架上、在實車上不能實現(xiàn)的任務(wù)。
在高精度的電機模型構(gòu)建上，不僅僅要模擬好的電機，還要模擬壞的電機。比如說模擬A項短路了兩匝，比如模擬局部失磁了70%，我們要把這種故障模擬出來，這是我們要建高精度電機模型要解決的問題。
當(dāng)然方法很多，有基于有限元（模型）的，有基于磁共能的。
還有，原來我們做控制的時候，會天然地忽略磁飽和、磁損耗，我們現(xiàn)在就要去考慮損耗和飽和的問題。
再一個，我們要去引發(fā)它（電驅(qū)動系統(tǒng)）的故障的模擬問題，從而驗證更加良好的控制算法，同時隨著現(xiàn)在高性能驅(qū)動開發(fā)的要求，我也在關(guān)注多電平的應(yīng)用以及它的損耗發(fā)展，包括基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的非參數(shù)模型預(yù)測電流控制方法。這是我們做的一些前期工作。
3
汽車大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
我國已經(jīng)建立起全球最大的新能源車輛的監(jiān)控運營平臺，目前平臺已經(jīng)接入2100萬臺車的數(shù)據(jù)，每臺車30秒鐘上傳1幀數(shù)據(jù)。我們是全球第一個，也是目前唯一一個新能源車全國聯(lián)網(wǎng)的國家，為新能源的迭代和安全發(fā)展起到了很大的作用。
在這個過程中，我們基于新能源車輛的監(jiān)控平臺，引申了電池溯源平臺、重型車輛排放平臺、特種設(shè)備包括電動載運工具的平臺，這樣我們可以把整個交通融為一張大網(wǎng)，為交通領(lǐng)域的發(fā)展提供最堅實的數(shù)據(jù)支撐。
比如說，針對汽車和新能源車輛價值的評估，大家買車的時候可能都會關(guān)注車開了三年之后還保不保值，包括二手車在流通的時候，我們也要考慮這個車還剩下多少價值，買臺20萬的純電動車開三年會成什么樣子，我們就可以去關(guān)注驅(qū)動電機，分析用戶用車 慣對核保評分的影響，同時進行風(fēng)險評估和對碳排放匯率進行計算。
最后，提出三個問題供大家思考：
最近兩天整理標(biāo)準(zhǔn)的時候，我突然發(fā)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)少得可憐，許多標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被廢止了，2024年5月28日開始正式實行新的標(biāo)準(zhǔn)，所以數(shù)量上又少了一個。發(fā)動機一共有71個標(biāo)準(zhǔn)。希望我們能夠一起推動，任重而道遠。
之前賈可博士講到驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展，為什么都說驅(qū)動系統(tǒng)不賺錢？我覺得是我們細分得太細了，不太好形成規(guī)模化的產(chǎn)品，恨不得每千瓦都要劃分一個序列，還有各種不同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距以及控制形式。
