中國(guó)的新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展，在某種程度上已經(jīng)達(dá)到或者領(lǐng)先全球的水平。這其中離不開(kāi)國(guó)家隊(duì)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)功勞。
6月14日，在第十六屆中國(guó)汽車藍(lán)皮書(shū)論壇上，北理工電動(dòng)車輛國(guó)家工程研究中心主任王志福在驅(qū)動(dòng)路線專場(chǎng)上，做了《新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)方面，對(duì)新能源電動(dòng)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(cè)試方法的演進(jìn)，也從驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)、盈利、科研與市場(chǎng)的平衡對(duì)電驅(qū)發(fā)展提出了三問(wèn)，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(shí)錄。
各位業(yè)內(nèi)的朋友，大家下午好。今天是一個(gè)火熱的日子，我們聚集在此，一起討論一個(gè)比較火熱的課題。
我是第一個(gè)演講的，希望我的演講能夠給大家?guī)?lái)一些思考和啟發(fā)。我的題目是《新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)》，比較泛，主要包括四個(gè)方面：新能源汽車發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(guó)以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車快速茁壯成長(zhǎng)，給全球汽車市場(chǎng)帶來(lái)了一個(gè)很大的變革，我們可以一起看一看中國(guó)新能源汽車的發(fā)展歷程。
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新能源汽車發(fā)展。
背景就不說(shuō)了，時(shí)刻在變。我跟大家聊一下，當(dāng)時(shí)提出新能源汽車發(fā)展的時(shí)候，其實(shí)有兩個(gè)主題：一個(gè)是關(guān)于能源的安全問(wèn)題，還有一個(gè)是環(huán)境問(wèn)題。環(huán)境問(wèn)題套用時(shí)尚一點(diǎn)的表述，就是碳減排和碳排放的問(wèn)題。
整體來(lái)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(guó)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(huì)促成今天的局面，主要是錢(qián)老先生（錢(qián)學(xué)森）1992年給鄒家華（當(dāng)時(shí)的國(guó)務(wù)院副總理）同志寫(xiě)的一封信，要跨越一個(gè)臺(tái)階，直接進(jìn)入一個(gè)新的汽車時(shí)代。自此之后，“十五”計(jì)劃開(kāi)始，我們開(kāi)始“三縱三橫”。（注：2001年開(kāi)始的“十五”計(jì)劃將電動(dòng)汽車列入了“863計(jì)劃”，“863計(jì)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(dòng)汽車、 混合動(dòng)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(jī)及其控制系統(tǒng)、多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)。）
目前為止，到了新能源汽車2.0、3.0時(shí)代，內(nèi)涵有所改變，但架構(gòu)一直在推進(jìn)，也是得益于在座的所有業(yè)內(nèi)同仁們堅(jiān)持不懈地貫徹落實(shí)整個(gè)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(yùn)會(huì)已經(jīng)很久遠(yuǎn)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(guó)第一次舉辦奧運(yùn)會(huì)，也是目前唯一的夏季奧運(yùn)會(huì)。就在這屆奧運(yùn)會(huì)上，我們?cè)谌澜绲谝淮未笠?guī)模開(kāi)展了純電動(dòng)車輛的規(guī)?；瘧?yīng)用。自此之后，以純電動(dòng)車輛為代表的車輛運(yùn)行、運(yùn)營(yíng)、研發(fā)、應(yīng)用進(jìn)入了我們的視野和計(jì)劃中。
后來(lái)，隨著“十城千輛”和一系列新能源相關(guān)政策的出臺(tái)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(guò)程中，一些企業(yè)尤其是原來(lái)對(duì)標(biāo)的西方企業(yè)“都不玩了”，由此也帶來(lái)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(dòng)車發(fā)展怎么往下走。
稍微打個(gè)廣告。北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程研究中心是隨著中國(guó)新能源車輛的發(fā)展而發(fā)展的。從1992年開(kāi)始進(jìn)行純電動(dòng)客車的研發(fā)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段的發(fā)展，包括2008年我們主持研發(fā)電動(dòng)客車成功服務(wù)于北京奧運(yùn)、2022年研發(fā)的全氣候電動(dòng)客車、車云協(xié)同平臺(tái)服務(wù)北京冬奧會(huì)等一系列活動(dòng)。
目前，我們已經(jīng)創(chuàng)建了以中國(guó)特色電動(dòng)車輛充放電和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控為一體化的中國(guó)特色新能源車輛的應(yīng)用體系，為中國(guó)商用車的規(guī)?；瘧?yīng)用和技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先做出自己作為國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該做的工作。
實(shí)驗(yàn)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(kāi)始，隨著新能源車輛技術(shù)的不斷發(fā)展，目前我們?cè)诹鶄€(gè)方面不斷拓展：整車、驅(qū)動(dòng)、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(shuō)的基礎(chǔ)軟件、基礎(chǔ)工具鏈。
回到今天的主題，這是我們實(shí)驗(yàn)室一直在做的方向，就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(guó)內(nèi)國(guó)際的應(yīng)用也是比較成熟的，分布范圍很廣。
其實(shí)搞電機(jī)驅(qū)動(dòng)原來(lái)對(duì)標(biāo)傳統(tǒng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，分布的范圍更廣。2009年，我們實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全國(guó)測(cè)試工作的時(shí)候已經(jīng)接觸到很多企業(yè)。中國(guó)搞電機(jī)的企業(yè)和產(chǎn)品，都是全球最多的。接下來(lái)思考的也是這個(gè)問(wèn)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(jìn)？
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驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)需求。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)大概就是圖中這些，以新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)總成的企業(yè)主要可分為三大類（整車廠、電機(jī)廠和Tire1）。
新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)以永磁同步電機(jī)系統(tǒng)為主，應(yīng)用占比超過(guò)了94%，其余的市場(chǎng)則主要被異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占領(lǐng)。
根據(jù)我們平臺(tái)上的統(tǒng)計(jì)，從電機(jī)到電控的TOP10，目前集中度是越來(lái)越高的，尤其是這兩年這種趨勢(shì)更加明顯。
從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)講，對(duì)于電機(jī)本體，大家都在提扁線電機(jī)、油冷技術(shù)和一體化或者多合一，從控制角度來(lái)說(shuō)，大家都很關(guān)心高效驅(qū)動(dòng)、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(lái)越關(guān)注可靠性？去年之前，大家對(duì)電動(dòng)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(gè)車輛性能的提升，大家對(duì)可靠性、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)會(huì)越來(lái)越關(guān)注。
前面講的是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本介紹和了解，我想把話題稍微引開(kāi)一點(diǎn)。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展才剛剛開(kāi)始。我們?cè)偻把由煲幌拢瑥哪茉吹睦煤偷嵌瓤紤]這個(gè)問(wèn)題，以前是人力和畜力（驅(qū)動(dòng)），到了蒸汽（驅(qū)動(dòng)）時(shí)代，成就了一個(gè)日不落帝國(guó)，從蒸汽時(shí)代到內(nèi)燃機(jī)（驅(qū)動(dòng)）時(shí)代，成就了一個(gè)美國(guó)。現(xiàn)在我們認(rèn)為是從內(nèi)燃機(jī)時(shí)代到電驅(qū)時(shí)代。
我曾經(jīng)看過(guò)一個(gè)公司的宣傳短片，講到如果沒(méi)有電的話，相信大家要坐在這個(gè)房間里都很難，因?yàn)楝F(xiàn)在所有的一切都是以電來(lái)驅(qū)動(dòng)的。我背后這頁(yè)slide(指翻頁(yè)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(yùn)裝備，而它的研發(fā)和驗(yàn)證就會(huì)帶來(lái)一個(gè)更加急迫的問(wèn)題：對(duì)于電驅(qū)系統(tǒng)的驗(yàn)證問(wèn)題。
開(kāi)發(fā)人員都知道，其實(shí)這些系統(tǒng)模式都一樣，軟件的、硬件的、實(shí)車的，這些都是大家耳熟能詳?shù)?。包括我們的?shí)驗(yàn)室，絕大部分實(shí)驗(yàn)室的面積都是被這樣的機(jī)械臺(tái)架占用，它要打造幾百千瓦、10萬(wàn)轉(zhuǎn)、2.59萬(wàn)牛米，為我國(guó)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)做出了很大貢獻(xiàn)，這也是常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證的常規(guī)手段。
我們現(xiàn)在越來(lái)越多地關(guān)注電驅(qū)系統(tǒng)的故障問(wèn)題，比如短路、斷路、失磁、軸承損壞，這些都會(huì)導(dǎo)致車輛的致命性問(wèn)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(tái)架上去實(shí)現(xiàn)測(cè)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(yàn)，轉(zhuǎn)到9000轉(zhuǎn)的時(shí)候軸折了。
這帶來(lái)一個(gè)思考：對(duì)于電機(jī)臺(tái)架測(cè)試來(lái)說(shuō)，比較成熟、比較常規(guī)，帶來(lái)的問(wèn)題就是不同種類的電機(jī)類型需要不同電機(jī)類型的測(cè)試臺(tái)架，部分能量以機(jī)械能、熱能耗散而無(wú)法回收，能耗損失大。由此我們就想，能不能利用現(xiàn)在強(qiáng)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(lái)呢？
現(xiàn)在我們就做了這樣一種嘗試，一種新型的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試，用電力電子做一個(gè)耦合回路，側(cè)重于電機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)試，這樣可以搭建非常良好的、全性能的測(cè)試環(huán)境。
我們可以實(shí)現(xiàn)不同類型、不同參數(shù)、不同故障的電機(jī)模擬，從而實(shí)現(xiàn)原來(lái)在臺(tái)架上、在實(shí)車上不能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。
在高精度的電機(jī)模型構(gòu)建上，不僅僅要模擬好的電機(jī)，還要模擬壞的電機(jī)。比如說(shuō)模擬A項(xiàng)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(lái)，這是我們要建高精度電機(jī)模型要解決的問(wèn)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(lái)我們做控制的時(shí)候，會(huì)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(wèn)題。
再一個(gè)，我們要去引發(fā)它（電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）的故障的模擬問(wèn)題，從而驗(yàn)證更加良好的控制算法，同時(shí)隨著現(xiàn)在高性能驅(qū)動(dòng)開(kāi)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(dòng)的非參數(shù)模型預(yù)測(cè)電流控制方法。這是我們做的一些前期工作。
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汽車大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
我國(guó)已經(jīng)建立起全球最大的新能源車輛的監(jiān)控運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，目前平臺(tái)已經(jīng)接入2100萬(wàn)臺(tái)車的數(shù)據(jù)，每臺(tái)車30秒鐘上傳1幀數(shù)據(jù)。我們是全球第一個(gè)，也是目前唯一一個(gè)新能源車全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的國(guó)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(gè)過(guò)程中，我們基于新能源車輛的監(jiān)控平臺(tái)，引申了電池溯源平臺(tái)、重型車輛排放平臺(tái)、特種設(shè)備包括電動(dòng)載運(yùn)工具的平臺(tái)，這樣我們可以把整個(gè)交通融為一張大網(wǎng)，為交通領(lǐng)域的發(fā)展提供最堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。
比如說(shuō)，針對(duì)汽車和新能源車輛價(jià)值的評(píng)估，大家買(mǎi)車的時(shí)候可能都會(huì)關(guān)注車開(kāi)了三年之后還保不保值，包括二手車在流通的時(shí)候，我們也要考慮這個(gè)車還剩下多少價(jià)值，買(mǎi)臺(tái)20萬(wàn)的純電動(dòng)車開(kāi)三年會(huì)成什么樣子，我們就可以去關(guān)注驅(qū)動(dòng)電機(jī)，分析用戶用車 慣對(duì)核保評(píng)分的影響，同時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和對(duì)碳排放匯率進(jìn)行計(jì)算。
最后，提出三個(gè)問(wèn)題供大家思考：
最近兩天整理標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，我突然發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(kāi)始正式實(shí)行新的標(biāo)準(zhǔn)，所以數(shù)量上又少了一個(gè)。發(fā)動(dòng)機(jī)一共有71個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。希望我們能夠一起推動(dòng)，任重而道遠(yuǎn)。
之前賈可博士講到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，為什么都說(shuō)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不賺錢(qián)？我覺(jué)得是我們細(xì)分得太細(xì)了，不太好形成規(guī)?；漠a(chǎn)品，恨不得每千瓦都要?jiǎng)澐忠粋€(gè)序列，還有各種不同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距以及控制形式。
