2016年10月14日科技部高新司發(fā)布《“新能源汽車”試點專項2017年度項目申報指南建議》，要求2017年重點項目，乘用車電機峰值功率密度≥4kW/kg(≥30秒),連續(xù)功率密度≥2.5kW/kg,電機最高效率≥96%,裝車應(yīng)用不低于25000臺;商用車電機峰值轉(zhuǎn)矩密度≥20Nm/kg(≥60秒),連續(xù)轉(zhuǎn)矩密度≥11Nm/kg,電機最高效率≥96%,裝車應(yīng)用不低于5000臺。因此，技術(shù)指標的提高，從而影響著驅(qū)動電機技術(shù)路線的方向，推動驅(qū)動電機相關(guān)技術(shù)的升級。

永磁同步電機成主流，是否是未來趨勢？

據(jù)了解，永磁同步電機應(yīng)用越來越多，電壓等級不斷提高，轉(zhuǎn)速也越來越高。根據(jù)統(tǒng)計，在2017年第一批推薦目錄中，有150款車型搭載了永磁同步電機，占比81%；搭載交流異步電機的車型有33款車型，占比18%；未知2款車型。

由此可以看出，大部分車型選擇永磁同步電機。雖然特斯拉采用的是異步電機，行業(yè)人士認為主要是出于成本因素和實際平均效率因素考慮，據(jù)悉，特斯拉Model3將會采用永磁同步電機?？梢哉f永磁同步電機將會是大勢所趨！根據(jù)信息采集，目前國外知名的車企，如寶馬的ActiveHybrid與i3，豐田PruisIV與Leaf，特斯拉Model3，本田CivicHybrid，雪佛蘭Volt等都采用永磁同步電機。某證券所的資料顯示，如下表：

從表格上看，開關(guān)磁阻電機的優(yōu)勢較為明顯，開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)和控制簡單、出力大，可靠性高，成本低，起動制動性能好，運行效率高。但為什么其沒有被廣泛應(yīng)用在電動汽車上？主要因素在于1.脈動因素而導致的成本增加；2.脈動轉(zhuǎn)矩造成噪音；3.非線性嚴重。4.正在不斷探索和開發(fā)中。

從表格中看出，永磁同步電機功率密度高，可靠性高，功率因數(shù)高，較高的轉(zhuǎn)速范圍，調(diào)速控制性能好，具有較寬的調(diào)速范圍。永磁同步電機沒有勵磁損耗和散熱問題，電機結(jié)構(gòu)簡單，體積比同功率的異步電機小15%以上。

而永磁同步電機比交流異步電機的優(yōu)勢在于：（1）效率高，更加省電；（2）功率因數(shù)高；（3）電機結(jié)構(gòu)簡單靈活；（4）可靠性高；（5）體積小，功率密度大；（6）起動力矩大、噪音小、溫升低。如下如所示：

不過，永磁同步電機也有它的缺點，和直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等，需要更多維護，給應(yīng)用帶來不便的缺點。相對于異步電動機而言，永磁同步電機則比較簡單，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好，但存在最大轉(zhuǎn)矩受永磁體去磁約束，抗震能力差，高轉(zhuǎn)速受限制，功率較小，成本高和起動困難等缺點。

SiC第三代寬禁帶功率器件成趨勢

SiC應(yīng)用于車用電驅(qū)動系統(tǒng)，其良好的高溫（結(jié)溫250℃以上）和高頻特性（開關(guān)頻率可達100kHz）有望為車用變流器帶來革命性變化?！丁靶履茉雌嚒痹圏c專項2017年度項目申報指南建議》資料顯示，對SiC第三代寬禁帶功率器有特別的要求，要求“寬禁帶電力電子模塊電流≥400A,電壓≥750V;電機控制器峰值功率密度≥30kW/L,匹配電機額定功率40-80kW,最高效率≥98.5%;產(chǎn)品裝車應(yīng)用不低于1000套?！?/p>

功率器件有四大類，即逆變器、轉(zhuǎn)換器(整流器)、直流斬波器DC/DC轉(zhuǎn)換器、矩陣轉(zhuǎn)換器。而功率器件最為重要的指標是損耗，如碳化硅功率模塊與采用硅基IGBT的功率模塊相比，可將開關(guān)損失降低85%。

目前，國內(nèi)外半導體材料主要有Si（硅）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAS）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）等。以Si為代表的傳統(tǒng)半導體功率電子器件的發(fā)展已經(jīng)接近材料的極限，在摩爾定律的規(guī)律下已經(jīng)走過了50多年，不能滿足器件應(yīng)用不斷發(fā)展的要求，尋找新的半導體材料替代硅已經(jīng)成了近些年半導體發(fā)展的方向之一。而有著更高禁帶寬度的第三代寬禁帶半導體材料開始逐漸走向研究與應(yīng)用，最為前沿且成熟的技術(shù)就是SiC與GaN。

SiC肖特基二極管已經(jīng)有10年以上歷史，但SiCMOSFET、SiCJFET和SiCBJT近年才出現(xiàn)，GaN功率器件更是剛剛才在市場上出現(xiàn)。因此，相比而言，GaN要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要十幾年時間，甚至更長時間，而SiC實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化近在咫尺。

相對于Si而言，第三代半導體材料SiC與CaN的優(yōu)點更明顯，主要優(yōu)點如下：

（1）從上表格可以看出，SiC與CaN帶隙都大于3.0eV,是Si的3倍左右。SiC與CaN器件禁帶寬度大于Si，大大降低了器件的泄漏電流，使其具有抗輻照的特性。

（2）SiC與CaN的工作溫度要大于Si，理論上SiC工作溫度可達到600℃，在高溫場合的優(yōu)勢明顯。

（3）從表格可以看出，絕緣擊穿場強度大，SiC擊穿場強度達到2MV/cm及以上，CaN擊穿場強度更高，為3.3MV/cm，是Si的十倍。這樣大大提高了功率器件的耐壓容量、工作頻率及電流密度，同時也大大降低了器件的導通損耗。

（4）從表格可以看出，SiC還由于有較高的飽和遷移速度和較低的介電系數(shù)，是Si的2倍，使得SiC器件具有好的高頻特性。

（5）從表格可以看出，SiC的熱導性為4.5W/cmK，要高于Si的熱導率，散熱性較好，提高SiC功率器件的功率密度和集成度。

根據(jù)藍皮書文摘，SiC器件應(yīng)用將呈現(xiàn)如下趨勢，一是提高開關(guān)頻率和母線電壓，一方面降低系統(tǒng)對電容、電感等無源器件的要求，另一方面允許電機轉(zhuǎn)速增大，減小電機額定轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)控制器成本的進一步壓縮；二是，提高功率器件的結(jié)溫，便于利用高溫冷卻液，或者應(yīng)用風冷散熱方法，在降低散熱系統(tǒng)成本的同時，提升控制器功率密度；三是改進芯片特性使之接近理論極限并提高成品率，減小芯片成本；四是改進電磁兼容性能，對SiC器件引起的電磁干擾的產(chǎn)生機理和抑制方法進行深入研究。

驅(qū)動系統(tǒng)集成化成未來趨勢

驅(qū)動電機的發(fā)展，越來越朝著低成本、輕量化、小型化、高效率、集成化方向發(fā)展。而集成化為小型輕量化、低成本與高效率的最快實現(xiàn)成為可能。通常驅(qū)動系統(tǒng)集成化包括兩大類，按照藍皮書的歸類為機電集成與電力電子集成兩類。

藍皮書記載，機電集成主要包括電機與發(fā)動機總成或電機與變速箱的集成，其特點是通過高效/高速電機與高效傳動的集成，以提升驅(qū)動系統(tǒng)效率、功率密度，以降低成本。電力電子集成方面，主要基于ICBT器件、電容、高效散熱技術(shù)（如雙面冷卻）的高功率密度電力電子集成技術(shù)，以實現(xiàn)車載電力電子系統(tǒng)的功率密度倍增，降低成本；電機控制器與車載充電機有機拓補集成，可實現(xiàn)大功率快速充電。同時，以數(shù)字控制為基礎(chǔ)，功能安全設(shè)計為目標、電磁兼容為約束的高可靠性、多拓補組合的車載電力電子集成技術(shù)，向著滿足ISO26262的汽車工業(yè)產(chǎn)品安全設(shè)計的方向發(fā)展。

隨著電機技術(shù)與控制技術(shù)的不斷升級，輪轂電機也廣泛應(yīng)用在電動汽車上。輪轂電機很早就被應(yīng)用在汽車上，如日本TEPCO公司1991年上市的IZA純電動汽車采用輪轂電機四輪驅(qū)動。輪轂電機通過把電機集成在輪轂內(nèi)，高度集成化，其布置方便、動力控制靈活、易于實現(xiàn)制動和能量回收、能夠節(jié)省車身控制、車身設(shè)計自由度高、簡化傳動系統(tǒng)等優(yōu)勢，將是驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。

而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，DSP電動機控制芯片日益成熟，基于CAN總線的全數(shù)字控制系統(tǒng)成為電動汽車控制系統(tǒng)硬件組成的重要模式，電機控制系統(tǒng)集成技術(shù)也不斷成熟。而驅(qū)動電機控制系統(tǒng)將會朝著小型化、輕量化、易于產(chǎn)業(yè)化、高容量、高效節(jié)能、響應(yīng)迅速、調(diào)速性能好、可靠性高等發(fā)展。

總體而言，電動汽車電機技術(shù)未來將會重點發(fā)展永磁輪轂電機和開關(guān)磁阻電動機，尤其是永磁輪轂電機，并且結(jié)合第三代寬禁帶功率器件和電控系統(tǒng)同步發(fā)展。未來電動汽車電機將會朝著高效化、小型化、輕量化、集成化發(fā)展，價格更低，性能更高！