一、绪论对新能源汽车而言，电池身手、电机身手、电机限制器身手被称为新能源汽车要害三电身手。正在暂时电池身手未能获得冲破的条件下，普及电机驱动体例的恶果、

对新能源汽车而言，电池身手、电机身手、电机限制器身手被称为新能源汽车要害三电身手。正在暂时电池身手未能获得冲破的条件下，普及电机驱动体例的恶果、功率密度、安适性与牢靠性成为新能源汽车电机驱动体例的紧要钻探倾向，也是我国政府和企业实行策略订定和异日进展筹办的要点对象。

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电机驱动限制器行动新能源汽车中联贯电池与电机的电能转换单位，是电机驱动及限制体例的重点。个中高本能功率半导体器件、智能门极驱启航手以及器件级集成安排本事的运用，将有助于达成高功率密度、低损耗、高恶果电机限制器安排；同时，高本能、高牢靠电机限制器产物，还央求具有高尺度电磁兼容性（EMC）、成效安适和牢靠性安排。

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电机限制器的进展以功率半导体器件为主线，正从硅基绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、守旧单面冷却封装身手，向宽禁带半导体（如SiC、GaN等）、定制化模块封装、双面冷却集成等倾向进展。同时，得益于成熟的身手迭代，以及比拟于宽禁带半导体器件更低的本钱，硅基IGBT依然是暂时与异日较长时刻内电机限制器产物的紧要采选。

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正在硅基IGBT芯片身手上，英飞凌科技公司针对新能源汽车商场高功率密度需求，已研发出EDT2芯片身手，达成了750V/270A IGBT芯片量产，富士集团等日本厂商也都接踵研发出了高功率密度IGBT芯片身手，并已批量运用于汽车IGBT模块产物。别的，与硅基器件（如IGBT、MOSFET等）比拟，SiC器件属于第三代半导体资料功率器件，具有高热导率、耐高温、禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子漂移速度大等上风，结温耐受能够到达225 ℃乃至更高，远高于暂时硅基IGBT 175 ℃的最高运用结温。SiC器件开闭速率更速，可运用于更高的开闭频率，更合用于高速电机的限制。同时，比拟硅基IGBT，SiC器件的开闭损耗和导通损耗均大幅低落，有助于低落整车百千米耗电量，擢升整车续航里程[1]。然而暂时SiC器件本钱仍远高于硅基IGBT，这成为荆棘SiC器件扩充的紧张身分。同时，铜线键合、芯片倒装、银烧结、瞬态液相焊接等新型封装身手能够普及IGBT功率模块的载流密度与寿命，以是也成为暂时的钻探热门。目前，电装、德尔福、英飞凌、株洲中车时期电气股份有限公司等已研制出基于双面冷却的IGBT模块与电机限制器产物，个别已随整车产物得回批量运用。基于硅基IGBT的电机限制器安排正在异日相当长一段时刻内仍将为商场的主流采选，硅基IGBT器件芯片与功率模块封装身手将正在不竭的优化迭代中得回擢升。（二）智能门极驱启航手门极驱启航手是电机限制器中高压功率半导体器件和低压限制电途的纽带，是驱动功率半导体器件的要害。IGBT门极驱动除具有根基的间隔、驱动和扞卫成效外，还需联合IGBT本身性子，正确地限制开通和闭断经过，使IGBT正在损耗和电磁作梗（EMI）之间获得最佳的折衷[2]。智能门极驱动的两大紧要特性不同为：主动门极限制和监控诊断成效。主动门极限制是依照劳动运转处境和工况，对IGBT开闭经过实行主动精采化最优限制的一种本事。主动门极限制身手是暂时IGBT运用范畴的钻探热门，其根基思绪是把IGBT 开通经过和闭断经过不同划分为几个分歧的阶段，针对某一题目只需对相应的阶段实行独立的门极调控，对其他参数出现很小的（乃至不出现）负面影响[3]。综上所述，智能门极驱动的运用，将有助于充实施展功率半导体器件本能，如低落损耗、擢升电压诈骗率等，并达成功率半导体器件的壮健形态正在线评估，餍足电机限制器高安适性、高牢靠性安排的标的。（三）功率组件的集成安排国际上表率的电机限制器产物为合适新能源汽车高功率密度、长命命与高牢靠性的央求，大大都的功率半导体模块封装均为定向安排[4]，功率半导体器件与其他电子部件之间的范围日趋统一，基于器件的集成安排已成为新能源汽车电机限制器进展的新趋向。器件级集成安排身手紧要分为物理集成与需求集成安排。物理集成安排是通过钻探电机各个器件之间物理组织的集成安排本事，达成寄生参数、散热、死板强度等的均衡优化，达成机、电、热、磁等的最优安排，最终到达电机限制器高功率密度、高牢靠性的安排标的。需求集成安排身手是指将整车和电驱动体例需求向前延长至IGBT芯片安排、功率模块封装范畴，依照整车安排与本能需求，树立以整车需求为导向，由体例向重点零部件自上而下的优化安排本事。其所带来的上风将是整车续航里程的增补或电池容量需求的低落。（四）其他要害身手除上文所述三大抵害身手以外，尚有下述几个要害身手需求正在异日的新能源汽车财富惹起珍视。（1）EMC与牢靠性安排也是达成新能源汽车电机限制器财富化的要害身手。EMC与牢靠性安排是评议电力电子产物的要害目标。实行更有用的EMC安排是业内不停正在追寻的标的。个中，基于有限元领悟的本事树立“元件-部件-限制器”的EMC高频仿真模子，钻探失效机理，并联合试验验证，最终达成电磁兼容的正向安排，将慢慢成为主流的身手道途）汽车成效安适安排能够消逝或明显低落由电子与电气体例的成效格外而惹起的各式整车安适危急。暂时电机限制器成效安适需求众为ASIL C品级，但正在异日，电机限制器成效安适需求或将擢升为ASIL D级，这需求庞大度更高、冗余性更强、牢靠性目标更高的电机限制器产物安排[5]。（3）电机限制器产物的牢靠性安排。电机限制器行动新能源汽车的重点驱动单位，其牢靠性目标直接影响着整车的驾乘体验与商场口碑。德国和美国汽车电子厂商合伙提出了鲁棒性验证（RV）本事[6]，该本事仍旧被英飞凌科技公司、博世集团通常运用于半导体分立器件的牢靠性安排领悟，对付诸如电机限制器等的庞大体例，其合用性与有用性还正在进一步寻找中。三、驱动电坎阱键身手

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新能源汽车采用电动机代替守旧的内燃机行动动力输出部件。跟着新能源汽车对驱动电机宽调速畛域、高功率密度、高恶果等本能央求的普及，稀土永磁体励磁的永磁同步电机身手慢慢代替守旧直流电机、感到电机驱启航手行动新能源汽车的主流驱动电机办理计划。然而，跟着驱动电机功率密度和恶果的不竭普及，守旧组织和守旧工艺创筑的永磁同步电机也慢慢难以餍足暂时商场的逐鹿需求，各大守旧主机厂和新兴制车实力急切需求寻找新的身手办理计划。（一）扁铜线身手发卡式(也称为扁铜线所示。采用发卡式定子绕组能够普及电机定子的槽满率，从而普及电机的功率密度。别的，发卡式定子绕组的端部尺寸较短，因此具有更低的铜损以及更好的散热本能。暂时该类电机的坐蓐身手、设置和专利，紧要由日本、意大利和德国等守旧汽车强国所引颈。从2018年下手，国内的深圳市汇川身手有限公司、松正电动汽车身手股份有限公司等电动汽车零部件供应商也赓续发力，推出了己方的扁铜线电机产物。然而，相对付守旧圆铜线绕组而言，扁铜线绕组的高频趋肤效应明显。对付大功率驱动电机，发卡式定子绕组带来的环流损耗也加倍超越[7,8]。发卡式绕组的坐蓐工艺庞大，扁铜线弯折后绝缘层容易损坏出现缺口或破面。低落发卡式定子绕组的趋肤效应和涡流损耗是暂时钻探的热门。普及发卡式定子绕组的资料加工身手和创筑精度将有利于该项身手国产化的扩充。

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众相电机正在输出一致功率时的母线电压低于守旧的三相电机，且具有更小的转矩脉动和更强的容错技能[9]，以是合用于对噪声、振动、声振毛糙度（NVH）央求高的新能源汽车电驱体例[10]。以双三相永磁同步电机为例，电机的两套绕组正在空间上相距30°电角度，消逝了5次与7次谐波磁势，大大节减了电机的转矩脉动[11,12]。同时，双三相永磁同步电机两套绕组采用间隔中线相电机，低落了体例的阶次，便于领悟与限制，正在电机与限制器发作挫折时，限制算法不需求大的更改即可达成电机体例的容错运转限制，以是双三相永磁同步电机也成为了新能源汽车电机驱动体例钻探的热门。永磁同步磁阻电机是“永磁同步电机+磁阻电机”的统一，与守旧永磁同步电机比拟，其永磁体磁链较小、磁阻转矩较大，是一种少稀土/无稀土永磁电机计划。同时，其不只具有很高的扭矩电流比、很高的功率密度、较低的磁饱和题目，还具有更宽绰的高恶果调速畛域。以是，该身手道途仍旧被运用于宝马公司的i3和i8系列车型（睹图2）。永磁同步磁阻电机是暂时行业界众数看好的身手道途。然而其也面对着转子组织安排庞大、创筑工艺庞大、创筑设置本钱高、最优电流角度转折大等题目，是暂时钻探的要点和难点。以是，该身手的进展对付少少紧要依赖便宜稀土永磁体、研发技能和创筑加工技能差的企业将是不小的袭击。

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轮毂电机的花式众样，但国表里的钻探众聚积正在外转子轮毂电机[13～16]。轮毂电机的运用也许给新能源汽车带来一系列分明上风：免却了变速器、传动轴、差速器等死板传动个别，能够达成四轮漫衍式驱动，且留下更众的底盘空间给电池包。然而，驱动电机的轮毂化目前还面对着一系列新的寻事，好比：大大增补了簧下质料和车轮的转动惯量、较难措置电机的防水和防尘题目、散热题目和较庞大的驱动限制算法等[16]。暂时，Protean、Elaphe等海外企业推出了一系列产物样机（睹图3），并和国内亚太机电股份有限公司、万安科技股份有限公司等企业实行了国产化配合。而国内以湖北泰特机电有限公司为首的企业也紧随其后推出了一系列针对大型商用车辆和特种车辆的轮毂电机计划。永磁体本能的太平对付车用驱动电机的输出本能具有至闭紧张的感化。而劳动温度的升高往往会让永磁体出现退磁，从而低落驱动电机的转矩输出技能。过高的永磁体劳动温度还会导致驱动电机的高恶果运转区域缩小、功率因数减小 [17]。针对该题目，国表里学者正在永磁电机的永磁体温度监测身手方面做了较众表面钻探[18]。然而正在新能源汽车驱动电机中，操纵本能太平的低本钱温度传感器来供应必须的温度监测成效照旧是暂时独一的牢靠采选。目前针对电机散热体例的钻探，往往都是基于定子和端部绕组的领悟，若能从电机转子的角度来钻探电机的散热组织和散热体例，对付普及新能源汽车的动力太平性有紧张事理。别的，研制运用于高功率密度电机的耐高温永磁体则能从根蒂上办理永磁体高负荷、高温工况下的磁本能退化题目。

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正在新能源汽车范畴，我国还处于跟跑和起步阶段，异日还需求详细闭心的范畴有：超等铜线身手，串并联绕组切换电机身手，高耐压绝缘资料身手，限度去磁化身手。

别的，我国正在高速轴承身手、无刷电励磁同步电机身手、电机电控深度集成等众个方面和西方畅旺国家依然有着较大的差异，需求我国正在异日财富组织和科研项目中实行要点攻闭。倘使一味依赖稀土永磁资源的上风，我国的新能源汽车财富正在异日逐鹿中早晚会见对西方国家正在环保题目上的身手壁垒。

异日的5至10年，新能源汽车将进入黄金进展期，我国行动宇宙上最大的汽车商场，将面对新一轮财富界洗牌。基于守旧硅基IGBT的电机限制器正在异日相当长一段时刻内仍将是商场主力，然而跟着SiC器件坐蓐本钱的低落，高牢靠性的800 V高压SiC驱动体例将是下一代乘用车驱动限制器进展的倾向。我国需警告对“稀土永磁盈利”的依赖，提前组织前沿的电机安排身手、资料身手、进步创筑加工身手和高精度加工设置，以应对异日西方畅旺国家诈骗其进步的少稀土/无稀土永磁电机身手道途来树立针对稀土永磁电机的身手壁垒。