作者：吴庆国
一. 新能源汽车发展背景
1.1 新能源汽车发展背景（经济性）
电池寿命：10年，24万公里
电池使用里程数：4km/kWh*40kWh*1500次=24万公里
40kWh电池价格=8万元
电费： 0.6元/kWh*40kWh*1500次=3.6万
总费用：8+3.6=11.6万元
汽油费用：24万公里*0.1L/km*7.5元/L=18万元
▲汽油与（电池+电费）平衡点
1.2 新能源汽车发展背景（政治）
能源、气候、排放需求
各国开始禁销燃油车时间表（2020年-2040年）：
1.3 全球新能源汽车行业政策
1.4 技术路径对减少CO2排放的贡献
1.5 全球新能源汽车发展路径
二.国内新能源汽车发展概况
2.1 国内新能源汽车市场销量
2018年1-10月，新能源汽车累计产销分别完成87.9万辆和86万辆，比上年同期分别增长70%和75.6%。
2.2 国内新能源汽车市场结构
1-10月纯电动汽车销售完成65.3万辆，比上年同期增长62.3%。
1-10月插电式混合动力汽车销售完成20.7万辆，比上年同期增长136.4%。
从销量数据上看，纯电动汽车仍是目前市场上主流技术路线，其占比达76%，但比去年的83%有所降低。
2.3 国内新能源汽车1-10月累计销量分车型车企排行榜
北汽新能源的EC系列车型已经累计销售68025辆，是市场最为大卖的纯电动汽车车型。北汽新能源也因其强势的市场表现，以17%的市场占有率成为纯电动汽车市场2018年1-10月累计销量的车企冠军。
比亚迪以45%的市场份额是插电式混动汽车市场绝对的霸主，上汽以29%的占有率位居次席。
2.4 国内新能源乘用车畅销车型排行榜TOP10
排行榜中销量前四名都是A0级和A00级车型，其中北汽新能源EC系列更是一枝独秀，相比去年同期累计销量增长了52.4%。比亚迪的几款A级车型也表现不俗，单个车型累计销量都突破了三万大关。
2.5 新能源乘用汽车市场需求分析
目前消费者主要的需求是省油（高续航），安全性高、更环保的小排量（A00，A0级）的汽车。
三. 国内电驱动系统发展概况
3.1 新能源汽车驱动电机市场现状
新能源汽车发展势头强劲，带来新能源汽车电机市场快速发展。据中机中心统计数据显示，2017年我国新能源汽车电机装机量约87.4万台，同比增长56%。由此测算，截至到2020年新能源汽车电机、电控市场规模将增至500亿元。
2017年企业新能源汽车电机装机情况一览
企业
装机量（台）
电机配套企业
比亚迪
138557
比亚迪、北京华林
北汽新能源
101753
北汽新能源、北京汽车、昌河铃木、昌河汽车、瑞丽汽车
上海电驱动
42855
奇瑞汽车、吉利汽车、豪情汽车、河北御捷、东南汽车、云度新能源、瑞驰汽车、上汽商用车、广州汽车、东风汽车、中通客车、中国一汽、上海万象、昆明客车、南京汽车、华晨金杯、杉杉汽车、一汽夏利、宇通客车、福建龙马环卫、华泰汽车、中汽宏远、河南恒润高科、江淮汽车
精进电动
40690
吉利汽车、豪情汽车、东风汽车、中通客车、长城汽车、和田汽车、广汽乘用车、丹东黄海、华晨鑫源汽车、郑州日产、苏州金龙、厦门金旅、厦门金龙、红星汽车、海马汽车、大汉汽车、广西源正、上饶客车、申沃客车、河南少林、北汽福田、大连黄海、三菱汽车、森源重工、新筑通工汽车
江铃新能源
39688
江铃汽车、长安汽车、长安标致雪铁龙
联合汽车电子
32498
上海汽车、陕汽通家
安徽巨一
27065
江淮汽车、奇瑞汽车、云度新能源、郑州日产、昆明客车、安凯客车
郑州宇通
25578
宇通客车、大运汽车
方正电机
22963
上汽通用五菱、昌河汽车、东风汽车、成功汽车、郑州日产、河北御捷、中兴汽车、山东昊宇、长帆汽车
山东德洋电子
22775
吉利汽车、豪情汽车
3.2 新能源汽车电机控制器市场现状
整车厂成立电机电控公司配套整车公司已成为行业主流，有利于缩短研发周期，降低装车成本，提高整车性能集成能力。像比亚迪、北汽新能源这种车企自我配套的电机电控产品占市场总体装机量的五成以上。
新能源汽车电机电控市场正处于“百花齐放，百家争鸣”蓬勃发展期，尚未有垄断的企业形成，为后进入这一领域的企业提供了一定的发展空间和时间。
四. 电驱动系统现状及发展趋势
4.1 纯电动乘用车动力总成现状分析
4.2 纯电动商用车动力总成现状分析
4.3 纯电动乘用车驱动系统发展趋势分析
驱动电机＆减速机
最常见的纯电动汽车电驱动系统集成方案，多应用于乘用车上，像北汽407EV和佳宝V80L EV等商用车也开始采用的这种方案。
结构简单；
开发成本和制造成本低；
电控系统单独安装，可避免与电机一起高频振动；
整车NVH效果好；
减重效果一般。
驱动电机＆减速机＆电机控制器
此方案是目前主流乘用车的基础配置，特斯拉、蔚来汽车、比亚迪等的驱动系统都至少是“三合一”起步。博世、吉凯恩、采埃孚等公司均有成熟的“三合一”电驱动产品配套。
集成度高，结构紧凑；
开发成本高，制造成本低；
电控系统与电机一起高频振动，耐久性受影响；
减重效果较好。
分布式驱动系统：轮毂电机
此方案是未来驱动系统的发展方向，受限于电机尺寸过于庞大，目前主要应用的车型是“电动客车”。以湖北泰特电机公司为首的轮毂电机公司已向电动客车厂批量供应轮毂电机产品
集成度高，结构紧凑；
开发难度大，制造成本低；
释放整车布置空间，增加总布置的灵活性；
传动效率高；
减重效果优异。
4.4 纯电动商用车驱动系统发展趋势分析
沿用传统车结构：
与燃油车驱动系统结构相同：用驱动电机和减速机替代发动机和变速箱，为了扩大电池组的布置空间，通常会缩减传动轴的尺寸，通过原车驱动桥进行动力传输。
用传统燃油车车身改制，改制难度小，风险低；
开发周期短，制造成本低；
占用车辆X向空间大，不利于电池包布置；
离地间隙小，无法用于低地板公交车；
驱动系统轻量化水平不高；
应用此种改制方案的商用车辆整车EKg值在0.45左右，不满足国家最新补贴标准（≤0.35）。
轮边电机驱动桥：
驱动电机、减速机与车桥集成在一起；长江新能源和比亚迪均开发出了轮边电驱动桥产品；这种结构常应用于纯电动重卡和公交等车型。
集成度高，结构紧凑；
完全释放地板下空间，有利于电池包布置；
特别适合低地板纯电动公交车使用；
重量比传统中央驱动方式稍轻；
簧下质量较大，对操控性略有影响；
开发难度大，制造成本较高；
系统传动效率高。
轮毂电机驱动桥：
驱动电机和减速机集成在车轮轮毂内部空间。下图为湖北泰特量产配套的轮毂电机。
高度集成，零件数量少，结构紧凑；
释放地板下空间，有利于电池包布置；
适合所有车型使用；
对比前两种布置方式重量最轻；
簧下质量和转动惯量稍大，对操控性略有影响；
传动效率高，能耗少。
4.5 纯电动汽车电驱动系统常见集成案例
4.6 典型纯电动乘用车驱动系统介绍
特斯拉MODEL S采用后置后驱的布置方式，驱动系统是交流异步驱动电机＆减速机＆电机控制器的“三合一”集成动力总成。
特斯拉MODEL X的后轮电驱动系统与MODEL S相同，额外增加了一套前轮“三合一”电驱动系统，实现四轮驱动。
零跑汽车研发的“七合一”电驱动系统代表了电驱动的发展方向。
4.7 轮毂电机技术优缺点分析
轮毂电机的技术优点：
省略大量传动部件，让车辆结构更简单，有利于电池包布置，使车辆地板结构更简单；
传动效率高；
重量轻；
可实现多种复杂的驱动方式：由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。
同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向，对于特种车辆很有价值；
适用于几乎所有车型。
轮毂电机的技术缺点：
轮毂电机较大幅度地增大了簧下质量，同时也增加了轮毂的转动惯量，这对于车辆的操控性能是不利的。
电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能：
由于轮毂电机系统的电制动容量较小，不能满足整车制动性能的要求，都需要附加机械制动系统；
没有了传统内燃机带动的真空泵，就需要电动真空泵来提供刹车助力，但也就意味着有更大的能量消耗。
轮毂电机工作的环境恶劣，面临水、灰尘等多方面影响，在密封方面也有较高要求，同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。
4.8 轮毂电机和轮边电机的方案对比
4.9 经典的混动电机结构分享
4.10 总结
高功率密度：国家“十三五”新能源汽车重点研发计划明确指出到2020年峰值功率密度达到4.0kW/kg，连续功率密度达到2.2kW/kg。
系统集成化：多部件集成设计和制造有利于减小系统重量和体积，降低系统制造成本。同时也提高了整车厂的生产效率，降低了管理成本。
电机永磁化：永磁电机凭借着高转矩和高功率密度的特点，占据着接近八成的车用驱动电机的市场份额；
高速化：高速电机可以大量节省昂贵的永磁体材料，也能减小电机体积，对提升功率密度，降低制造成本效果显著；
减速系统多挡化：经模拟仿真和实车试验证实，多挡（≥2）变速系统可以拓宽电机高效区的应用区间，降低系统能耗，NEDC工况下能提升10%左右续驶里程；
冷却手段多样化：为提升电机功率极限，提高电机的散热能力是卓有成效的技术手段之一。随着MODEL 3的大卖，油冷电机将成为市场的新宠。在未来，综合应用内部油冷与壳体水冷的驱动产品将成为主流。
五. 驱动电机设计常见技术分享
5.1 降低电机损耗的技术方案
降低发热损耗
优化电与磁的匹配
合理选用铁心材料
有效增大铜面积
降低杂散损耗
合理设计齿槽关系和气隙
提升制造工艺，减少磁场畸
采用Y—Δ串接的正弦绕组
降低风磨损耗
合理的轴承结构、润滑设计
提高热传导效率，对流散热
提高冷却热交换效率
5.2 矩形导体绕组电机设计
绕组排列布置紧密，体积小；
槽满率比传统绕组可提高15%，效率高；
磁阻转矩高；
导热和散热能力好；
绕组刚度好，可降低振动噪声；
端部不用绑扎，可降低成本。
5.3 绕组直接喷淋冷却技术
采用电机绕组端部冷却可以使电机绕组温度降低68%以上，大大提升了电机的功率密度和转矩密度水平；
高槽满率下绕组间的导热能力是低槽满率的150%；
绕组在热传导能力上具有各向异性，轴向的热传导能力是径向方向的100倍。
5.4 常用的电机水冷机壳流道构型
不同构型流道换热效率对比：
流道构型
圆周式
螺旋式
轴向式
传热接触面积(m2)
1.722
1.623
1.713
热传导系数(W/m2K)
2878.3
2736.3
3101
不同构型流道损耗对比：
从换热效率而言，轴向式最大，但流阻最大，流路损耗最大。螺旋式结构构型最简单，流阻最小，但换热效率最差。
圆周式水道是比较流行和平衡的选择，流道数目一般在3-6之间为宜。
5.5 特斯拉Model S电机冷却方案
电机采用的轴向式与圆周式综合运用的是迷宫水道，同时对转子轴进行冷却，电机内外同步水冷。
5.6 FEV两挡油冷电驱动系统
电机、电机控制器、两档变速箱共用油冷系统。具有体积小、重量轻、效率高、功率密度高等特点，是目前流行的先进技术与高品质结合的经典“三合一”驱动产品。
5.7 FEV两挡油冷电驱动系统：油液分布和电机内部冷却
内部油冷可以提高电机的持续功率， 最大可达50%；
油液分布和流动非常复杂，因为速度变化很大 （离心效应，内部绕组影响）。
5.8 油冷与壳体水冷并用的驱动电机介绍
广汽SUV GE3应用的Chevrolet Volt的永磁同步电机
Chevrolet Volt的电机同时采用了端部喷油和水冷机壳两种冷却技术。水冷机壳采用的是圆周式水道构型，水道数目为5.
GM Chevrolet Volt 圆周水冷外壳＆端部喷油
Chevrolet Volt 水冷系统参数
介质
水＆乙烯乙二醇混合物（1:1）
流量
6 L/min
入口温度
65℃
Chevrolet Volt 喷油系统参数
介质
ATM润滑油
喷头数
6+6双侧
流量
2 L/min
入口温度
85℃
项目
数值
单位
定子外径
340
mm
定子长度
260
mm
气隙
1
mm
槽数
72
/
极数
12
/
硅钢片
M270-35A
/
永磁体
N35UH
/
结论：喷油冷却和水冷外壳都能有效提升转矩极限，但水冷外壳的贡献量更大。建议两种冷却方式并用。
5.9 高导热胶定子灌封技术
为了更好的散热，在电机定子绕组端部采用灌封工艺，即采用导热性能良好的灌封胶将端部热量通过机壳有效的散出。
如采用耐高温的环氧类灌封胶或有机硅型灌封胶，在采用合适的添加剂条件下，其导热系数可达2.0（空气的导热系数为0.23），能提高电机输出功率15%~20%。
同时也增加了电机线圈的机械强度及防潮能力，可降低电机振动噪音，提升可靠性。
5.10 高性能软磁材料
定子采用低铁损软磁材料，提高效率。选用高导磁，低损耗的薄片磁性材料。为了减少铁心损耗，可选用各向同性的0.35mm甚至更薄（0.2mm）的硅钢片；
采用高导磁低铁损的硅钢片，增加输出转矩，提高电机的整体效率。
5.11 多层永磁体转子结构
有限空间内可以放置更多磁钢，可以使用剩磁密度较低牌号磁钢来替代稀土永磁，降低成本。
与单层磁钢相比，多层磁钢的凸极比更高，增加磁阻转矩比重，提高转矩密度与弱磁能力。
多层永磁体，更多的磁桥，有利于提高转子强度，更适合高速运转。
降低永磁体退磁风险、提高电机可靠性。
后记：
1、加群获得资料分享：
「驱动视界」微信群实施积分制度，群友每分享一个技术文档积1分，积分可以抵年费（年费199元），小编注册了网盘，把大家分享的资料都存在网盘里，方便大家查阅，欢迎大家加群获取资料。
2、关于微信群为什么要收年费：
年费的第一个用途是向本文作者吴总这样的专家约稿、付稿酬，有了费用才请得起业内牛人，大家才有机会看到这样的精品文档，有了大家的支持，「驱动视界」才能越办越好；第二个用途是引导大家分享技术文档（分享文档可以积分抵年费），第三是设置门槛，确保微信群内都是优质、高端人群，「驱动视界」微信群可以说是业内为数不多的管理水平最高的微信群之一。
3、关于加群能获得什么：
首先是前面说的获取网盘内的海量技术文档，第二是有机会和业内技术大咖面对面零障碍沟通、交流和学习；第三，群内几乎汇集了国内所有汽车及相关公司的人士，大量科长、部长、专家、总监、副总、总经理及董事长、大学教授等等，是不可多得的拓展人脉的机会。
