科创中国

行业领域

新能源产业

需求背景

随着世界能源危机和环保问题日益突出,传统汽车工业面临着严峻的挑战,世界各国纷纷制定了燃油汽车禁售时间表,各汽车巨头也推出了产品电气化转型的计划.新能源汽车作为新兴产业,是国家“十三五”时期重点发展的七大战略产业之一,是缓解能源压力与改善大气污染、促进区域经济发展与产业转移、加速传统汽车产业与装备制业升级的重要实现途径.新能源汽车的核心技术在于“三电”：驱动电机、电机控制器和动力电池,也是我国汽车工业实现弯道超车的重中之重.技术多元化是中国汽车产业的现状,哪一种技术路线最终会在竞争中胜出,要取决于各种路线能否突破当前的技术瓶颈,能否满足消费者的市场需求.总体来说,电驱动技术未来的四大发展趋势：一是集成化,二是平台化,三是高效率,四是高转速,同时还要兼顾NVH、成本和可靠性.目前电驱动系统的主流设计还是采用各部件分开设计、各模块简单装配搭接,电机采用机壳间接水冷、减速器采用油冷的模式,该技术方式难以实现电机的高速化、轻量化,且成本较高,是急需突破的技术难点.“三电”研发制造企业一方面要考虑成本不断优化下降,另一方要考虑技术的更新迭代以此来提高自身竞争力.综上,随着新能源汽车的不断发展和普及,对核心三电技术的需求越来越高.但由于高速油冷三合一电驱动的关键技术仍然掌握在国外个别公司手中,限制了在国内的推广应用.自主开发高速油冷三合一电驱动系统,解决‘卡脖子’技术,是国内新能源汽车行业的迫切需求.

需解决的主要技术难题

 1、高速电机的转子结构的强度和动力学设计转子高速旋转时,转子上的零部件必然会受到强大离心力的作用,还有气隙磁场径向和切向电磁力的作用,当转速高到一定程度,则相关的结构强度就会受到制约,同时也受转子动力学限制.一般电机的转速都会远低于转子结构的一阶临界转速,称为"刚性转子",不必考虑转子二阶以上的振动模态和变形,但高速电机转速可能会超过一阶转速.2、高速电机的热管理设计发热及冷却方面的限制.高速电机体积重量小,是其突出优点,但体积的减小必然带来散热面积的减小,而电机的效率是不会有太大差异的,这就意味着同功率电机的损耗(即发热量)差异不大,而散热面积差异很大,因此高速电机的冷却散热问题就显得非常突出.另一方面从电机发热角度看,由于电机转速高,通常频率会很高,而铁耗与频率的1.3~1.5次方成正比,因此铁耗增大会非常突出,另外转速极高使得风磨损耗和杂散损耗也会急剧恶化 3、高速电机的噪音与震动问题振动和噪声是电机的重要技术指标,高速电机由于转速很高,使得激振频率很高,加之电机长,质量较轻,阻尼比较小,振型较多,易产生各种频率的振动.振动是噪声之源,振动大则结构噪声必然会大,且由于转速极高也容易产生较大的空气噪声.因此减振降噪是高速电机必须解决的问题,也是特别难搞定的问题,需要在电磁设计、结构设计等方面综合考虑4、单减的高速噪音问题由于电机转速高,传递到减速箱的输入齿轮的转速同样很高,与中间齿轮的啮合冲击较大,产生较大噪音,同时齿轮的制造精度影响噪声值,齿轮精度越高其啮合齿面接触斑痕越密集,整个齿面上都有接触斑痕,其噪声越低.反之齿轮精度越低其啮合齿面接触斑痕较小,齿轮在其接触宽度上不完全啮合,则运转不平稳,甚至产生冲击.使噪声值升高.5、电机控制器的散热问题由于电机转速高,就需要电机控制器输入的电流,电压频率更高,这会导致控制器的开关损耗更大,与常规的低转速的控制器相比,对整个控制器的热管理设计要求更高.6、电机控制器功能安全问题由于电机控制器因考虑功能安全而导致控制器设计的难度及复杂性成倍增加,目前也只有国外少数公司的电机控制器产品满足ISO26262功能安全的要求,国内主流电驱动公司对电机控制器的功能研究也开始不久.

期望实现的主要技术目标

通过高速油冷三合一电驱动系统的创新研发,将产生巨大的技术、经济和社会价值：1、技术方面：(1)全面取代进口.目前能批量化的高速油冷三合一电驱动技术仍然掌握在特斯拉,尼德科,丰田等巨头企业手中.自主研发该三合一电驱动的主要性能指标能达到国外同类产品性能和要求,可全面取代进口产品.(2)填补国内空白.开发该高速油冷三合一电驱动系统,打破国外的技术垄断,填补国内该技术空白,为国内新能源汽车的发展提供技术支持.2、产业方面：(1)推动产品换代.高速油冷三合一驱动系统,能够覆盖从A,A＋,B级车型,集成度高,性价比高,能够快速切换原有的分体式的电机电控,以及非深度集成的电驱动系统.(2)推进产业升级.高速油冷三合一驱动系统是目前我国新能源汽车的核心技术需求之一,对促进我国新能源汽车的发展,推动节能环保,降低排放的绿色产业全面发展具有重要的意义.(3)带动相关产业.带动上下游产业链的发展,产品得到推广应用后,对减速器、功率元器件、基础制造业,基础材料等相关行业的发展起到积极的促进与带动作用.3、经济方面：(1)产业效益巨大.新能源电驱动产品生产是一个数百亿元的巨大市场,将产生巨大经济效益.(2)企业贡献极大.产品正式投产后,按中克骆瑞公司目前产能完全释放,每年预计增加产值4亿元.同时为企业增加大量新订单、新产品,成为公司新的利润增长点.4、社会方面：(1)推动技术进步.将在新能源汽车领域得到广泛应用,推动新能源汽车技术更新进步.(2)促进节能降耗.高速油冷三合一电驱动系统,具有较高的效率,电能损耗小,具有明显的节能效果;同时较高的功率密度,能有效的降低整车的整备质量,提高续航里程.

需求解析

解析单位：湖北省襄阳市 解析时间：2022-10-25

杨光友

科创中国试点城市（襄阳）工作小组

综合部负责人

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析比较清晰，研发内容和期望实现的技术目标明确。开展的项目研究对行业技术提升具有重要的现实意义，项目研究成功对推动行业的技术进步具有重要的意义。企业综合实力较好、研发实力较强、发展前景好。技术需求真实，市场潜力大。

查看更多>

处理进度