主持人(孙立清)：各位代表下午好，按照日程安排，现在就开始下一届论坛。今天下午总共有八位演讲人，将在电机电驱动系统、ISO26262制动能量回馈、电力系统、北斗导航、能源革命等方面给大家做一个介绍。我来自北京理工大学，我叫孙立清，主要负责整车系统集成这方面工作。
下面开启今天下午的报告，首先有请中科院电工所研究所研究员、中国电工技术学会电动车辆专委会主任委员温旭辉，她发言的题目是“电动汽车电机及控制系统”。温教授，1953年毕业于清华大学电机系，获得博士学位，电工所研究员，博士生导师，所里学位委员会副主任，中国电工学会电动车技术委员会主任委员，IEEA高级会员。温教授研究领域是电机驱动、电力电子，以及电动车应用，发表300多余篇论文，以及十几项专利。
下面有请温教授介绍电动汽车电机及控制系统，大家欢迎！
温旭辉：各位老师、同事，下午好！我来给大家报告一下电动汽车电机及控制系统研究及进展。
首先回味一下电动汽车电机驱动要求，报告一下两项进展工作。对于电动汽车电机驱动影响要求的话，目前来说最能说得清楚就是低速大转矩，启动滑坡用，实现高速宽的恒功率，电动汽车系统，实现高功率密度，这是我们的特色，此外，整个系统高效，不光功率效率，还有能源效率节约，这是非常重要的。
这张表，实际上对比可用于电动汽车的电机，大家都比较熟悉。在电动汽车上从直流电机、交流电机、开关磁阻电机、永磁电机，也是过很多次，也试过很多年。从性能来说，永磁电机是目前是不可替代高效、高功率密度的电机。日本丰田五六百万辆台还是使用这个永磁电机。
这张图相对学术一些，这是我们的研究，车用永磁电机性能设计，不同于普通工业用的电机。这张表研究怎么样满足整车对于电机要求，同时还要满足约束条件，可以看得出来，这张图相对比较复杂一点，稍微讲一下。41这个公式，讲的参数设计要能够满足最大电量的约束，就是41。这不是无限制做大裂变器。41这条线，在额定的速度下是这样，42这条线是这样，最高仍然电流不能超过裂变器提供的性能。43公式是蓝色线，这条线的意思是跟控制相关，要把特征电流，有的人要放在一个椭圆以外，会放到中间。在44这条线的时候，就是最高的电压限制，完全是由电池约束来的。45这条线区分了有效和无效参数。要满足这么多公式，实际上我们永磁电机的这种跟控制相关的参数。会完全有可能是在一个非常小的区域。这就是车用永磁电机，目前来讲，就是五个公式使得我们的设计跟别人不同。
首先跟大家讲一下这种车对电机要求，永磁电机的设计需要满足哪些条件。接下来给大家报告一下我们目前做的一个工作，就是永磁电机的高效区规划。这张图借用龚俊某此演讲的一张图，红色的线代表的是车队电机驱动的输出的要求，横轴是电机转速，纵轴是对于转矩的要求，搞电机的人都知道，低速的时候频率很低，应该铁损耗不是主要的，占优的是铜损耗，随着速度增高、频率增高，铁损耗增高。我们非常小的时候，数学上应该学过。只要这边以铜损为主，这边以铁损为主，真正高效区是落在两种之间。大家一定看到过很多电机效率图，大体上一定是这样规律，这边铜损为主，这边铁损为主。大部分看到这样一个区域效率会比较高。
从数学上可以证明高效区可以规划的，规划的意义在哪里，我们做这个题目的时候，我们想要根据大家真正的有使用电动汽车的电机，经常工作的区域，它的区域跟高效的区域重合起来。重合起来以后，有可能频繁地使用高效区，有可能提升电机的高效利用率。
这是普雷斯第三代电机，最高效在这里。这是本田电机，高效区在这。这轴向磁通永磁电机，低中速，设计起来效率更高。新型开关磁阻电机，最高效在边上的。现代的电机也是沿着最高的输出线上走。如果要做非常大量的量产电机，要配合传动，经常运行工况跟电机设计，要配合起来的话。应该还是可以提升它的能量的效率的。我们怎么做？因为电机设计，实际上它的电量可以非常多的。我们目前的做法，现在做一个最理想化的假设，不考虑材料饱和，在这种表贴式的电机下，推倒电机效率曲线，高效区顶点和轴，可以用最基本的参数来表达。
几个高效区的顶点，与电机的参数和效率有关，因为有顶点，实际上计算面积的时候，也就是可以根据参数计算面积。刚才讲都是推导，跟有限元仿真进行对比，非常接近。这样一个前期推导，还是能指出本质性的东西。我们把这样一个技术，用来做一个例子。这是整车给我们一个经常工作的路谱。推导过来，到我们转矩和转速对应来看，是这样一个区域，这种地方比较多。不是在我们实际上经常可能的那种高效区。在这样一个情况下，我们就把一个是调了顶点位置，往这边偏一下，另外线扩大一点。因此，我们在基于这种循环工况做电机平均效率优化，最终的时候能够做到平均效率91，一般都是额定工作点，尝试工作，大于一点几个百分点。虽然高的并不是非常多，真正长期使用的时候已经有意义了，这是我们已经得到的结果。
接下来要把表贴式的电机改成永磁磁阻电机，二次曲线不存在了，这是刚才表贴方程比较简单，这个事情比较复杂，仍然可以表示出来效率等高线和几个参数关系，我们现在有工具可以用。如果考虑弱磁会更加复杂，还会出现分段，但是仍然可以进行规划。所以目前我们还是在相关的工作，也是有一些实际应用。在座各位有做电机、控制，还有整车。这样一个工作，我们愿意跟大家做一个分享，或者一起来干。
另外一个技术，目前我们在做的，高功率密度的车用变流器的技术。我们来看，怎么来实现高功率密度电流器的话，主要有两个技术途径，先进器件极限利用，基于多物理场耦合设计裂变器。芯片关键器件，IGBT热流密度大，现在从平面栅发展成沟槽栅已经好几代了。最新的悬垂量分布功率损耗比传统NPT降低25%以上，要考虑物理特性运动场。目前国内做得比较少，要么做电路仿真，通常用等效行为模型来做，行为模型在一种情况下等于反推过来，或者弥合的，很难反映在多种情况下的一个特征。双极性方程，求解快速，简单易用，便于获取参数，利于热电偶合，不同条件下做的非常接近。有限差分模型，PDM仿真结果验证，这样仿真结果，为提前利用打下基础。这只是芯片，在芯片基础上，要打开IGBT模块，有很多芯片，为什么一定要从芯片到模块，模块有两个目的，要实现芯片和外置电路连接，这是电器特性，另外一定要把热量排走。所以我们在IGBT模块模型方面，要重视杂成参数的提取。另外温度场仿真，进行模拟平台，观测热电耦合特性。IGBT打开了，分别测其中一个芯片双脉冲过程当中是不是均流。目前采用热电耦合模型，三个芯片，开通状态的时候，实现三个不平衡，83、58、52，这是仿真结构，实验室非常吻合，开通之后比较吻合。如果我不能够仿真，仿真跟实验对不上的时候，虽然我真正使用的时候，这两个只有50安培，另外一只已经达到了84安培。我们要做到极限利用的时候，一定要准确地掌握开关和导通过程当中的电流分配。
大家都用过直接冷却器件，做过三种Pinfin，椭圆、矩形、圆形，进行温度分布、流速分布，最终选择圆柱型。有一个制造工艺复杂性问题。IGBT模块直接应用，跟我们实现密度关系非常大，这也是行业里的共识。打开丰田控制器，很多工作都是做在IGBT，甚至两面冷却。
国际上车用变流器技术发展现状比较简单，电力电子总成，不同层次实现高中密度集成。怎么样极限利用IGBT能力，另外怎么样利用多场耦合，使得这些器件实现更多的应用。过去最早做母排机械连接，做成迭成，考虑电气连接，集成的时候，不的母排结构，三种结构，优化组合，可以减少裂变器组合50%以上。优化降低7度以后，电容芯子大大降温，因为高功率，而且工作水温90度情况下，做出来的变流器，最大功率110千伏安，每升9.4千伏安。当然还用了一些碳化硅。
电工所目前因为非常重视高功率变流器研制，建立了碳化硅的实验室。我们还有全国第一家第三方的检测中心，对IGBT进行全面检测性能。信息系统测试能力，非常高速的250千瓦测试条件。这些都可以分享。谢谢大家！
