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百人會|陳清泉:突破核心技術,占據產業中高端

發布時間:2018年01月21日 17:18 作者:百人會 來源:客車網

  2018年1月20-21日,以“把握全球變革趨勢,實現高質量發展”為主題的國電動汽車百人會2018年會在北京召開,21日下午舉行的“突破核心技術 占據產業中高端”主題峰會,針對支撐產業發展核心技術的突破和推廣;電機技術如何實現全球領先;汽車輕量化技術的最新應用;新一代電動汽車生產方式創新;電驅動一體化平臺的最新發展;新一代汽車智能技術與部件;核心部件企業與整車企業如何協調發展;如何建立有利于核心技術與部件創新的產業生態等內容進行了探討。

  會上,中國工程院院士陳清泉,發表了《突破核心技術,占據產業中高端》的主題演講,演講內容如下:

  很高興今天與大家分享,主題是“突破核心技術,占據產業中高端”。一百多年來,汽車的出現代表了世界現代化。今天汽車要被改變,因為汽車帶來很多城市疾病。要治療疾病需要跨界融合,包括汽車產業、IT產業、能源產業。汽車能源的儲存是電力和電池,雖然電池功率密度和能量密度比汽油和柴油小很多,但有點汽油和柴油做不到,就是電池的能量可以雙向流動與新能源掛鉤。我提倡四網融合—交通網、能源網、信息網、人文網。開始不要太過硬,里面要有軟的東西。

  首先,跨界融合。多學科跨界,不同體制、不同商業模式跨界,國內外的跨界。創新不是空喊口號,創新首先得有理念。要創造自由、開放、合作、包容的氛圍,公平的市場競爭,完善的知識產權保護,網絡和大數據的支持。中國電動汽車爆發式發展,能夠可持續嗎?我提出的理念,電動汽車一二三四,一是創新驅動,開發符合中國市場需求的類型;二是雙輪驅動,政策驅動和市場驅動;三是好的產品,好的基礎設施,好的商業模式,大家買得起、用的起、用的方便、用的可靠;四是四網融合,交通網、能源網、信息網、人文網?,F在的挑戰是電動汽車什么時候和傳統車競爭,有的人說2020年,我認為這是我們討論的主題。

  對電機驅動的要求,在滿足安全、可靠、耐久和動力性的前提下,以更高的能源效率驅動車輛,碳排放必然比燃油汽車低很多,使電動汽車做到真正的節能減排。永磁電機和感應電機相比,到底各有什么好處。永磁高速損耗高、高速區電流高、位置傳感器貴、制造復雜、存在齒槽轉矩和空載反電勢等問題。一部電機的好處是高速的,因為低速時損耗高,所以容易高速,低速時電流高,傳感器成本低,制造容易,無齒槽轉矩,控制器伏安高?,F在主流還是鑄鋁。一部高速電機要根據工況,大部分是用永磁電機?,F在最后的結論是永磁電機,因為實際工況很少在高區,最后結果還是要用永磁電機,比較好的解決方案還是永磁電機。

  驅動電機技術主流優化方向是,驅動電機在不犧牲效率的情況下提升功率密度,目前要求高速電機解決軸承和變速器的問題,加控制器整體化后,比現在的低速電機好,但需要高速化。國際高壓平均下的功率密度能達到5-8千瓦/公斤,部分電機做到9-10千瓦/公斤升,國內只做到0.6-4千瓦/公斤。

  電機高速化需要解決軸承問題,從陶瓷滾珠或者滑動軸承微液潤滑突破2萬轉,要用2-3年時間;磁懸浮軸承混合滾珠保護軸承突破3-5萬轉,要用3-4年時間;動壓式鉑片空氣軸承突破4-10萬轉,需要4-5年。騰風集團開發臨界轉速電機達到15萬轉,用于電動汽車,額定功率16千瓦,散熱條件理想的情況下峰值功率可以達到48千瓦。定子有890g,轉子495g,功率密度峰值可達到34.65千瓦/公斤。量產以后,估計可以做到較低的價格,因為空氣軸承不量化價錢很貴。

  另外的難度是強度和溫度,電機高速化后,除了軸承是需要考慮的主要難點外,結構強度方面的問題也比較突出。由于轉子速度上升,轉子的磁芯由于容易受到離心力作用膨脹炸裂,包覆磁芯軸套往往需要更高的強度,并且盡可能降低臨界轉速,需要采用大直徑、剛度高的軸套,通常高速電機采用碳纖維制造轉子套。

  熱管理問題。高速電機的直徑小,怎么散熱也是難點。更難解決的問題主要來自熱管理。通常制約電機小型化的主要問題是散熱問題。由于轉子細小散熱面積不夠,冷卻水通過的比表面積低,散熱能力差,導線集膚效應來不及散熱,產生熱失控??刂破鞯念l率控制不慎時,dv/dt難以控制導致的熱失控,導線產生熔化。要做到高溫電機。電機的耐高溫能力是提升電機高速化、小型化、輕量化的前提。耐溫更強,意味著峰值功率維持時間延長,間接地提高峰值功率密度,同時也對可靠性和壽命有明顯地意義。提升電機耐溫能力的措施:

  第一,常規電機導線的包層以橡膠或樹膠為主,耐溫能力較差??梢杂媒饘傺趸沾苫蛘咴颇?、玻璃纖維做高溫導線,溫度可以達到600-2000℃,電壓可達3000V。

  第二,使用居里溫度更高的鐵氧體磁性陶瓷做定子沖片材料。

  第三,使用極化磁鋼作為轉子或者磁芯材料。

  第四,使用開關磁阻類電機原理將整個轉子用高溫磁性陶瓷代替。

  第五,轉移高速轉動時帶動的表面空氣可以有效地對轉子散熱。

  第六,轉子可以自帶壓縮輪對冷卻水進行強制冷卻,再進入水道進行熱循環,可以將冷卻液更換為成更容易氣化進行相變換熱的介質。

  第七,使用空心鋁導線。

  因為高速電機要配備變速器,最后要進行一體化。怎么一體化?高速電機配套減速器與聯軸器,高速電機配套的部件問題。

  能源與信息結合,產生智能工業、智能交通、智能建筑。今天價值最高的是共享技術、互聯技術。一定要成立聯合攻關,靠一個單位不行,需要大家集體攻關。建議國家成立聯合攻關,可以由國家和企業用PPP方式組織,30%是國家的,70%是企業的。只有組織聯合攻關才能創造自己的核心技術。

  集中力量,提高在三大電,電機、電控、電池方面的原創性能力和轉化能力,迎接三大革命,即電動化、自動駕駛、共享汽車。

  謝謝大家。

  問:國產電控系統在國內應用情況?

  答:根據我所接觸的民營企業,十多年前它們賺很多錢,因為那時買外國技術,用廉價的勞動力和廣大的市場賺錢。但現在不行了,現在十幾萬或者幾萬的變頻機利潤很薄,只賺幾千塊?,F在能不能有核心技術留住人才?英飛凌的器件專門為電動汽車設計,材料溫度都不一樣,有創新的突破結構,要有最新的開關器件。靠一個單位不行,一定要聯合攻關,與和搞器件的一起,形成獨特的圖譜結構,并掌握前瞻性、獨特性、先進性。

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