陈清泉：突破核心技术，占据产业中高端

陈清泉：突破核心技术，占据产业中高端 | 厚势

2018 年 1 月 25 日 厚势陈清泉

本文转载自：中国电动汽车百人会

中国工程院院士陈清泉

很高兴今天与大家分享，主题是「突破核心技术，占据产业中高端」。

一百多年来，汽车的出现代表了世界现代化。今天汽车要被改变，因为汽车带来很多城市疾病。要治疗疾病需要跨界融合，包括汽车产业、IT 产业、能源产业。汽车能源的储存是电力和电池，虽然电池功率密度和能量密度比汽油和柴油小很多，但有点汽油和柴油做不到，就是电池的能量可以双向流动与新能源挂钩。我提倡四网融合——交通网、能源网、信息网、人文网。开始不要太过硬，里面要有软的东西。

首先，跨界融合。多学科跨界，不同体制、不同商业模式跨界，国内外的跨界。创新不是空喊口号，创新首先得有理念。要创造自由、开放、合作、包容的氛围，公平的市场竞争，完善的知识产权保护，网络和大数据的支持。中国电动汽车爆发式发展，能够可持续吗？我提出的理念，电动汽车一二三四：

一是创新驱动，开发符合中国市场需求的类型；
二是双轮驱动，政策驱动和市场驱动；
三是好的产品，好的基础设施，好的商业模式，大家买得起、用的起、用的方便、用的可靠；
四是四网融合，交通网、能源网、信息网、人文网。

现在的挑战是电动汽车什么时候和传统车竞争，有的人说 2020 年，我认为这是我们讨论的主题。

对电机驱动的要求，在满足安全、可靠、耐久和动力性的前提下，以更高的能源效率驱动车辆，碳排放必然比燃油汽车低很多，使电动汽车做到真正的节能减排。永磁电机和感应电机相比，到底各有什么好处。永磁高速损耗高、高速区电流高、位置传感器贵、制造复杂、存在齿槽转矩和空载反电势等问题。

一部电机的好处是高速的，因为低速时损耗高，所以容易高速，低速时电流高，传感器成本低，制造容易，无齿槽转矩，控制器伏安高，现在主流还是铸铝。一部高速电机要根据工况，现在最后的结论是永磁电机，因为实际工况很少在高区。

驱动电机技术主流优化方向是，驱动电机在不牺牲效率的情况下提升功率密度。目前要求高速电机解决轴承和变速器的问题，加控制器整体化后，比现在的低速电机好，但需要高速化。国际高压平均下的功率密度能达到 5 ~ 8 千瓦/公斤，部分电机做到 9 ~ 10 千瓦/公斤，国内只做到 0.6 ~ 4 千瓦/公斤。

电机高速化需要解决轴承问题：

从陶瓷滚珠或者滑动轴承微液润滑突破 2 万转，要用 2 ~ 3 年时间；
磁悬浮轴承混合滚珠保护轴承突破 3 ~ 5 万转，要用 3 ~ 4 年时间；
动压式铂片空气轴承突破 4 ~ 10 万转，需要 4 ~ 5 年。

腾风集团开发临界转速电机达到 15 万转，用于电动汽车，额定功率 16 千瓦，散热条件理想的情况下峰值功率可以达到 48 千瓦。定子有 890 g，转子 495 g，功率密度峰值可达到 34.65 千瓦/公斤。量产以后，估计可以做到较低的价格，因为空气轴承不量化价钱很贵。

另外的难度是强度和温度。电机高速化后，除了轴承是需要考虑的主要难点外，结构强度方面的问题也比较突出。由于转子速度上升，转子的磁芯由于容易受到离心力作用膨胀炸裂，包覆磁芯轴套往往需要更高的强度，并且尽可能降低临界转速，需要采用大直径、刚度高的轴套，通常高速电机采用碳纤维制造转子套。

热管理问题：高速电机的直径小，怎么散热也是难点，通常制约电机小型化的主要问题是散热问题。由于转子细小散热面积不够，冷却水通过的比表面积低，散热能力差，导线集肤效应来不及散热，产生热失控。控制器的频率控制不慎时，dv/dt 难以控制导致的热失控，导线产生熔化。

要做到高温电机，提升电机的耐高温能力是电机高速化、小型化、轻量化的前提。耐温更强，意味着峰值功率维持时间延长，间接地提高峰值功率密度，同时也对可靠性和寿命有明显地意义。提升电机耐温能力的措施有：

常规电机导线的包层以橡胶或树胶为主，耐温能力较差。可以用金属氧化陶瓷或者云母、玻璃纤维做高温导线，温度可以达到 600 ~ 2000 ℃，电压可达 3000 V。

使用居里温度更高的铁氧体磁性陶瓷做定子冲片材料。

使用极化磁钢作为转子或者磁芯材料。

使用开关磁阻类电机原理将整个转子用高温磁性陶瓷代替。

转移高速转动时带动的表面空气可以有效地对转子散热。

转子可以自带压缩轮对冷却水进行强制冷却，再进入水道进行热循环，可以将冷却液更换为成更容易气化进行相变换热的介质。

使用空心铝导线。