- 頭條南京航空航天大學張卓然教授：發展電動汽車離不開高性能動力部件2021-04-16 作者：本社報道 | 來源：《電氣技術》雜志社 | 點擊率：導語在電動汽車芯片領域，無論是數字控制芯片還是功率器件，我國都受制于進口芯片，尤其是在車規級器件方面仍與國外存在較大差距，采購周期甚至影響產品開發進度，這對企業和科研院所在相關領域的研究和產品開發推廣都會產生較大影響。
張卓然，EVS34程序委員會委員，EVS34“高效電機系統”分會場主席
由世界電動車協會、亞太電動車協會和中國電工技術學會共同主辦的、以“奔向智慧電動出行”為主題的“第三十四屆世界電動車大會暨展覽會（EVS34）”將于2021年6月25—28日在南京舉行，屆時來自世界各地政府、企業和學術機構的領導和精英們都將齊聚一堂，共同探討純電動、混合動力車和燃料電池汽車及核心零部件領域的前瞻性政策、先進技術、杰出市場成就及創新發展趨勢等。
張卓然，南京航空航天大學自動化學院教授、博士生導師、副院長，江蘇省新能源發電與電能變換重點實驗室副主任。國家“萬人計劃”科技創新領軍人才、教育部新世紀優秀人才。主持國家優秀青年科學基金、江蘇省杰出青年基金等項目；發表學術論文180余篇，獲2項國際會議最佳論文獎，出版專著2部；獲江蘇省科學技術一等獎、國家技術發明二等獎和中國航空學會青年科技獎等。
在節能、綠色低碳、科技日益革新的時代潮流下，電動汽車技術迅速發展，并成為當前全球汽車行業的研究熱點。伴隨著充電基礎設施建設的逐步完善、電池技術的進步、續航里程的增加、充電時間的縮短，以及相關政策的鼓勵引導，電動汽車產業已邁入發展新階段。但隨之而來的還有很多問題亟待解決，如核心關鍵技術的突破、前沿技術的創新、產品制造的革新等。
EVS34程序委員會委員、南京航空航天大學自動化學院教授張卓然認為，在電動汽車持續突破革新的進程中，其發展始終離不開高性能動力部件特別是電機系統的支撐。
EVS34工作組：作為EVS34程序委員會委員、EVS34“高效電機系統”分會場主席，您對于2021年在中國舉行的EVS34有著怎樣的期待？
張卓然：EVS作為全球規模最大的電動汽車盛會，引領著電動汽車技術創新、產業升級的“風向標”，也是電動汽車領域學術、技術和產業市場充分融合和合作交流的國際平臺。電動汽車是一種節能環保的綠色交通工具，可大大減少尾氣排放，大力推動電動汽車的發展是實現“碳達峰”“碳中和”目標的重要途徑。
2021年EVS34選擇在中國舉辦，充分表明了我國在電動汽車領域的技術發展和市場潛力獲得了全球的關注。EVS34將為電動汽車工業界及學術界的國內外同行架起交流溝通的“橋梁”，為國內外電動汽車領域的前沿技術搭建良好的展示平臺，并推動電動汽車行業的長足進步與發展。
作為電力驅動領域的科技工作者，我相信EVS34將為廣大科研工作者提供了良好的學習交流機會。電動汽車的發展離不開高性能動力部件特別是電機系統的支撐。當前，電力電子變換器激勵下電機系統運行原理不斷變化，新型電機系統不斷涌現，電機系統的設計、控制與集成呈現典型的多學科交叉特征，其發展更是日新月異。與華中科技大學曲榮海教授一起作為EVS34“高效電機系統”分會場主席，期待各位專家學者和行業同仁共襄盛舉，共同探討電動汽車新型高效能電機系統的技術發展與趨勢。
EVS34工作組：驅動系統作為電動汽車的控制核心之一，將電驅動系統進行多合一集成（即將OBC、DC/DC、逆變器、PDU等進行深度融合），將是潛力巨大的研究方向，請問多合一集成關鍵難題主要包含哪些？
張卓然：電驅動系統集成在提高系統可靠性的同時，還能進一步降低成本、節省空間，是未來電動汽車動力系統發展的必然趨勢。在多合一集成方面，個人認為其關鍵難題主要在于高效的一體化冷卻散熱方法、緊湊化的結構設計、多系統的聯動控制以及EMC問題。
在將OBC、DC/DC、逆變器、PDU等進行深度融合后，系統組件單元勢必較多，且DC/DC、DC/AC環節存在較大的電磁干擾，各組件之間相互影響，因此對EMC的處理會變得更為棘手。此外，由于主功率部分多采用水冷方式，DC/DC、OBC和PDU又大多采用風冷方式，系統集成后的熱管理問題也將變得更加復雜。因此，為保證系統可靠穩定工作，多組件之間狀態的交互和內部控制邏輯則需更富層次性。
從另一角度看，多合一集成后單體部件故障的可維護性也需要慎重考慮，模塊化設計在批量應用的意義將會得到進一步凸顯。在集成方式上，混動車輛或分布式車輛中除了MCU、OBC、DCDC和PDU的集成外，MCU和GCU、MCU和MCU間的集成也是一個重要的研究方向。這兩者功率等級接近，從結構和電氣設計角度看，這種集成方式會大大簡化系統布置，提升系統的功率密度。
EVS34工作組：隨著電動汽車銷售量的逐年攀升，非插電混合動力、插電式混合動力、增程式電動汽車、串聯、并聯、混聯等技術路線的應用似乎日益明確，那么未來10年混合動力汽車的發力點可能會出現在哪里？
張卓然：在電池技術、續航里程尚待突破，傳統內燃機汽車保有量仍居高不下的當下，混合動力汽車有著其可持續發展的潛能。未來很長一段時期內，傳統內燃機汽車的節能將是非常重要且艱巨的任務，而混合動力是內燃機汽車最有效的節能技術路線。
在這一過程中，雖然增程式電動汽車被認為是過渡方案，但是在輕型特種機動車輛領域，基于增程發電和輪轂電機方案的分布式驅動車輛，在系統可靠性、動力性、噪音水平方面有著巨大優勢，且有著重要的應用價值。在重型特種車輛領域，增程發電和輪轂電機的應用可以大大簡化傳動環節，節省車內空間，提升系統可靠性，有利于整車布置。
汽車能量管理決定著整車能量的合理利用，是實現節能降耗的重要手段。隨著汽車的電動化和智能化發展，對電動汽車的能量管理提出了更高的要求。無論哪種混動車型，能量管理策略是決定其動力性和經濟性的核心環節，功率流的精確檢測和快速控制是高效能量管理的基礎，通過先進能量管理策略合理對電池和發電機輸出的電功率、發動機輸出的機械功率和電池的電功率、電制動功率和機械制動功率等進行合理分配，才能兼顧混動系統效率、動力性和可靠性。
EVS34工作組：目前電動汽車市場推廣已經取得了階段性的進展，從電動化到信息化、智能化發展進程中，您認為其關鍵核心技術主要體現在哪些方面？
張卓然：隨著2020年11月《智能網聯汽車技術路線圖2.0》的出臺，國內汽車行業已向著汽車智能化時代邁進。據中信證券預計，到2025年我國智能汽車銷售規模將達700萬輛，更多科技公司將進入電動汽車市場，傳統車企將加速智能化進程。
目前，電動汽車的智能化發展過程中的關鍵技術主要有高性能高可靠的驅動系統解決方案，智慧感知和自動駕駛技術，分布式驅動控制技術等。在高性能高可靠的驅動系統方面，高效高轉矩密度液冷電機（包括新結構原理電機，如混合勵磁電機、磁場調制電機等）和新一代寬禁帶器件控制器、高功率密度一體化動力總成是未來電驅動系統的重要發展方向。另外，與智能駕駛相關的高性能低成本智慧感知技術也是當前的熱點研究領域。
在高性能電動車中，前后雙電機驅動和輪轂電機分布式驅動方案也被越來越多地采用，針對多電機系統動力性和安全性的協調控制和容錯控制技術方面尚有諸多需要攻克的難題。另外，對電驅動系統的智能化而言，功能安全和健康管理技術也是非常值得重視的方面，這是整車安全的重要保證。
EVS34工作組：談到汽車智能化，最重要的部分就是芯片了，車規級芯片是汽車智能化必不可少的核心。近一段時期，國內外的芯片供應問題持續發酵，請問進口芯片目前在整車芯片中占比如何，該情況是否會影響未來一段時期的產品供應？
張卓然：《新能源汽車產業發展規劃(2021－2035年)》提出，到2025年新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右。按照這個速度，每年新能源車的復合增長率就要達到30%以上，這預示著未來汽車芯片的需求將超速增長。
在電動汽車芯片領域，無論是數字控制芯片還是功率器件，我國都受制于進口芯片，尤其是在車規級器件方面仍與國外存在較大差距，采購周期甚至影響產品開發進度，這對企業和科研院所在相關領域的研究和產品開發推廣都會產生較大影響。與此同時，我們也應看到國產化替代有重大技術需求和龐大的市場空間。
在功率器件方面，比亞迪、中車等國產器件廠家正在發力，其產品性能及可靠性目前已具備大規模量產應用的水平。在數字化控制芯片方面，低端MCU領域有著較多國產化方案可供選擇。而在高性能DSP和FPGA芯片方面，國內廠家仍然較少，雖然有一些概念產品推出，但在計算能力和可靠性方面仍需要攻關和突破。
