电驱系统进化图鉴
电驱系统的全面进化不仅在于提高功率密度等物理性能，同时还影响着整车的智能化程度，新能源时代电气化的汽车在整车发展上有着更大的想象空间。
文丨智驾网 黄华丹
相较于燃油车，电动汽车优势明显，比如低碳环保、起步时更迅捷的动力响应，以及正常运行时更安静舒适的NVH等。
当然，众所周知电动汽车也还有很多问题没有解决，比如电池续航与自燃问题，比如补能问题，比如在高速工况下的高能耗，以及电动汽车普遍无法和燃油车媲美的最高速度。
而这其中的许多问题，都可以通过电驱系统的发展来弥补。
比亚迪汽车工程研究院的凌和平副院长认为，作为新能源汽车最核心的一个系统，电驱系统整个成本大约占到新能源汽车的10%。
新能源汽车的快速发展也带动了电驱产业的快速发展。去年，经初步测算电驱产业整个产值大概在300多亿，“今年翻番肯定基本上是板上钉钉的事情”，凌和平表示。
在8月8日于青岛召开的第十四届国际汽车变速器及驱动技术研讨会上，多位专家就电驱系统发展的趋势进行了分享。
电驱系统包括电机、电机控制器和减速器等组件。
其中电机是整车的动力核心，通过电池提供的电能将其转换成动能，通过减速器、半轴驱动电动汽车行驶。
电机控制器是根据制动踏板和加速踏板的输入信号，发出相应的控制命令来控制电机的转速及转向，从而驱动电动汽车行驶。
减速器则是将电动机的高速运转通过齿轮传动变成低速大扭矩的装置，目前大部分电动汽车减速器都只有一档速比。
以下，我们先来看一下当前电驱系统的发展趋势。
01.
电机性能全面提升
首先，从电机方面来看，扁线电机是近两年的发展趋势。凌和平表示，“去年基本有20%左右的电机都采用了扁线电机，今年扁线电机有望突破40%—50%，当然在未来可能百分之百都会是扁线电机，这是整个的发展趋势。”
目前市场上的新能源车主要用的都是永磁同步电机和异步电机，而国内永磁同步电机的装机量更是高达94%。其主要原因就是永磁同步电机低速性能好，转化效率高。
此前，永磁同步电机一直使用的是传统的圆线技术，而圆线电机在市区频繁启停的工况中是低效率运转的。
而且，圆线电机的槽满率偏低，仅有40%左右。槽满率指的是线圈放入槽内后占用槽内空间的比例。槽满率偏低意味着电机的功率密度偏低、重量偏大、电动车的动力也就偏弱。
扁线电机指的是导线横截面为扁平矩形的电机。
圆线之间存在空隙，扁线则更加紧密。将导线从圆线改为扁线后，槽满率可从40%提升到70%，电机转化效率提升1.12%。这意味着在低转速高扭矩的拥堵工况中，扁线电机的工作效率比圆线高出10%。
同时，槽满率的提升也代表着线圈中导线增多，产生的磁场会更强，从而进一步提升电机的功率以及整车的动力。
此外，为了实现电动汽车能像内燃机一样长时间输出高动力，用于持续爬坡及连续加速等场景，就需要电机的持续扭矩时间增长。
此时，目前的水冷冷却就不够充分，因而也催生了油冷需求。关于油冷技术在电机中的应用智驾网此前也写过一篇报道，参看。
同时，油冷电机也能有效降低电机本身的体积和重量，因而这几年油冷电机的发展也非常迅速。
此外，扁线技术同样也能在一定程度上实现电机的轻量化和小型化，从而促进整体电驱系统的集成化。
02.
从三合一到多合一
集成化也是电驱系统发展另一个大的趋势。
凌和平表示，从去年到今年，基本上整个行业都已经做到了三合一。三合一即指电机、电机控制器、减速器等部件的集成。电驱系统实现集成后，可省掉各部件之间的线束连接，减少电磁干扰，同时可明显缩小体积，使车辆内部空间布局更灵活。
同时，集成化后的电驱系统也更容易标准化和模块化，方便在整车上面布置。而且，集成化的电驱系统功率密度也更高。
去年，比亚迪又在其E 3.0平台推出八合一电驱系统。八合一指的是集成了电机、减速器、电机控制器、高低压直流转换器（DCDC）、双向车载充电器（OBC）、高压配电箱（PDU）、电池管理器（BMS）和整车控制器（VCU）八大模块。相较于三合一系统，八合一具有更高的功率密度，在整体重量和体积上也能实现更进一步的压缩。
此外，长安也于2020年提出了多合一的超集电驱第三代。中国工程院院士，香港大学教授陈清泉表示，采用超集技术，可使工况效率提升5%，加之采用高效的功率器件、油冷系统，可使工况效率超过90%，总成最高效率超过95%，单车10年30万公里排放较燃油车降低20吨。
03.
电控系统的进化
在电控方面的发展则主要是第三代半导体碳化硅技术的规模化应用。
碳化硅在功率半导体层级有显著的性能优势。相比硅半导体，碳化硅的禁带宽度是硅的3倍，电场强度是硅的15倍，电子饱和率是硅的2倍，因而在高温下更加稳定，导通阻抗低，同时导通能耗也随之降低。
此外，碳化硅有更快的开关速度，可降低开关能耗，且其导热系数是硅的3.5倍，可带来更好的散热性能。
因而，碳化硅电容器的元件体积可以做到更小，同时损耗降低，提升整车的系统性能。
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