王志福：电驱失效概率虽小，却比锂电池起火更严重

中国的新能源汽车动力系统的发展，在某种程度上已经达到或者领先全球的水平。这其中离不开国家队实验室的研发功劳。

6月14日，在第十六届中国汽车蓝皮书论坛上，北理工电动车辆国家工程研究中心主任王志福在驱动路线专场上，做了《新能源汽车电机驱动系统技术》的主题演讲。

王志福从新能源汽车发展、电机驱动系统需求、汽车大数据应用、行业发展启示录四个方面，对新能源电动车和电驱的发展做了普及性的讲论，介绍了电驱系统测试方法的演进，也从验证标准、盈利、科研与市场的平衡对电驱发展提出了三问，为后续的尖峰辩论环节作了铺垫。

以下是王志福演讲实录。

各位业内的朋友，大家下午好。今天是一个火热的日子，我们聚集在此，一起讨论一个比较火热的课题。



我是第一个演讲的，希望我的演讲能够给大家带来一些思考和启发。我的题目是《新能源汽车电机驱动系统技术》，比较泛，主要包括四个方面：新能源汽车发展，电机驱动系统需求，汽车大数据应用，行业发展启示录。

今天上午的很多内容让大家比较兴奋，中国以电动汽车为代表的新能源汽车快速茁壮成长，给全球汽车市场带来了一个很大的变革，我们可以一起看一看中国新能源汽车的发展历程。

1.新能源汽车发展。
背景就不说了，时刻在变。我跟大家聊一下，当时提出新能源汽车发展的时候，其实有两个主题：一个是关于能源的安全问题，还有一个是环境问题。环境问题套用时尚一点的表述，就是碳减排和碳排放的问题。

整体来讲，除了渗透率和销量，还有我们的充电设施、电池供应，这些都已经是全球第一，以新能源汽车为代表的中国制造的新名片也是在新闻中屡次提及，“新三样”（新能源汽车、锂电池、光伏产品）走出海外。

之所以会促成今天的局面，主要是钱老先生（钱学森）1992年给邹家华（当时的国务院副总理）同志写的一封信，要跨越一个台阶，直接进入一个新的汽车时代。自此之后，“十五”计划开始，我们开始“三纵三横”。（注：2001年开始的“十五”计划将电动汽车列入了“863计划”，“863计划” 首次确定了“三纵三横”的技术研发巧局。所谓“三纵”，是指纯电动汽车、 混合动力汽车、燃料电池汽车；所谓“三横”，是指电池及其管理系统、电机及其控制系统、多能源动力总成控制系统。）

目前为止，到了新能源汽车2.0、3.0时代，内涵有所改变，但架构一直在推进，也是得益于在座的所有业内同仁们坚持不懈地贯彻落实整个发展思路，才能促成目前的现状。

值得一提的是，我们今天所在的城市距离2008年的奥运会已经很久远了，今天上午还有朋友跟我聊起最近热播的连续剧《玫瑰的故事》，那是发生在申奥成功的那一年。

2008年在中国第一次举办奥运会，也是目前唯一的夏季奥运会。就在这届奥运会上，我们在全世界第一次大规模开展了纯电动车辆的规模化应用。自此之后，以纯电动车辆为代表的车辆运行、运营、研发、应用进入了我们的视野和计划中。

后来，随着“十城千辆”和一系列新能源相关政策的出台以及相应的战略产业，让外界感到了很大的压力。

在此过程中，一些企业尤其是原来对标的西方企业“都不玩了”，由此也带来了质疑和犹豫的声音。我们希望能够坐在一起聊一聊纯电动车发展怎么往下走。

稍微打个广告。北京理工大学电动车辆国家工程研究中心是随着中国新能源车辆的发展而发展的。从1992年开始进行纯电动客车的研发，经过几个阶段的发展，包括2008年我们主持研发电动客车成功服务于北京奥运、2022年研发的全气候电动客车、车云协同平台服务北京冬奥会等一系列活动。

目前，我们已经创建了以中国特色电动车辆充放电和远程实时监控为一体化的中国特色新能源车辆的应用体系，为中国商用车的规模化应用和技术国际领先做出自己作为国家实验室应该做的工作。

实验室在整车零部件的研究和研发方面具有很好的业务基础，2021年开始，随着新能源车辆技术的不断发展，目前我们在六个方面不断拓展：整车、驱动、能源、车联网与大数据、智能网联以及业内一直在说的基础软件、基础工具链。

回到今天的主题，这是我们实验室一直在做的方向，就是电机驱动系统，上中下游从基础材料到部件和成品生产线都有产业的布局。目前国内国际的应用也是比较成熟的，分布范围很广。

其实搞电机驱动原来对标传统车辆的发动机系统，分布的范围更广。2009年，我们实验室开始驱动系统全国测试工作的时候已经接触到很多企业。中国搞电机的企业和产品，都是全球最多的。接下来思考的也是这个问题，在这么多供应商的前提下，我们如何能够把商业化的工作做好，把技术继续往下推进？

2.驱动电机系统需求。
驱动电机系统大概就是图中这些，以新能源汽车的驱动电机为下游，沿产业链向上挖掘，则定子、转子、端盖、轴承等零部件为中游，永磁体、硅钢片、铜线、铝合金等原材料为上游。

以新能源上游金属原材料的供应商多为大型上市公司，中游生产定子转子等零部件的供应商多为非上市公司，下游生产电机总成的企业主要可分为三大类（整车厂、电机厂和Tire1）。

新能源汽车驱动电机系统以永磁同步电机系统为主，应用占比超过了94%，其余的市场则主要被异步电机驱动系统占领。

根据我们平台上的统计，从电机到电控的TOP10，目前集中度是越来越高的，尤其是这两年这种趋势更加明显。



从技术发展的角度来讲，对于电机本体，大家都在提扁线电机、油冷技术和一体化或者多合一，从控制角度来说，大家都很关心高效驱动、可靠性、集成控制。从控制角度，我们要关心的是它的智能、可靠、多用途应用。

为什么现在大家越来越关注可靠性？去年之前，大家对电动车辆可靠性的关注，更多的是在能源系统或者电池系统。但随着整个车辆性能的提升，大家对可靠性、驱动系统的可靠性，包括驱动系统的故障预测会越来越关注。

前面讲的是驱动系统的基本介绍和了解，我想把话题稍微引开一点。

电机驱动系统的发展才刚刚开始。我们再往前延伸一下，从能源的利用和迭代角度考虑这个问题，以前是人力和畜力（驱动），到了蒸汽（驱动）时代，成就了一个日不落帝国，从蒸汽时代到内燃机（驱动）时代，成就了一个美国。现在我们认为是从内燃机时代到电驱时代。

我曾经看过一个公司的宣传短片，讲到如果没有电的话，相信大家要坐在这个房间里都很难，因为现在所有的一切都是以电来驱动的。我背后这页slide(指翻页笔)也一样。

电驱已经从车辆行业拓展到了所有的载运装备，而它的研发和验证就会带来一个更加急迫的问题：对于电驱系统的验证问题。

开发人员都知道，其实这些系统模式都一样，软件的、硬件的、实车的，这些都是大家耳熟能详的。包括我们的实验室，绝大部分实验室的面积都是被这样的机械台架占用，它要打造几百千瓦、10万转、2.59万牛米，为我国驱动系统的开发做出了很大贡献，这也是常规的发动机系统开发验证的常规手段。

我们现在越来越多地关注电驱系统的故障问题，比如短路、断路、失磁、轴承损坏，这些都会导致车辆的致命性问题，不夸张地讲，比锂电池着火还要严重，虽然失效的概率非常低。

但我们如何才能在这样的台架上去实现测试失效呢？貌似不可能。曾经有一家企业在我们这里做试验，转到9000转的时候轴折了。

这带来一个思考：对于电机台架测试来说，比较成熟、比较常规，带来的问题就是不同种类的电机类型需要不同电机类型的测试台架，部分能量以机械能、热能耗散而无法回收，能耗损失大。由此我们就想，能不能利用现在强大的电力电子模拟能力将它替代掉，为什么非要让它转起来呢？



现在我们就做了这样一种尝试，一种新型的电驱动系统测试，用电力电子做一个耦合回路，侧重于电机控制系统的测试，这样可以搭建非常良好的、全性能的测试环境。

我们可以实现不同类型、不同参数、不同故障的电机模拟，从而实现原来在台架上、在实车上不能实现的任务。

在高精度的电机模型构建上，不仅仅要模拟好的电机，还要模拟坏的电机。比如说模拟A项短路了两匝，比如模拟局部失磁了70%，我们要把这种故障模拟出来，这是我们要建高精度电机模型要解决的问题。

当然方法很多，有基于有限元（模型）的，有基于磁共能的。

还有，原来我们做控制的时候，会天然地忽略磁饱和、磁损耗，我们现在就要去考虑损耗和饱和的问题。

再一个，我们要去引发它（电驱动系统）的故障的模拟问题，从而验证更加良好的控制算法，同时随着现在高性能驱动开发的要求，我也在关注多电平的应用以及它的损耗发展，包括基于数据驱动的非参数模型预测电流控制方法。这是我们做的一些前期工作。

3.汽车大数据的应用。
我国已经建立起全球最大的新能源车辆的监控运营平台，目前平台已经接入2100万台车的数据，每台车30秒钟上传1帧数据。我们是全球第一个，也是目前唯一一个新能源车全国联网的国家，为新能源的迭代和安全发展起到了很大的作用。

在这个过程中，我们基于新能源车辆的监控平台，引申了电池溯源平台、重型车辆排放平台、特种设备包括电动载运工具的平台，这样我们可以把整个交通融为一张大网，为交通领域的发展提供最坚实的数据支撑。

比如说，针对汽车和新能源车辆价值的评估，大家买车的时候可能都会关注车开了三年之后还保不保值，包括二手车在流通的时候，我们也要考虑这个车还剩下多少价值，买台20万的纯电动车开三年会成什么样子，我们就可以去关注驱动电机，分析用户用车习惯对核保评分的影响，同时进行风险评估和对碳排放汇率进行计算。

最后，提出三个问题供大家思考：
最近两天整理标准的时候，我突然发现驱动系统的标准少得可怜，许多标准已经被废止了，2024年5月28日开始正式实行新的标准，所以数量上又少了一个。发动机一共有71个标准。希望我们能够一起推动，任重而道远。

之前贾可博士讲到驱动系统的发展，为什么都说驱动系统不赚钱？我觉得是我们细分得太细了，不太好形成规模化的产品，恨不得每千瓦都要划分一个序列，还有各种不同的转速、转距以及控制形式。

刚才讲到和标准有关的系统验证和评估，现在没有多少。市场成本与创新科研如何平衡？怎样才能达到一个平衡点？这是我们想和大家一起讨论的问题。