【汽车与环境】上海大学罗建教授：轮毂电机与分布式驱动

上海大学教授、专家教授

罗建：大家下午好！纯电动汽车是关键问题，是从昨天到今天都在讨论的一个问题。续航里程是很关键的，纯电动汽车一般来说并不需要很长的电池在上面，只是需要一个方便性。这个方便性的解决未必是摆很多电池上去，你摆了几十个电池，你的能耗就上升了很多，比如说特斯拉，按现在的能耗其实比一般车辆的百公里能耗排放还多一点。我们并不再满足于主机厂提供你一个千人一面的东西，我们需要一个定制化的东西，没解决的是里程焦虑。怎么办呢？我们需要一个充电宝，这个充电宝装在车上，正常的使用可能用不到，但是有它没它是不一样的，首先要解决里程焦虑问题。

第二个问题是解决功率问题。你的空调，冬天加热，有一个充电宝上面是可以的。另外一个概念，我们充电宝并不需要提供整车的增程器，哪怕上汽荣威950，大概消耗的能量是30KW左右，但是发动机功率是150KW，我们让电驱动系统把所有峰值系统调节，有些观点跟段总讲的混合动力是一样的，我们强调的是纯电驱动，电机完成了所有驱动的工作，剩下的发动机都可以到能源系统。对燃料电池来讲，这个问题就不严重，说到底还是一个效率问题，我们一般的汽油发动机在高效区，大概是33%。如果我能够做出一个50%的发动机，一个单功耗，这个做到50%是可以的，这样下来，发电机的效率是97%，你整个系统的效率是44%。如果做得好一点，我的热效应是44%。电驱动系统大家都在用，宝马i3的电驱动操作系统，效率是一个特别要考虑的问题，我的整体效率提高到46%。

轮毂电机不是新鲜的概念，也跟电动汽车一样。后来因为燃油车的崛起，这个车没有发展起来。比较一下，集中驱动的底盘和独立驱动的底盘，首先是机械传动系统的问题，结构复杂的问题，传动系统造成效率损失，机械系统惯量大，控制响应迟缓，制造复杂，成本高。在北京，我看到了要做低地板的公交，是为了将来社会的老龄化。现在的轮毂轮面面积直径很大，其实它的空间并不节省。你完全可以加装去解决。轮毂电机的技术在世界上发展了很多年，从昨天到今天，包括国内的很多公司，我个人并不看好轮毂电机在今后几年之内能够很好发展，但是很多公司很多大学在这方面做很多的研究，过程还需要努力。

其实电机是一个电驱动系统，这是分布式驱动系统的优点，我就不一一念了。取消传动系统，整车质量大大减轻，去掉了机械传动部分，传动效率得到提高，占用空间很少了，整车布置设计非常灵活，但是面临很多问题：第一，轮毂电机这个总成包含驱动、制动、承载多种功能，我们现在是一个发电机，一个动力系统；第二个是空间非常有限，对电机的功率转矩密度有非常高的要求；再一个是影响了悬架隔振性能，电极抗振要求苛刻，冷却系统怎么解决，污染物怎么处理？这些问题都是轮毂电机要面临的问题。

解决方案其实两个技术路线。一个技术路线针对功率密度，转矩乘以转速，一个是提高转速，一个是提高转矩。轮子一定，车速一定，可以解决。通用做了轮毂电机可以用轮子的办法，排十对轮子来解决它所需要的载矩率。很多零供应商看到了机会，可以把手伸到动力系统里面去。弄了两个行星齿轮，把整个电机做得比较松比较高。减速箱是变速箱，可以变速的，把整个动力系统全部装在了一个轮子里面，但问题是，寿命不高。另外一条路把任务交到电机身上，增加转矩。这是国际上最主流的两个公司分别为中国不同的公司买了股份。他们在这方面做得不错，以直驱的方法，整个连接更加紧凑。轮毂电机怎么去做呢？我们看一下，就不介绍了。我们国内数据上，过分地重视电机的功率，要求电机比较轻，对于效率来讲也要提得高，这样就不能兼顾。这是宝马i3的效率图，第一高效区比较宽泛。效率增加一个点，你去推销产品的时候，可能让你去跑一下就出现问题了。为了解决功率密度问题要提高转矩密度。我们研究各种电机，首先是传统的径向磁场，然后是轴向磁场。从径向磁场电机的潜力来看，我们能想到的就是这几个，提高它的直气隙磁，就不细细讲了。轴向磁场电机是采用新颖结构提高转矩密度，同时你也看到它的问题，这个电机是要做到一起来的，机械结构上有很多困难。另外是横向磁场电机，横向电机的结构很复杂，目前除了在大型的风力发电机上用，其他的场合用它是很少的，它的体积太小了。传统的径向磁场电机仍然具有结构简单可靠的优点。我们要找到一个比较优化的方案，通过一种Halbach永磁体的结构，效率可以提高，再采用特殊的极槽配合，这样在电机方面就有很大的进步。

另外一个问题就是刹车的问题，其实电机系统是很可靠的，一般的大型的客车上面都是有涡轮刹车的。因为时间关系，就过了。剩下两个问题稍微强调一下，一个是电机驱动器与轮毂电机集成。另外一个是簧下质量问题。采取什么样的悬挂能够改善簧下质量的问题？另外一个问题，你既然轮子是在簧下，电线时间长了，是不是有问题？丰田提出一个无线充电，这也是技术上的一种探索。还有就是电机的控制，牵引力的控制系统。

从我的了解来看，轮毂电机主要有两个发展方向。一个是小型、低层、简单的，把动力系统拿掉，放到轮子上去。另外一个是因为轮毂电机的各个轮子可以独立操控，轮毂电机车的操控性更好，我们可以开发轮毂电机产品。所以是两头的概念，一个是低成本低速，一个是高性能的车。这是目前能看到的两个发展方向。

谢谢！

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