中國工程院院士陳清泉：突破核心技術(shù)，占據產(chǎn)業(yè)中高端
圖為中國工程院院士陳清泉作主題演講
在中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )論壇（2018）的“突破核心技術(shù) 占據產(chǎn)業(yè)中高端”主題論壇上，中國工程院院士陳清泉發(fā)表主題演講。
以下是演講實(shí)錄：
很高興今天與大家分享，主題是“突破核心技術(shù)，占據產(chǎn)業(yè)中高端”。一百多年來(lái)，汽車(chē)的出現代表了世界現代化。今天汽車(chē)要被改變，因為汽車(chē)帶來(lái)很多城市疾病。要治療疾病需要跨界融合，包括汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)。汽車(chē)能源的儲存是電力和電池，雖然電池功率密度和能量密度比汽油和柴油小很多，但有點(diǎn)汽油和柴油做不到，就是電池的能量可以雙向流動(dòng)與新能源掛鉤。我提倡四網(wǎng)融合—交通網(wǎng)、能源網(wǎng)、信息網(wǎng)、人文網(wǎng)。開(kāi)始不要太過(guò)硬，里面要有軟的東西。
首先，跨界融合。多學(xué)科跨界，不同體制、不同商業(yè)模式跨界，國內外的跨界。創(chuàng )新不是空喊口號，創(chuàng )新首先得有理念。要創(chuàng )造自由、開(kāi)放、合作、包容的氛圍，公平的市場(chǎng)競爭，完善的知識產(chǎn)權保護，網(wǎng)絡(luò )和大數據的支持。中國電動(dòng)汽車(chē)爆發(fā)式發(fā)展，能夠可持續嗎？我提出的理念，電動(dòng)汽車(chē)一二三四，一是創(chuàng )新驅動(dòng)，開(kāi)發(fā)符合中國市場(chǎng)需求的類(lèi)型；二是雙輪驅動(dòng)，政策驅動(dòng)和市場(chǎng)驅動(dòng)；三是好的產(chǎn)品，好的基礎設施，好的商業(yè)模式，大家買(mǎi)得起、用的起、用的方便、用的可靠；四是四網(wǎng)融合，交通網(wǎng)、能源網(wǎng)、信息網(wǎng)、人文網(wǎng)?，F在的挑戰是電動(dòng)汽車(chē)什么時(shí)候和傳統車(chē)競爭，有的人說(shuō)2020年，我認為這是我們討論的主題。
對電機驅動(dòng)的要求，在滿(mǎn)足安全、可靠、耐久和動(dòng)力性的前提下，以更高的能源效率驅動(dòng)車(chē)輛，碳排放必然比燃油汽車(chē)低很多，使電動(dòng)汽車(chē)做到真正的節能減排。永磁電機和感應電機相比，到底各有什么好處。永磁高速損耗高、高速區電流高、位置傳感器貴、制造復雜、存在齒槽轉矩和空載反電勢等問(wèn)題。一部電機的好處是高速的，因為低速時(shí)損耗高，所以容易高速，低速時(shí)電流高，傳感器成本低，制造容易，無(wú)齒槽轉矩，控制器伏安高?，F在主流還是鑄鋁。一部高速電機要根據工況，大部分是用永磁電機?，F在最后的結論是永磁電機，因為實(shí)際工況很少在高區，最后結果還是要用永磁電機，比較好的解決方案還是永磁電機。
驅動(dòng)電機技術(shù)主流優(yōu)化方向是，驅動(dòng)電機在不犧牲效率的情況下提升功率密度，目前要求高速電機解決軸承和變速器的問(wèn)題，加控制器整體化后，比現在的低速電機好，但需要高速化。國際高壓平均下的功率密度能達到5-8千瓦/公斤，部分電機做到9-10千瓦/公斤升，國內只做到0.6-4千瓦/公斤。
電機高速化需要解決軸承問(wèn)題，從陶瓷滾珠或者滑動(dòng)軸承微液潤滑突破2萬(wàn)轉，要用2-3年時(shí)間；磁懸浮軸承混合滾珠保護軸承突破3-5萬(wàn)轉，要用3-4年時(shí)間；動(dòng)壓式鉑片空氣軸承突破4-10萬(wàn)轉，需要4-5年。騰風(fēng)集團開(kāi)發(fā)臨界轉速電機達到15萬(wàn)轉，用于電動(dòng)汽車(chē)，額定功率16千瓦，散熱條件理想的情況下峰值功率可以達到48千瓦。定子有890g，轉子495g，功率密度峰值可達到34.65千瓦/公斤。量產(chǎn)以后，估計可以做到較低的價(jià)格，因為空氣軸承不量化價(jià)錢(qián)很貴。
另外的難度是強度和溫度，電機高速化后，除了軸承是需要考慮的主要難點(diǎn)外，結構強度方面的問(wèn)題也比較突出。由于轉子速度上升，轉子的磁芯由于容易受到離心力作用膨脹炸裂，包覆磁芯軸套往往需要更高的強度，并且盡可能降低臨界轉速，需要采用大直徑、剛度高的軸套，通常高速電機采用碳纖維制造轉子套。
熱管理問(wèn)題。高速電機的直徑小，怎么散熱也是難點(diǎn)。更難解決的問(wèn)題主要來(lái)自熱管理。通常制約電機小型化的主要問(wèn)題是散熱問(wèn)題。由于轉子細小散熱面積不夠，冷卻水通過(guò)的比表面積低，散熱能力差，導線(xiàn)集膚效應來(lái)不及散熱，產(chǎn)生熱失控?？刂破鞯念l率控制不慎時(shí)，dv/dt難以控制導致的熱失控，導線(xiàn)產(chǎn)生熔化。要做到高溫電機。電機的耐高溫能力是提升電機高速化、小型化、輕量化的前提。耐溫更強，意味著(zhù)峰值功率維持時(shí)間延長(cháng)，間接地提高峰值功率密度，同時(shí)也對可靠性和壽命有明顯地意義。提升電機耐溫能力的措施：
第一，常規電機導線(xiàn)的包層以橡膠或樹(shù)膠為主，耐溫能力較差?？梢杂媒饘傺趸沾苫蛘咴颇?、玻璃纖維做高溫導線(xiàn)，溫度可以達到600-2000℃，電壓可達3000V。
第二，使用居里溫度更高的鐵氧體磁性陶瓷做定子沖片材料。
第三，使用極化磁鋼作為轉子或者磁芯材料。
第四，使用開(kāi)關(guān)磁阻類(lèi)電機原理將整個(gè)轉子用高溫磁性陶瓷代替。
第五，轉移高速轉動(dòng)時(shí)帶動(dòng)的表面空氣可以有效地對轉子散熱。
第六，轉子可以自帶壓縮輪對冷卻水進(jìn)行強制冷卻，再進(jìn)入水道進(jìn)行熱循環(huán)，可以將冷卻液更換為成更容易氣化進(jìn)行相變換熱的介質(zhì)。
第七，使用空心鋁導線(xiàn)。
因為高速電機要配備變速器，最后要進(jìn)行一體化。怎么一體化？高速電機配套減速器與聯(lián)軸器，高速電機配套的部件問(wèn)題。
能源與信息結合，產(chǎn)生智能工業(yè)、智能交通、智能建筑。今天價(jià)值最高的是共享技術(shù)、互聯(lián)技術(shù)。一定要成立聯(lián)合攻關(guān)，靠一個(gè)單位不行，需要大家集體攻關(guān)。建議國家成立聯(lián)合攻關(guān)，可以由國家和企業(yè)用PPP方式組織，30%是國家的，70%是企業(yè)的。只有組織聯(lián)合攻關(guān)才能創(chuàng )造自己的核心技術(shù)。
集中力量，提高在三大電，電機、電控、電池方面的原創(chuàng )性能力和轉化能力，迎接三大革命，即電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛、共享汽車(chē)。
謝謝大家。
問(wèn)：國產(chǎn)電控系統在國內應用情況？
答：根據我所接觸的民營(yíng)企業(yè)，十多年前它們賺很多錢(qián)，因為那時(shí)買(mǎi)外國技術(shù)，用廉價(jià)的勞動(dòng)力和廣大的市場(chǎng)賺錢(qián)。但現在不行了，現在十幾萬(wàn)或者幾萬(wàn)的變頻機利潤很薄，只賺幾千塊?，F在能不能有核心技術(shù)留住人才？英飛凌的器件專(zhuān)門(mén)為電動(dòng)汽車(chē)設計，材料溫度都不一樣，有創(chuàng )新的突破結構，要有最新的開(kāi)關(guān)器件?？恳粋€(gè)單位不行，一定要聯(lián)合攻關(guān)，與和搞器件的一起，形成獨特的圖譜結構，并掌握前瞻性、獨特性、先進(jìn)性。
?。ǜ鶕l(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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