中國工程院院士陳清泉：突破核心技術(shù)，占據(jù)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)汽車百人會(huì)論壇（2018）的“突破核心技術(shù) 占據(jù)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(jù)產(chǎn)業(yè)中高端”。一百多年來，汽車的出現(xiàn)代表了世界現(xiàn)代化。今天汽車要被改變，因?yàn)槠噹砗芏喑鞘屑膊 Ｒ委熂膊⌒枰缃缛诤希ㄆ嚠a(chǎn)業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)。汽車能源的儲(chǔ)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)。開始不要太過硬，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(nèi)外的跨界。創(chuàng)新不是空喊口號(hào)，創(chuàng)新首先得有理念。要?jiǎng)?chuàng)造自由、開放、合作、包容的氛圍，公平的市場競爭，完善的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)的支持。中國電動(dòng)汽車爆發(fā)式發(fā)展，能夠可持續(xù)嗎？我提出的理念，電動(dòng)汽車一二三四，一是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，開發(fā)符合中國市場需求的類型；二是雙輪驅(qū)動(dòng)，政策驅(qū)動(dòng)和市場驅(qū)動(dòng)；三是好的產(chǎn)品，好的基礎(chǔ)設(shè)施，好的商業(yè)模式，大家買得起、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)。現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是電動(dòng)汽車什么時(shí)候和傳統(tǒng)車競爭，有的人說2020年，我認(rèn)為這是我們討論的主題。
對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要求，在滿足安全、可靠、耐久和動(dòng)力性的前提下，以更高的能源效率驅(qū)動(dòng)車輛，碳排放必然比燃油汽車低很多，使電動(dòng)汽車做到真正的節(jié)能減排。永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)相比，到底各有什么好處。永磁高速損耗高、高速區(qū)電流高、位置傳感器貴、制造復(fù)雜、存在齒槽轉(zhuǎn)矩和空載反電勢等問題。一部電機(jī)的好處是高速的，因?yàn)榈退贂r(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，無齒槽轉(zhuǎn)矩，控制器伏安高。現(xiàn)在主流還是鑄鋁。一部高速電機(jī)要根據(jù)工況，大部分是用永磁電機(jī)。現(xiàn)在最后的結(jié)論是永磁電機(jī)，因?yàn)閷?shí)際工況很少在高區(qū)，最后結(jié)果還是要用永磁電機(jī)，比較好的解決方案還是永磁電機(jī)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)主流優(yōu)化方向是，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在不犧牲效率的情況下提升功率密度，目前要求高速電機(jī)解決軸承和變速器的問題，加控制器整體化后，比現(xiàn)在的低速電機(jī)好，但需要高速化。國際高壓平均下的功率密度能達(dá)到5-8千瓦/公斤，部分電機(jī)做到9-10千瓦/公斤升，國內(nèi)只做到0.6-4千瓦/公斤。
電機(jī)高速化需要解決軸承問題，從陶瓷滾珠或者滑動(dòng)軸承微液潤滑突破2萬轉(zhuǎn)，要用2-3年時(shí)間；磁懸浮軸承混合滾珠保護(hù)軸承突破3-5萬轉(zhuǎn)，要用3-4年時(shí)間；動(dòng)壓式鉑片空氣軸承突破4-10萬轉(zhuǎn)，需要4-5年。騰風(fēng)集團(tuán)開發(fā)臨界轉(zhuǎn)速電機(jī)達(dá)到15萬轉(zhuǎn)，用于電動(dòng)汽車，額定功率16千瓦，散熱條件理想的情況下峰值功率可以達(dá)到48千瓦。定子有890g，轉(zhuǎn)子495g，功率密度峰值可達(dá)到34.65千瓦/公斤。量產(chǎn)以后，估計(jì)可以做到較低的價(jià)格，因?yàn)榭諝廨S承不量化價(jià)錢很貴。
另外的難度是強(qiáng)度和溫度，電機(jī)高速化后，除了軸承是需要考慮的主要難點(diǎn)外，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的問題也比較突出。由于轉(zhuǎn)子速度上升，轉(zhuǎn)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(qiáng)度，并且盡可能降低臨界轉(zhuǎn)速，需要采用大直徑、剛度高的軸套，通常高速電機(jī)采用碳纖維制造轉(zhuǎn)子套。
熱管理問題。高速電機(jī)的直徑小，怎么散熱也是難點(diǎn)。更難解決的問題主要來自熱管理。通常制約電機(jī)小型化的主要問題是散熱問題。由于轉(zhuǎn)子細(xì)小散熱面積不夠，冷卻水通過的比表面積低，散熱能力差，導(dǎo)線集膚效應(yīng)來不及散熱，產(chǎn)生熱失控。控制器的頻率控制不慎時(shí)，dv/dt難以控制導(dǎo)致的熱失控，導(dǎo)線產(chǎn)生熔化。要做到高溫電機(jī)。電機(jī)的耐高溫能力是提升電機(jī)高速化、小型化、輕量化的前提。耐溫更強(qiáng)，意味著峰值功率維持時(shí)間延長，間接地提高峰值功率密度，同時(shí)也對(duì)可靠性和壽命有明顯地意義。提升電機(jī)耐溫能力的措施：
第一，常規(guī)電機(jī)導(dǎo)線的包層以橡膠或樹膠為主，耐溫能力較差。可以用金屬氧化陶瓷或者云母、玻璃纖維做高溫導(dǎo)線，溫度可以達(dá)到600-2000℃，電壓可達(dá)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(zhuǎn)子或者磁芯材料。
第四，使用開關(guān)磁阻類電機(jī)原理將整個(gè)轉(zhuǎn)子用高溫磁性陶瓷代替。
第五，轉(zhuǎn)移高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)的表面空氣可以有效地對(duì)轉(zhuǎn)子散熱。
第六，轉(zhuǎn)子可以自帶壓縮輪對(duì)冷卻水進(jìn)行強(qiáng)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(dǎo)線。
因?yàn)楦咚匐姍C(jī)要配備變速器，最后要進(jìn)行一體化。怎么一體化？高速電機(jī)配套減速器與聯(lián)軸器，高速電機(jī)配套的部件問題。
能源與信息結(jié)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(jī)、電控、電池方面的原創(chuàng)性能力和轉(zhuǎn)化能力，迎接三大革命，即電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛、共享汽車。
謝謝大家。
問：國產(chǎn)電控系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用情況？
答：根據(jù)我所接觸的民營企業(yè)，十多年前它們賺很多錢，因?yàn)槟菚r(shí)買外國技術(shù)，用廉價(jià)的勞動(dòng)力和廣大的市場賺錢。但現(xiàn)在不行了，現(xiàn)在十幾萬或者幾萬的變頻機(jī)利潤很薄，只賺幾千塊。現(xiàn)在能不能有核心技術(shù)留住人才？英飛凌的器件專門為電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)，材料溫度都不一樣，有創(chuàng)新的突破結(jié)構(gòu)，要有最新的開關(guān)器件。靠一個(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(dú)特的圖譜結(jié)構(gòu)，并掌握前瞻性、獨(dú)特性、先進(jìn)性。
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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