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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
發(fā)布時(shí)間:2018-01-21 15:05:00

峰會(huì)七-陳清泉-中國工程院院士 (9).jpg

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)



稿件來源: 電池中國網(wǎng)
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