新能源汽车驱动电机关键技术
和发展趋势
新能源汽车驱动系统概述
本文论述对象为新能源汽车中的高性能机电耦合动力总成、纯电驱
动总成；驱动电机、驱动电机逆变器、减/变速器关键零部件系统；
功率电子器件、电机定子和转子、齿轮和离合器等核心零部件或器
件。
图1、电驱动系统技术架构
图2、驱动系统及核心部件
乘用车纯电驱动总成的标志性技术进展及成果
驱动电机、电机控制器与减速器深度集成的电驱动一体化总成是乘
用车领域主要技术方向，高集成化壳体共用、水道集成、高压线集
成等技术广泛应用；小型化为降低X尺寸，大部分电驱产品采用短
中心距平行轴方案/同轴电驱方案；轻量化电驱总成功率密度大部分
在
博世、ZF、日本电产、BMW、特斯拉等均推出了电驱动一体化总
成产品。我国起步与国外基本同步，如上海电驱动、精进电动、巨
一、汇川、BYD、上汽等均在2022年推出了三合一电驱动总成系统，
最高转速达到13000—16000rpm, 长安逸动EV460、BYD 元EV360、
广汽Aion S已批量上市。
电驱动系统发展趋势
电驱动的挑战，对功率密度的要求越来越高，对精度的要求越来越
高，对效率的要求越来越高，另外，要能够适应不同的路况，还要
采用先进的多功能的控制模块，要有高性能的功率半导体电力电子
变换器，要有高性能的材料，包括高性能的磁性材料和高性能的超
级导线。另外要能够和政策做更好的配合，也就是怎么样和整车在
机、电、热的接口方面更好地配合。
多合一集成与否还存在分歧，A0级和A00级以控制成本为主，以二
合一单机的形式较多，A0级多合一为主，现在是以三合一为主流，
C级、D级以上有可能会搭载多挡的。
成本方面，碳化硅成本比较高，少数企业实现了量产。整个电驱动
无论提高效率还是从各方面来说都是为了能够降低整体的能耗。
小型化方面，转速的高速化，20000转以上的高转速的技术包括小
的减速器的中心距，是有效实现小型化的一个手段。碳化硅模块本
身集成的应用就可以使得电机控制器的体积和重量得到进一步优化。
电驱动系统优化的两大指标就是功率密度和效率，做新材料和新工
艺是优化这两大技术指标最有效的措施。比如高性能的永磁体、高
性能的硅钢片、还有多层扁线电机、宽禁带半导体、碳化硅和氮化
镓的使用，都是提高这两大性能指标的有效方法。
优化冷却系统也是提高电机的两大指标的一个重要的方法，目前从
水冷变到了油冷，下一代的冷却系统或许会更加高效，比如灌封水
冷的技术，水作为介质比油作为介质在冷却效率上还是更高的，而
且灌封水冷是先分析了电机和逆变器最热的发热点，然后用灌封的
办法把最热发热点上筑成水道，然后把水冷却液在里面循环，实现
了最高效的冷却。
高电压、成本和功率密度
高电压属于行业的共识，所有的电驱动企业都在高压化有布局，对
于高电压，国内首款宣传的是保时捷，当时发布这个产品的时候，
整个高电压系统，各零件不是很成熟，各部分保留了400V的回路。
电压平台从400V到800V，面临的技术挑战很大，包括耐压、包括核
心材料的散热能力、包括耐热能力。
以A级车为例，整个纯电动系统的成本，电机占了40%，电是40%，
减速器20%，如果把电机进行拆分的话，整个硅钢片是40%，剩下是
一些铜材还有加工制造成本，总体来看自主品牌的三合一行业平均
价格大概是在7000元左右，80—200KW的成本大概在5000— 10000
元的价格区间，现在整体会有一些变化，尤其是碳化硅整体价格在
往下调，对我们成本这方面有利好的信息。
电控是电机的核心，IGBT占成本比较大，约是44%左右，不同的车
型里面，A级车IGBT的价格是在600—800元左右，20、30万的A级
车IGBT是在2000块钱左右。
碳化硅在这个应用里面为了提升相关的功率密度，基本这个趋势已
经比较明显了，用碳化硅的车型和开发已经不下于数十款车型，碳
化硅从产业链的开发目前国内还不是特别成熟，也面临诸多的相关
挑战，包括封装的一些材料也会影响到碳化硅本身性能的实现。提
高电机的转速是提高功率密度和效率的又一有效方法。
目前在研的电机转速要求已经达到20000转—30000转的水平，下一
代电机转速很可能就会奔着35000转的水平里迈进。技术瓶颈， 一
方面是轴承的高速化的技术，还有就是MCU，芯片的计算能力，
也对电机转速有一定的瓶颈作用。因为现在电机转速要高，控制频
率就要升高，电机控制器的运算效率、运算速度也是一个大瓶颈。
电驱动效率
现在主流三合一电驱动总成的效率，在400V这个平台，效率都是在
85%、86%以上，更高的可能有87%、88%的，如果结合到一些
800V等等新的技术，如果把三合一的工况效率再提升三个百分点，
比如到90%或者91%，对于整个车的续航的提升，还有对于成本的
降低，对于用户来说收益都是非常好的。
比如以成本为例，可能整车的成本可以降低4000—5000元甚至更高。
现在越来越多的采用多层扁线，以后还需要更精确针对更具体的车
型、产品，要把我们电驱工作的工况区间做更精确的定义，甚至要
把整个系统能量消耗的中心或MAP图上的重心要做更好的正向的设
计和定义。部分以后要采用断开机构，特别是四驱的车型比较多，
我们预测用了这种断开机构以后可能对工况里程的提升在3%左右的
贡献。800V加碳化硅电压升级的措施，这个可能也会对工况的效率
提升在3%左右。
驱动电机总成及关键材料
（1）高效、高速、高密度、低振动噪音、低成本是新能源电机的重
点发展方向，现阶段扁导线绕组、低铁损超薄硅钢片成为提升转矩
和功率密度以及效率的主要手段，是量产工艺路线重点方向之一。
槽满率提升：圆线变成扁线，填充铜量增加，槽满率提高15%以上；
散热性能好：扁线使定子有效接触面积增大，绕组温升比圆线电机
低10%，散热和热传导更好；
功率密度高：电机直径减小10%，轴线长度（高度）减小15%，性
能提升，用料减少10%。
表4、不同厚度硅钢片的性能
电装与丰田电机
GM Volt扁导线电机
国内典型的发卡式定子绕组
表2、Pin应用厂家
表3、各厂家电机状况
硅钢片厚度mm
铁损（P10/400）
磁极化强度（J50）
性能
屈服强度 403MPa 405MPa 405MPa 400MPa
所处状态 样件阶段 样件阶段 量产阶段 量产阶段
绕组结构 Prius 4 Model 3 Accord Bosch(MEB) Leaf Lexus BYD 1811
电压平台（V） 200-700 350 650 340-500 345 280-650 360
电机电磁积 ø215×6 0 ø230×135
ø268×6
2 ø220×160
ø200×15 1 ø200×13 5 ø180×110
绕组结构 发卡式 散线 发卡式 发卡式 散线 散线 发卡式
峰值转速
（r/min）
17000 18000 13000 16000 10400 10230 14000
功率密度
（KW/L）
转矩密度
（Nm/L）
90 59
冷却方式 油冷 油冷 油冷 水冷 水冷 油冷 水冷
表5、高速电机使用状况
（2）在永磁体方面，重稀土晶间扩散(GBD)及晶粒边界调节(GBM)
技术，可大幅度减少重稀土使用量，同时提高磁体性能；国外如
Toyota、GM开始采用混合磁体（含铁氧体）部分替代钕铁硼材料。
在高性能硅钢片方面，我国研制了~系列化硅钢片，导磁
和铁耗等性能较同类产品提升，特别掌握了温度对硅钢产品磁性和
机械性能的影响，提升了电机精细化设计水平。
永磁体晶界相改性与晶界扩散技术
典型电工钢产品性能比较
电机的基础创新
驱动电机所有的需求和指标都来自于整车，比如整车有最高车速的
需求，电机就有最高转速的要求；整车有续航里程的要求，电机就
有效率的对应的需求点。近20年来，电机的原材料这一块，主要原材
料，包括硅钢片、铜线和磁钢变化相对不那么大。硅钢片这么多 年
来导热性能没有什么变化，漆包线其实只是漆包线本身的漆膜强 度
不断有改善，但是导电能力似乎没有太多的进步。磁钢的性能也 很
难提高，其实光磁钢性能也没有什么用，因为硅钢片的导热能力 还
是受限。所以目前从主要材料上提高电机的功率密度其实是非常 难
的。电机原理上很难去创新，只有通过新材料的应用和新工艺的 应
用，不断提高电机的功率密度等等。同时，我们还期望更好的绝 缘
材料，希望绝缘材料不仅绝缘，还能导热，这块有很大的实际需 求，
也应该得到一些更好的技术突破。有人提出用超级导线、超级 铜线，
优势性能是比较好的，缺点是目前来说太贵，成本下降以后， 对于
电机的性能提升确实是很大的好处，它的导电率大概可以提高5%左
右。所有技术的进步，必须是相同成本下实现更高的指标，或者说相
同指标下降低成本。
所以唯一的途径在导热能力提高，因为导热能力提高以后，电机的
温度降下来，磁钢的性能也好，铜线的电导率也好，都能得到保证。
当然也可以采用更好的冷却措施，但是冷却毕竟有冷却不到的地方，
有更好的导热材料的话，能够进一步降低特别是电机槽内的温度，
是非常有好处的。采用BOOST之后，实际上电压可变了，这种情况
下，总的来说效率是改善的，因为可以把电机的拐点设计的更靠前，
小扭矩的时候电流就小了，高速的时候用电压抬上去，功率也够，
这两个一集成，效率改善很明显。
扁线电机
扁线电机的优势是槽满率高、散热能力强、功率密度高、效率高，
圆线电机现在行业是42%—45%的槽满率，扁线可以做到70%的槽
满率。由于扁线电机槽内的热阻风小，散热好。
而且NVH性能更好，从生产角度上扁线相对圆线的自动化程度更高，
可以满足比较高的生产节拍。生产上可以模块化，现在最近两年国 内
的设备工艺日渐成熟，国内的供应商能力也在日渐增强，因为自 动化
生产效率比较高，导致生产的一致性会比较强。
对于扁线电机来讲，由于槽内可以塞进去的铜更多，可以把槽面积
减小，提高它的热负荷，功率和扭矩会会得到提升。
但是扁线电机有它的弱势，扁线电机最主要的弱势是高速的时候集
肤效应比较明显，因为扁导体截面积比较大，面积越大集肤效应越
大，特别是在靠近槽开口这一端，通常会比较热。
15000转以上的圆线电机更好一些，由于国内的车速比较低，扁线
电机可以发挥道路的工况优势。
扁线电机相对圆线电机，因为圆线我们经常是可以调整绕阻的匝数
的，扁线电机不具备这方面的特点，圆线绕组可以灵活的调整，扁
线没有调整空间。
扁线电机属于工艺创新，由原来一把圆线塞到电机里面，换成了少
股方形的导线，圆线与圆线之间是线接触，扁线与扁线之间是面接
触，所以它的功率密度提高，导热性能提高，噪音也有改善。也有
缺点，缺点就是投资成本比较大，损耗问题不可避免，不代表原先
没有损耗。
扁线电机第一个问题，交流损耗在高速的情况下比较大，第二，槽
里面的导体数比较少，想匹配一些参数很困难，扁线电机在用了6层
和8层方案之后，不代表功率密度真的提高了，实际上它带来两个劣
势，首先是导线层数越多，导线与导线的间隙、导线的漆膜端的比
例实际越多，现在最高转速跑到2万，甚至2万以上，难道用12层或
者16层不成？层数越多，实际上传导率是下降的，没有意义的。
另外，这种层数的增加对设备投入要求比较高，特别是为了换相，
还有的企业设计了比较复杂的系统，这样一个设计就会导致柔性能
力比较差，投资风险比较大。
高转速
近一两年客户的需求对转速的要求是逐渐提升的，现在已经有超过
两万转，转速提高以后，功率密度可以进一步提升。
特斯拉量产了碳纤维转子的电机，现在碳纤维转子的形式有几种，
一种是在做护套套在转子上，好处是相对来说这部分的工艺比较简
单，但是对于性能的要求比较高，还有直接缠绕的方式，分两种，
一种干法，一种是湿法，湿法是单个碳纤维的线束在缠绕，一边在
缠绕，一边在干接的材料，但是它的一些好的地方量很难控制。还
有一种相当于干法的工艺，目前干法工艺从实现形式上更容易一些。
高压800V
更高的电压对应着更高的效率，不管通过仿真还是实测，800V效率
对于电机有明显的提升，性价比同时可以提升，因为功率扭矩提上
去了，可以把电机做小，材料成本可以降下来。
高压电机对于绝缘系统挑战很大，恒定电压是800V，过充电压可以
达到1100—1200V，伴随局部放电比较高，电机的绝缘压力大幅度
提升，已有的绝缘设计已不再适用。
新的绝缘设计需要大量的验证工作，要实现从零部件至电机整机全
覆盖，为适应新的绝缘设计，电机的生产工艺及设备也需要重新进
行调整，以减少绝缘层在生产过程中的损伤。
扁线工艺是冲压还是折弯，对于漆包线的损伤是不同的，选择了工
艺路线之后基于不同的零部件模拟工艺过程之后再做耐久的单体和
老化试验，将零部件与工艺过程叠加进行验证。通过了之后，再去
做整机的DV测试。高压之后对于绝缘系统的老化，比如说热老化、
机械、环境、电这些都会对绝缘系统提出挑战，高压系统的研究方
法，首先是从材料的研究，包括电磁线、绝缘体、电气间隙、绝缘
材料。不同的工艺对于铜线的影响也是不一样的，通过电机的验证
和整车的验证，最终得出800V的技术规范，目前大家都没有很统一
的标准，都是属于各自在研究。
高压驱动电机绝缘系统的提升，两个技术路线有不同的流派，2型的
绝缘系统更好一些。
轴电流设计有一些方法，方法的准确程度需要一些验证，通过一些
模拟仿真，把轴电流在设计之初可以仿真出来，原理上是可行的。
油冷技术
新能源驱动电机有三种基本的冷却方式，风、水、油冷，对于A0级
车，采用风冷的可能会比较多，对于风冷电机大家应该比较清楚，
体积小、重量轻，散热比较差，因为没有水和油的冷却，但是的确
便宜，成本比较低。
水冷现在用的比较多，散热相对会更好，功率密度相对风冷要提升
很多。随着现在特别是稀土材料价格快速增长，油冷日渐成为整个
动力系统的趋势。降温效果更好。
功率密度降低，单价升高，材料用量降低。油冷系统的优势是散热
好，其实最近特别是汽油材料、原材料价格涨的厉害，油冷可以直
接冷却转子、磁钢，特别是对于转子的冷却效果好，在前期要做的
非常充分，由于散热能力在高速的时候，它的持续性得到大幅度的
改善；性价比是比较复杂的，因为油冷系统增加了散热能力的同时
也会增加整个系统油路附件的成本，这个需要从市场化材料的角度，
从整个前面的材料看，油冷系统是不是成本最好。油冷系统降低磁
钢的成本，相对于水冷的磁钢的稀土用量降低了50%。
油冷系统的挑战很多，现在可能市场上把油冷系统做到完美的也很
少，因为油路的设计变化非常多，要从整个系统去进行适配达到最
佳的冷却效果，整个油路系统复杂，不仅涉及电机，还包含壳体、
齿轮箱、油泵器等，而且对于清洁度要求比较高，投资比较大。
油冷电机内部有很多的原材料和油会发生化学反映，有腐蚀性。
成本模型的变量太多，而且变量在每个时间维度的稳定性不同，导
致整个系统是实时变化的。对于800V系统，第一要降低电压梯度，
这样对于绝缘材料的选择会更多一些。
目前的经验来看，单纯通过电机设计是没有办法完全减低的，从材
料的角度是两点，需要高耐电力和高PDIV两者结合在一起。
开发上油冷的设计很有讲究，计算量很大，另一方面喷油的位置、
角度以及其他的一些油嘴的形状，其实对于这个都会有一些影响，
甚至我们还要考虑到在整车工作环境下，油的喷射的角度的变化，
其实都会影响到电机的冷却。
第二个是兼容性，绝缘材料都会有油污的影响，都会存在兼容性的
问题，不同的厂家OEM会用不同的APF，甚至同一个OEM会选择不
同的油品，这样就对绝缘材料的选型验证带来了很大的挑战。
第三部分是清洁度，以前水冷电机，电机本身的清洁度要求本身没
有那么高，现在由于采用油冷所有的这些异物比如金属颗粒、非金
属颗粒都在油路，非金属颗粒会影响油路的堵塞，金属颗粒可能会
影响电机的短路，或者是说危害性更大的一些影响。
轮毂电动轮总成
轮毂电动轮应用主要有集成制动器轮毂电动轮和主销转向轮毂电动
轮两大类。Protean公司提出了内置制动环的电动轮，第四代轮毂电
机输出转矩达到1250Nm，峰值功率80kW，电机重量36kg； AKKA
公司推出了采用主销转向系统的悬架轮毂电机集成概念方案， 主销
转向可以实现-45°~90°的转向；另外，YASA公司提出轴向磁路电机，
在电机转矩密度方面更具优势。
48V系统
48VBSG集成一体化总成可提高燃油效率最高达12~15%，大陆、博
世、法雷奥、马瑞利、LG等已经推出了48VBSG样机，并实现了装
车测试和批量应用。我国48V BSG总成处于快速起步阶段，上海电
驱动等已开发出风冷和水冷的多个规格BSG产品，我国自主产品开
发与国外基本同步；48V系统由于具有低成本优势，在P1~P4构型
中也具有应用价值。
高性能机电耦合动力总成现状
国际上通用、大众、福特、丰田、本田、日产等国外主流车企都拥
有新能源汽车变速箱技术和产品，能够支持研发混合动力变速箱；
国际上深度混合动力技术已经成熟，多款混合动力总成已经大规模
生产。我国仅有少数车企拥有新能源自动变速箱及产品，上汽捷能
开发出基于DCT的机电耦合动力总成，二代总成实现了量产；科力
远开发出基于双行星排动力总成系统应用于吉利新能源乘用车；比
亚迪基于双模混动动力总成，在秦、宋等插电式乘用车实现了量产。
长城、吉利、奇瑞等也各自开发出了混动产品。
商用车机电耦合动力总成
纯电动客车/公交车集中驱动系统方面，采埃孚推出分布式电驱动桥
和CeTrax集中电驱动系统；博世eAxle电轴将电机和变速箱进行集 成。
我国多个厂家开发了行星排机电耦合集成、电机与减速器集成、分布
式轮边电驱动系统、集中式电驱动桥等，并实现了批量应用。
混合动力对电机的要求和挑战
混合动力系统对电机的期望，第一个是尺寸要小，特别是轴向尺寸
要小，哪怕是缩短1毫米，对于系统都是非常有价值的。
混合动力系统希望电机成本要低，电机的主要成本是金属材料，它
不大可能随着量很大的情况下成本就下降，要想办法降低这些材料
的使用，才是提高电机竞争力的有效方法。
系统极致的体积，不仅是要满足系统布置，更是对极致成本的追求。
提高转速之后，相对功率的扭矩就下降了，这种情况下，成本就下
降了。但是相同的扭矩和功率情况下，希望电机体积小的话，如果
转速大家都一样的情况下，再要提高功率密度，只有提高电机的磁
负荷和电负荷。
随着导磁性能饱和的情况，其实磁负荷很难提高，电机的铜损和铁
损和电负荷的平方成正比，如果提高电负荷的话反而比较严重，当
然可以用比较好的冷却方式来解决，但是也不能解决电机的电密过
高导致效率过低的问题，提高电机的空间利用率才是一个非常好的
方法，能够在相同的扭矩转速要求情况下放更多的铜线，虽然铜线
没有降下来，但是可以使其他材料能够有效下降。
混合动力实际上动力最主要能量来源还是发动机。在中低速，扭矩
相对大的地方，或者如果配阿特金森发动机的话，应该是中速偏高
速一点扭矩比较大的地方，这是发动机希望的但是电机就是怕大扭
矩，因为大扭矩有大电流，有大电流之后就会产生热，如果想要发
电机做到效率高，导线就要粗，所以要尽可能增加用铜量，降低铜
损，才是提高发电机效率和发动机效率匹配的唯一途径。
对于发电机来说，一定有不可避免的PWM损耗问题，目前的硅钢
片能束缚的电流频率差不多2K，2K以上基本上都是无线电波，无线
电波放到哪儿就烧到哪儿。所以在考虑发电机的时候，一定要注意
PWM的损耗。
首先设计合理的拐点，满足功率的情况下，尽可能多，密度高一点，
希望系统能够适当降低功率要求，因为功率要求大，拐点转速高，
匝数不能多，当然电感就来的小了，系统效率很难提高。
第二，在轴向尺寸允许的情况下，先用小直径的电机，这样的话可
以使得电机的有效长度长一点，因为电感的滤波效果等于二分之L。
这样的话，外部尺寸小了，电阻就小了，电感的比例就大了，这非
常有利于改善PWM谐波损耗。
第三个措施，可以在控制侧做一些PWM变频的策略，当然这些策
略很可能还会带来其他问题，也不能保证PWM频率都在2K以内，
不能满足那么高的工作范围，所以这个只能尽可能去优化，规避一
些问题，但是不能根治。
相对比较好的措施就是控制器上增加BOOST电路，转速低的时候就
上低压，转速高的时候就上高压，这样电感的充放电速度就快很多，
对PWM的斜波控制会好不少。
驱动电机在混合动力上的应用，和在纯电上的是不一样，因为我们
国家纯电按照CLTC工况，混合动力按照WLTC工况。
最大的不同点，混合动力要跑高速的，要跑高130以上，考核它的
油耗，纯电动大部分在120之内。
混合动力的电机跑120码的时候，驱动电机是不是工作都不一定，
看动力总成方案，如果不需要这个电机大扭矩输出或者相对较大功
率输出的话，这个电机很可能就是对系统油耗的连累。
0扭矩损耗有多严重？以380牛米/万转电机为例，让这个电机以仿
真的时候按0扭矩输出，从低速慢慢往上跑，发现在最高转速的时候，
它的损耗居然超过5000瓦，对应于我们常用的120码工况，可能是
10000转左右或者9000转左右，它的损耗也是很大的，这个损耗哪儿
来的呢？因为现在大部分电机都是永磁同步电机，里面有磁钢，旋
转起来要有铁损。同时电池电压在限定的情况下，随着转速越来越
提高，发电的电压越来越高，会高出电池电压，这个时候要增速，
就产生铜损。所以对于0扭矩这个问题，不能在铜铁损上做到有效的
控制，肯定会连累系统。
算起来节油的系统，结果跑下来费油，大部分也是因为这个原因。
混合动力的高压化主要是BOOST带来的，高压化之后，最主要对扁
线来说，很有可能同一个槽里面两根导线匝间电压，这个问题很严
重。如果两根导线破损了的话，只能耐500、600V，对于BOOST的
升压，一般都会升到700、800V，至少是600V。这种情况下风险很
大。混合动力汽车系统对空间尺寸要求十分苛刻，采用扁线电机是
目前成熟混合动力系统的主要措施。
发电机和电动机不仅要实现高效区的匹配，而且特别要注意降低发
电机的PWM损耗及驱动电机的0扭矩损耗才能做到更好的节油效果。
10 转子位置检测
转子位置检测方案三个主要大的技术方向：霍尔传感器、连续位置
传感器、旋转变压器。
最常见的就是霍尔传感器，它是实现60度的电角度换相，实际精度
取决于极对数，它是受制于机械设计和装配，所以它的精度不能无
限度提升，霍尔传感器方案主要是适用于方波驱动。
在环境耐受性方面，因为霍尔传感器主要是基于半导体元件和PCB，
所以它的环境最高温度受制于芯片的最高工作温度。如果在电机内
部做一定的绝热设计是可以提高耐受性的。抗震性能是良好的。
另外一个痛点，基于PCB技术和半导体元件，所以如果遇到一些特
别的工况，如有油或者气进入到电机内部，或者有一些导电或者非
导电的杂质进入到电机内部，关于油品和环境污染的耐受性需要做
特别的验证。
霍尔传感器电角度以及机械角度的精确度是受到限制的，而连续的
位置传感器方案就可以实现一个连续的位置输出，接口比较丰富，
包括三通道的霍尔，都可以有一个良好的接口。
这种方案也会存在对应的装配和设计公差，但是因为这种传感器它
最后在线会做一次校准和编程，所以它的装配过程中的精度和误差
是可以通过后期的校准实现补偿，这样就可以实现比较好的精度。
在环境耐受方面，它跟霍尔传感器是一样的。
成本方面，因为现在越来越多的厂家去支持位置传感器方案，可选
资源还是比较丰富的，但是各个厂家路线不同，所以在应用的时候
也会遇到不同的问题和挑战，整体的硬件综合成本稍高。
无论是霍尔传感器还是位置传感器都是基于半导体和PCB的，它对环
境耐受性是一个比较大的痛点。旋转变压器可以实现高精度的连续
位置输出，装配精度实际上可控可补偿，因为它在装配过程中可以
做一些校准和调整，在环境耐受性方面，它最大的优势就在于高耐
受性和高可靠性。
总体来说，它需要一个外部的激励源和对应的编解码的电路或者芯
片及算法，软硬件的综合成本在电子层面相对来说比较高。
广东德昌电机做了对比试验，在初始测试的时候，霍尔传感器电机
平均响应时间毫秒，采用位置信号传感器电机平均响应时间是
毫秒，慢了毫秒，大概慢了16%。基于刚才的分析，位置
传感器的响应对响应时间的影响有显著的影响，大概是毫秒左右。
轴端的油封特性，因为这个是跟客户的用能功耗有关，也不能轻易
去除，但是它会有显著的影响，加与不加，对响应时间影响大概是
到左右。油脂的特性和加注量的控制实际上是有微小的影响，
小于个毫秒。优化设计、改良后，最后实际测试，改善后的二代
电机，就是位置传感器电机，它的平均响应时间达到了毫秒，
对于霍尔传感器电机快了毫秒，对比优化前的二代电机快了
毫秒，优化前后对比，动态响应性能提高了21%。
旋变变压器的优势在于，它可能应对一些特别工况，比如说高温、
高污染环境、高振动，特别是有可能出现一些对于电场或者磁场干
扰性比较强的状态下，它会有一个相对比较好的应用优势。电涡流
式传感器更像旋转变压器，只不过旋转变压器是基于磁场的，而电
涡流是基于电场的，那两个是一种类似的方案。每一种方案都有它
对应的领域和市场，如果更关注成本就选择霍尔，如果在成本和精
度之间有一个取舍，就要用连续位置传感。如果用高可靠性，就选
用旋变变压器。
电机控制器总成及关键器件
IGBT芯片双面焊接和系统级封装是当前国外电机控制器主流封装
形式，如电装、博世、大陆等公司的集成电机控制器功率密度已达
到16~25kW/L及以上。我国多个企业推出基于高效散热封装模块和
IGBT芯片双面焊接、单/双面冷却的IGBT模块、高容积比膜电容器
和高功率密度电机控制器，我国高密度电机控制器技术水平迅速追
赶国际先进水平。
技术 SIC 双面冷却
厂家 联电 三菱电机 日本电装 中车 LGE 德尔福 日本电装
研发程度 2020年
量产
2020年
量产
2022年
量产
2020年底
预研完成
2021年底
量产 已应用 已应用
在第三代宽禁带半导体控制器开发方面，充分利用其高温、高效和
高频特性是实现电机控制器功率密度和效率进一步提升的关键要素。
日本丰田、日立、电产推出全SiC PCU。丰田带载SiC PCU在工况
下较IGBT PCU损耗降低30%；特斯拉采用标准SiC器件并联方式，
研制的大电流全SiC电机控制器。我国中科院电工所、比亚迪、中
车、精进电动等研制了SiC电机控制器样机。其中，电工所研制的
功率密度达到
减/变速器技术发展现状
电驱减/变速器成熟产品多为基于平行轴式斜齿轮传动设计，单挡两
级减速速比偏小多在10以下，少量应用于后驱电驱系统产品采用行
星齿轮结构，与电机间的连接多采用两轴式四轴承少量采用一轴三
轴承或两轴承；减/变速器与电机之间多为共用端盖，少量为共壳体。
国内转速范围在12krpm以下最高效率为% NEDC下平均效率
为%噪音值小于80dB；国际转速范围在16-18krpm之间最高
效率为98% NEDC下平均效率为96-97% 噪音值小于77dB；两挡产
品多用于P4混动；功率密度低，中心距偏大，重量偏高；润滑油多
借用手动变速器润滑油，粘度高，传动效率低；壳体材料与压铸工
艺沿用传统变速器，重量偏重；传统差速器结构，体积大，重量偏
重；高速减速器（>14krpm）轴承、密封件等国产化率低；
长安汽车多合一
2018年，长安汽车第一代电驱是分体式的，第二代提出“三合一”， 现
在到了第三代，2020年长安提出来叫做“超集电驱第三代”，是 多合一
的，功率密度不断提升，效率不断提升，噪音不断降低。
All in 1，长安汽车以一体化为目标，把电机、电机控制器、变速器、
OBC、DCDC、DCAC、PDU等功能进行深度融合，攻克了高集成
度带来的噪音问题、EMC的问题、热控制、可靠性技术的瓶颈，整
体达到了行业领先水平。
突破电力电子集成及性能深度耦合的技术，源于集成又超越集成。
超级集成技术带来的超级效率，工况效率提升5%，采用高效的功率
器件、油冷系统等，使工况效率超过90%，总成最高效率超过95%，
单车10年30万公里排放比燃油车降低20吨。
其中八层扁线绕组的贡献，效率提高%，转子双V拓扑构型效率
提高%，超低电阻导线使得效率提高%，低阻力拓扑结构优
化使效率提高%，一共有163项专利。
全球首创微核高拼脉冲加热技术，有了这个技术，可以实现零下30
度的环境下保证动力性，零下35度的充电时间缩短35%。
我国驱动系统总成关键技术瓶颈
1）机电耦合动力总成及核心零部件的国产化能力不足
在乘用车机电耦合总成方面，我国在行星齿轮、电/液离合器及驱
动系统、电/液换挡及驱动系统、电子油泵系统、高转速/高精度齿
轮及低摩擦轴承等精密零件设计制造方面仍存在短板，较依赖国际
供应商。对标国外先进的商用车动力系统，我国在高集成机电耦合
装置的核心零部件可靠性和成本控制方面仍有一定差距，在工况适
应性、系统集成度、系统综合效率、系统NVH等方面仍有提升的
空间。我国轮毂电机多基于传统底盘的应用开发，在轮毂电动轮悬
架、制动、转向等机电集成设计、成本、可靠性、控制安全性等方
面存在差距。我国48V系统(电机/电池/DCDC)的自主集成能力仍待
提升。
2）驱动电机系统集成化、智能化、安全性设计仍需提升，对标国
外先进驱动电机系统，我国驱动电机+减速器+控制器三合一集成
技术、新型电机结构、高效散热（油冷系统集成）仍需要持续加强。
我国在电力电子集成控制器的机、电、热、磁设计与分析能力，宽
禁带器件及封装、高密度无源器件及封装（含陶瓷电容）、新型变
流器拓扑与EMC技术等方面需要加强。
实时掌握系统电/磁/机/热状态对于驱动电机系统高可靠和高效至关
重要，是实现高品质与智能化的基础，我国缺乏对电机运行健康状
态、大数据挖掘、系统智慧控制及云端维护等问题的技术支撑。
我国自主MCU芯片及软件架构、符合ASIL D功能安全等级的产品
研发进展缓慢；电机控制系统的软件网络安全功能缺失。
3）关键材料与零部件的国产化研发与制造能力不足，高品质电工
钢机械性能/耐服役与加工性、高温高频绝缘性能/耐电晕以及耐油
绝缘材料、烧结型软磁材料、扁导线制造工艺及装备等方面有待加
速提升；车用电机用纳米非晶合金、新型电超导与热超导材料（碳
纳米管/铜复合材料）等工程应用待提升。
我国自主IGBT器件已经开始国内市场应用，但在芯片性能指标、
芯片关键工艺、芯片和模块寿命认证等方面仍存在差距；第三代宽
禁带半导体器件我国从外延材料、芯片设计、芯片制造、模块封装
方面开始起步，但性能与可靠性相当的产品级器件仍缺乏；膜电容
器用超薄膜的设计与制造装备仍依赖于进口。
新能源汽车驱动系统总成的技术发展愿景
1）乘用车插电式机电耦合总成实现机电耦合产品的正向开发，核
心零部件实现自主研发制造，形成多个具有国际竞争力的机电耦合
变速箱产品，技术水平国际领先，具有显著的国际市场影响力。
2）乘用车纯电驱动总成形成模块化平台产品，技术水平达到国际
领先，驱动电机、电机控制器、高速减速器及其关键零部件实现完
全自主可控，电驱动总成产业具有国际竞争力和性价比。
3）商用车动力总成集成度、效率、智能化显著提升，产品关键零
部件实现完全自主研发与制造，产品技术水平国际领先；分布式电
驱动总成、新型构型动力总成实现产业化应用。
4）高效高密度驱动电机系统形成多规格、模块化产品平台，新型
材料、新结构实现工程应用，核心零部件完全实现自主，产品性能
达到国际领先水平；建立完整的电驱动总成产业链与创新链，形成
3~5家具有国际竞争力的电驱动企业，我国电驱动产品具有显著的
全球占比。
5）Si基器件实现完全自主可控，产品性能国际领先，产业链完全自
主可控；第三代宽禁带半导体器件实现产业化，技术水平达到国际
先进；无源器件材料与高密度封装实现完全自主。
6）新能源汽车电驱动系统主控芯片实现国产化，电驱动系统操作
系统软件形成层次化、模块化和平台化，实现软件架构可移植、可
扩展。
7）仿真软件及工具链完全自主开发；关键装备和检测设备实现自
主。
8）单挡减速器，转速范围提升至25000rpm，速比增加（10-15）； 高
功率减速器转速范围将进一步提升至20000rpm，速比（10- 15）；
9）辅驱系统采用带动力脱开装置或两挡变速器（10000rpm）； 随
着转速提升、电机输入功率提升（200kW以上），齿轮搅油损失及
热量产生增加明显，减速器温升需加强控制，与电机共水道或增加
强制润滑冷却系统，且需开发高速减速器专用润滑油， 改善油品摩
擦性能，降低摩擦因数、减少功率损失、降低温升；电机与减速器
润滑腔将共用油品，油品需具有高热传导性、良好的材料兼容性与
电化学性（铜腐性能、电导率、介电常数、绝缘材料兼容、尼龙材
料兼容性、蒸发损失等）、抗发泡性、粘温特性、高温抗氧化性等，
油品工作温度需提高到150℃以上，减速器相关零部件工作环境温度
提升；
新能源汽车驱动系统总目标（2035年）
1）插电式机电耦合产品处于世界一流水平，关键零部件技术达到
世界领先水平；机电耦合总成功率密度提升倍，体积和重量减少
55%，传动效率改善6%，混动模式整车NEDC节油率达到35%。
以插电式混合动力A级以上车型为例，混动模式下整车NEDC油耗不
超过
2）商用车动力系统关键部件性能持续提升，保持国际先进水平。
商用车驱动电机30s有效比转矩大于30N·m/kg，高速电机30s有效
比功率大于5kW/kg，商用车电机控制器实现比功率不低于50kW/L，
开发出满足商用车需求轮毂电机，开发出节能效果更优、全工况适
用、高度集成、平台通用性好的动力系统，拥有独立知识产权的仿
真设计平台和精加工能力。
3）乘用车三合一电驱动总成体积功率密度较2020年提升50%，重
量功率密度提升50%，峰值效率达到95%，峰值转速达到25000rpm
以上；高速减速器水平达到国际领先水平，减速器制造及关键零部
件完全自主；电驱动总成噪声等级及EMC等级达到国际先进水平，
电驱动总成成本不超过50元/kW，具有国际竞争力。
4）减速轮毂电机本体功率密度达到
效率达到96%以上，直驱轮毂电机本体转矩密度达到60Nm/kg， 轮毂
电机NVH评分达到，轮毂电机控制器安全等级达到ASIL-D， 轮毂
电机系统成本达到3元/Nm，轮毂电机实现大批量应用。
5）驱动电机及控制器关键性能达到国际先进水平，实现高压化、
高速化电机及先进工艺技术，应用第三代宽禁带半导器件的新型电
机控制器实现产业化。
乘用车驱动电机功率密度达到
电机控制器功率密度不低于60kW/L，系统峰值效率达到96%，产
品功能安全达到ASIL D。
驱动电机及控制器关键材料和关键器件实现完全自主可控，驱动电
机系统产品全球市场占有率不低于30%。
6）第三代宽禁带半导体器件达到国际先进水平，实现8/12英寸芯片
产业化，单芯片电流能力400A以上，芯片与模块制造完全自主， 芯
片与模块的自主能力超过50%；无源器件材料与高密度封装实现完
全自主。
7）新能源汽车电驱动系统主控芯片实现国产化，电驱动系统操作
系统软件形成层次化、模块化和平台化，实现软件架构可移植、可
扩展。
