中國工程院院士陳清泉：突破核心技術，占據產業中高端
圖為中國工程院院士陳清泉作主題演講
在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“突破核心技術 占據產業中高端”主題論壇上，中國工程院院士陳清泉發表主題演講。
以下是演講實錄：
很高興今天與大家分享，主題是“突破核心技術，占據產業中高端”。一百多年來，汽車的出現代表了世界現代化。今天汽車要被改變，因為汽車帶來很多城市疾病。要治療疾病需要跨界融合，包括汽車產業、IT產業、能源產業。汽車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，但有點汽油和柴油做不到，就是電池的能量可以雙向流動與新能源掛鉤。我提倡四網融合—交通網、能源網、信息網、人文網。開始不要太過硬，里面要有軟的東西。
首先，跨界融合。多學科跨界，不同體制、不同商業模式跨界，國內外的跨界。創新不是空喊口號，創新首先得有理念。要創造自由、開放、合作、包容的氛圍，公平的市場競爭，完善的知識產權保護，網絡和大數據的支持。中國電動汽車爆發式發展，能夠可持續嗎？我提出的理念，電動汽車一二三四，一是創新驅動，開發符合中國市場需求的類型；二是雙輪驅動，政策驅動和市場驅動；三是好的產品，好的基礎設施，好的商業模式，大家買得起、用的起、用的方便、用的可靠；四是四網融合，交通網、能源網、信息網、人文網。現在的挑戰是電動汽車什么時候和傳統車競爭，有的人說2020年，我認為這是我們討論的主題。
對電機驅動的要求，在滿足安全、可靠、耐久和動力性的前提下，以更高的能源效率驅動車輛，碳排放必然比燃油汽車低很多，使電動汽車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題。一部電機的好處是高速的，因為低速時損耗高，所以容易高速，低速時電流高，傳感器成本低，制造容易，無齒槽轉矩，控制器伏安高。現在主流還是鑄鋁。一部高速電機要根據工況，大部分是用永磁電機。現在最后的結論是永磁電機，因為實際工況很少在高區，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。
驅動電機技術主流優化方向是，驅動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題，從陶瓷滾珠或者滑動軸承微液潤滑突破2萬轉，要用2-3年時間；磁懸浮軸承混合滾珠保護軸承突破3-5萬轉，要用3-4年時間；動壓式鉑片空氣軸承突破4-10萬轉，需要4-5年。騰風集團開發臨界轉速電機達到15萬轉，用于電動汽車，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。量產以后，估計可以做到較低的價格，因為空氣軸承不量化價錢很貴。
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外，結構強度方面的問題也比較突出。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。
熱管理問題。高速電機的直徑小，怎么散熱也是難點。更難解決的問題主要來自熱管理。通常制約電機小型化的主要問題是散熱問題。由于轉子細小散熱面積不夠，冷卻水通過的比表面積低，散熱能力差，導線集膚效應來不及散熱，產生熱失控。控制器的頻率控制不慎時，dv/dt難以控制導致的熱失控，導線產生熔化。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，意味著峰值功率維持時間延長，間接地提高峰值功率密度，同時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、玻璃纖維做高溫導線，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，使用開關磁阻類電機原理將整個轉子用高溫磁性陶瓷代替。
第五，轉移高速轉動時帶動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行強制冷卻，再進入水道進行熱循環，可以將冷卻液更換為成更容易氣化進行相變換熱的介質。
第七，使用空心鋁導線。
因為高速電機要配備變速器，最后要進行一體化。怎么一體化？高速電機配套減速器與聯軸器，高速電機配套的部件問題。
能源與信息結合，產生智能工業、智能交通、智能建筑。今天價值最高的是共享技術、互聯技術。一定要成立聯合攻關，靠一個單位不行，需要大家集體攻關。建議國家成立聯合攻關，可以由國家和企業用PPP方式組織，30%是國家的，70%是企業的。只有組織聯合攻關才能創造自己的核心技術。
集中力量，提高在三大電，電機、電控、電池方面的原創性能力和轉化能力，迎接三大革命，即電動化、自動駕駛、共享汽車。
謝謝大家。
問：國產電控系統在國內應用情況？
答：根據我所接觸的民營企業，十多年前它們賺很多錢，因為那時買外國技術，用廉價的勞動力和廣大的市場賺錢。但現在不行了，現在十幾萬或者幾萬的變頻機利潤很薄，只賺幾千塊。現在能不能有核心技術留住人才？英飛凌的器件專門為電動汽車設計，材料溫度都不一樣，有創新的突破結構，要有最新的開關器件。靠一個單位不行，一定要聯合攻關，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、先進性。
（根據發言整理，未經本人審閱）
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