电机驱动控制器作为新能源汽车中毗连电池与电机的电能转换单位，是电机驱动及控制系统的焦点。其中高性能功率半导体器件、智能门极驱下手艺以及器件级集成设计要领的应用，将有助于实现高功率密度、低消耗、高效率电机控制器设计;同时，高性能、高可靠电机控制器产品，还要求具有高标准电磁兼容性(EMC)、功效清静和可靠性设计。

　　(一)功率半导体器件手艺

　　电机控制器的生长以功率半导体器件为主线，正从硅基绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、古板单面冷却封装手艺，向宽禁带半导体(如 SiC、GaN 等)、定制化？榉庾啊⑺胬淙醇傻绕蛏。同时，得益于成熟的手艺迭代，以及相比于宽禁带半导体器件更低的本钱，硅基 IGBT 仍然是目今与未来较长时间内电机控制器产品的主要选择。

　　在硅基 IGBT 芯片手艺上，英飞凌科技公司针对新能源汽车市场高功率密度需求，已研发出 EDT2芯片手艺，实现了 750V/270A IGBT 芯片量产，富士集团等日本厂商也都相继研发出了高功率密度 IGBT芯片手艺，并已批量应用于汽车 IGBT ？椴。别的，与硅基器件(如 IGBT、MOSFET 等)相比，SiC 器件属于第三代半导体质料功率器件，具有高热导率、耐高温、禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子漂移速率大等优势，结温耐受可以抵达 225 ℃甚至更高，远高于目今硅基 IGBT 175 ℃的最高应用结温。SiC 器件开关速率更快，可应用于更高的开关频率，更适用于高速电机的控制。同时，相比硅基 IGBT，SiC 器件的开关消耗和导通消耗均大幅降低，有助于降低整车百千米耗电量，提升整车续航里程 [1]。可是目今 SiC 器件本钱仍远高于硅基IGBT，这成为阻碍 SiC 器件推广的主要因素。

　　同时，铜线键合、芯片倒装、银烧结、瞬态液相焊接等新型封装手艺可以提高 IGBT 功率？榈脑亓髅芏扔胧倜，因此也成为目今的研究热门。现在，电装、德尔福、英飞凌、株洲中车时代电气股份有限公司等已研制出基于双面冷却的 IGBT ？橛氲缁刂破鞑，部分已随整车产品获得批量应用；诠杌 IGBT 的电机控制器设计在未来相当长一段时间内仍将为市场的主流选择，硅基 IGBT器件芯片与功率？榉庾笆忠战谝恢钡挠呕谢竦锰嵘。

　　(二)智能门极驱下手艺

　　门极驱下手艺是电机控制器中高压功率半导体器件和低压控制电路的纽带，是驱动功率半导体器件的要害。IGBT 门极驱动除具有基本的隔离、驱动和；すπ，还需团结 IGBT 自身特征，准确地控制开通和关断历程，使 IGBT 在消耗和电磁滋扰(EMI)之间取得最佳的折衷 [2]。

　　智能门极驱动的两大主要特点划分为：自动门极控制和监控诊断功效。自动门极控制是凭证事情运行情形和工况，对 IGBT 开关历程举行自动细腻化最优控制的一种要领。自动门极控制手艺是目今 IGBT应用领域的研究热门，其基本思绪是把 IGBT 开通历程和关断历程划分划分为几个差别的阶段，针对某一问题只需对响应的阶段举行自力的门极调控，对其他参数爆发很小的(甚至不爆发)负面影响 [3]。

　　综上所述，智能门极驱动的应用，将有助于充分验展功率半导体器件性能，如降低消耗、提升电压使用率等，并实现功率半导体器件的康健状态在线评估，知足电机控制器高清静性、高可靠性设计的目的。

　　(三)功率组件的集成设计

　　国际上典范的电机控制器产品为顺应新能源汽车高功率密度、长寿命与高可靠性的要求，大大都的功率半导体？榉庾熬ㄏ蛏杓 [4]，功率半导体器件与其他电子部件之间的界线日趋融合，基于器件的集成设计已成为新能源汽车电机控制器生长的新趋势。

　　器件级集成设计手艺主要分为物理集成与需求集成设计。物理集成设计是通过研究电机各个器件之间物理结构的集成设计要领，实现寄生参数、散热、机械强度等的平衡优化，实现机、电、热、磁等的最优设计，最终抵达电机控制器高功率密度、高可靠性的设计目的。需求集成设计手艺是指将整车和电驱动系统需求向前延伸至 IGBT 芯片设计、功率？榉庾傲煊，凭证整车设计与性能需求，建设以整车需求为导向，由系统向焦点零部件自上而下的优化设计要领。其所带来的优势将是整车续航里程的增添或电池容量需求的降低。

　　(四)其他要害手艺

　　除上文所述三大概害手艺以外，尚有下述几个要害手艺需要在未来的新能源汽车工业引起重视。

　　(1)EMC 与可靠性设计也是实现新能源汽车电机控制器工业化的要害手艺。EMC 与可靠性设计是评价电力电子产品的要害指标。举行更有用的EMC 设计是业内一直在追寻的目的。其中，基于有限元剖析的要领建设“元件 – 部件 – 控制器”的EMC 高频仿真模子，研究失效机理，并团结试验验证，最终实现电磁兼容的正向设计，将逐渐成为主流的手艺蹊径。

　　(2)汽车功效清静设计可以消除或显著降低由电子与电气系统的功效异常而引起的种种整车清静危害。目今电机控制器功效清静需求多为 ASIL C品级，但在未来，电机控制器功效清静需求或将提升为 ASIL D 级，这需要重漂后更高、冗余性更强、可靠性指标更高的电机控制器产品设计 [5]。

　　(3)电机控制器产品的可靠性设计。电机控制器作为新能源汽车的焦点驱动单位，其可靠性指标直接影响着整车的驾乘体验与市场口碑。德国和美国汽车电子厂商团结提出了鲁棒性验证(RV)要领 [6]，该要领已经被英飞凌科技公司、博世集团普遍应用于半导体分立器件的可靠性设计剖析，关于诸如电机控制器等的重大系统，其适用性与有用性还在进一步探索中。

　　三、驱动电神秘害手艺

　　新能源汽车接纳电念头取代古板的内燃机作为动力输出部件。随着新能源汽车对驱动电机宽调速规模、高功率密度、高效率等性能要求的提高，稀土永磁体励磁的永磁同步电机手艺逐渐取代古板直流电机、感应电机驱下手艺作为新能源汽车的主流驱动电机解决计划。可是，随着驱动电机功率密度和效率的一直提高，古板结构和古板工艺制造的永磁同步电机也逐渐难以知足目今市场的竞争需求，各大古板主机厂和新兴造车势力迫切需要寻找新的手艺解决计划。

　　(一)扁铜线手艺

　　发卡式 ( 也称为扁铜线 ) 定子绕组如图 1 所示。接纳发卡式定子绕组可以提高电机定子的槽满率，从而提高电机的功率密度。别的，发卡式定子绕组的端部尺寸较短，因而拥有更低的铜损以及更好的散热性能。目今该类电机的生产手艺、装备和专利，主要由日本、意大利和德国等古板汽车强国所引领。从 2018 年最先，海内的深圳市汇川手艺有限公司、松正电动汽车手艺股份有限公司等电动汽车零部件供应商也陆续发力，推出了自己的扁铜线电机产品。

　　然而，相关于古板圆铜线绕组而言，扁铜线绕组的高频趋肤效应显著。关于大功率驱动电机，发卡式定子绕组带来的环流消耗也越发突出 [7,8]。发卡式绕组的生产工艺重大，扁铜线弯折后绝缘层容易损坏爆发缺口或破面。降低发卡式定子绕组的趋肤效应和涡流消耗是目今研究的热门。提高发卡式定子绕组的质料加工手艺和制造精度将有利于该项手艺国产化的推广。

　　(二)多相永磁电机手艺

　　多相电机在输出相同功率时的母线电压低于古板的三相电机，且具有更小的转矩脉动和更强的容错能力 [9]，因此适用于对噪声、振动、声振粗糙度(NVH)要求高的新能源汽车电驱系统 [10]。以双三相永磁同步电机为例，电机的两套绕组在空间上相距 30° 电角度，消除了 5 次与 7 次谐波磁势，大大镌汰了电机的转矩脉动 [11,12]。同时，双三相永磁同步电机两套绕组接纳隔离中线设计，相比4 相与 5 相电机，降低了系统的阶次，便于剖析与控制，在电机与控制器爆发故障时，控制算法不需要大的更改即可实现电机系统的容错运行控制，因此双三相永磁同步电机也成为了新能源汽车电机驱动系统研究的热门。

　　(三)永磁同步磁阻电机手艺

　　永磁同步磁阻电机是“永磁同步电机 + 磁阻电机”的融合，与古板永磁同步电机相比，其永磁体磁链较小、磁阻转矩较大，是一种少稀土 / 无稀土永磁电机计划。同时，其不但拥有很高的扭矩电流比、很高的功率密度、较低的磁饱和问题，还具有更宽阔的高效率调速规模。因此，该手艺蹊径已经被应用于宝马公司的 i3 和 i8 系列车型(见图 2)。

　　永磁同步磁阻电机是目今行业界普遍看好的手艺蹊径。可是其也面临着转子结构设计重大、制造工艺重大、制造装备本钱高、最优电流角度转变大等问题，是目今研究的重点和难点。因此，该手艺的生长关于一些严重依赖廉价稀土永磁体、研发能力和制造加工能力差的企业将是不小的攻击。

　　(四)轮毂电机手艺

　　轮毂电机的形式多样，但海内外的研究多集中在外转子轮毂电机 [13~16]。轮毂电机的应用能够给新能源汽车带来一系列显着优势：省掉了变速器、传动轴、差速器等机械传动部分，可以实现四轮漫衍式驱动，且留下更多的底盘空间给电池包。可是，驱动电机的轮毂化现在还面临着一系列新的挑战，好比：大大增添了簧下质量和车轮的转动惯量、较难处置惩罚电机的防水和防尘问题、散热问题和较重大的驱动控制算法等 [16]。目今，Protean、Elaphe 等外洋企业推出了一系列产品样机(见图 3)，并和海内亚太机电股份有限公司、万安科技股份有限公司等企业举行了国产化相助。而海内以湖北泰特机电有限公司为首的企业也紧随厥后推出了一系列针对大型商用车辆和特种车辆的轮毂电机计划。

　　(五)永磁体散热手艺

　　永磁体性能的稳固关于车用驱动电机的输出性能具有至关主要的作用。而事情温度的升高往往会永磁体爆发退磁，从而降低驱动电机的转矩输出能力。过高的永磁体事情温度还会导致驱动电机的高效率运行区域缩小、功率因数减小 [17]。针对该问题，海内外学者在永磁电机的永磁体温度监测手艺方面做了较多理论研究 [18]。可是在新能源汽车驱动电机中，使用性能稳固的低本钱温度传感器来提供必需的温度监测功效依然是目今唯一的可靠选择。

　　现在针对电机散热方法的研究，往往都是基于定子和端部绕组的剖析，若能从电机转子的角度来研究电机的散热结构和散热方法，关于提高新能源汽车的动力稳固性有主要意义。别的，研制应用于高功率密度电机的耐高温永磁体则能从基础上解决永磁体高负荷、高温工况下的磁性能退化问题。

　　(六)其他手艺

　　在新能源汽车领域，我国还处于跟跑和起步阶段，未来还需要详细关注的领域有：超等铜线手艺，串并联绕组切换电机手艺，高耐压绝缘质料手艺，局部去磁化手艺。

　　别的，我国在高速轴承手艺、无刷电励磁同步电机手艺、电机电控深度集成等多个方面和西方蓬勃国家仍然有着较大的差别，需要我国在未来工业结构和科研项目中举行重点攻关。若是一味依赖稀土永磁资源的优势，我国的新能源汽车工业在未来竞争中早晚碰面临西方国家在环保问题上的手艺壁垒。

　　未来的 5 至 10 年，新能源汽车将进入黄金生耐久，我国作为天下上最大的汽车市场，将面临新一轮工业界洗牌；诠虐骞杌 IGBT 的电机控制器在未来相当长一段时间内仍将是市场主力，可是随着 SiC 器件生产本钱的降低，高可靠性的 800 V高压 SiC 驱动系统将是下一代乘用车驱动控制器生长的偏向。我国需小心对“稀土永磁盈利”的依赖，提前结构前沿的电机设计手艺、质料手艺、先进制造加工手艺和高精度加工装备，以应对未来西方蓬勃国家使用其先进的少稀土 / 无稀土永磁电机手艺蹊径来建设针对稀土永磁电机的手艺壁垒。