2019年1月11-13日，“中國電動汽車百人會(hui) 論壇(2019)”在京召開，此次壇主題是“汽車革命與(yu) 交通、能源、城市協同發展”，圍繞汽車零排放和電動化變革、能源轉化及傳(chuan) 統能源公司轉型、未來交通和出行變革圖景、下一代汽車關(guan) 鍵技術發展、汽車智能化和網聯化趨勢、核心供應鏈培育、汽車生產(chan) 組織方式變革、國際創新對接、產(chan) 業(ye) 政策調整等熱點問題進行研討。湖南中車時代電動汽車股份有限公司首席專(zhuan) 家郭淑英出席會(hui) 議並發表演講，以下為(wei) 演講實錄：

　　尊敬的各位來賓，大家上午好!我報告的題目就是組委會(hui) 給我的題目，“下一代電機驅動的關(guan) 鍵技術”。

　　在座的各位都是專(zhuan) 家和同行，我們(men) 中車株洲所作為(wei) 長期從(cong) 而電機驅動係統研發的單位，我今天在這裏跟大家分享一下對我們(men) 下一代電機驅動係統關(guan) 鍵技術的思考和體(ti) 會(hui) ，不當之處請批評指正。

　　報告分三個(ge) 部分：

　　電機驅動係統在整車當中的作用我們(men) 都知道，它的性能實際上決(jue) 定了整車的性能，包括駕乘性能、動力性能以及它的續駛裏程等等，正因為(wei) 此，所以電機驅動係統和電池、電控一起就構成了電動汽車“三縱三橫”技術體(ti) 係之一的“三橫”之一。我現在通過這張圖來跟大家分享一下，這個(ge) 圖不是最新的，目前我們(men) 產(chan) 品的特征和下一代，將近3-5年以後電機驅動係統是什麽(me) 樣子。

　　目前的批量的產(chan) 品還是電機、電控和變速箱，基本上是采用這種分離器件，但是現在集成化的產(chan) 品也都出來了。從(cong) 這種開關(guan) 器件來說，主要是以矽基為(wei) 主的RGBT半導體(ti) 器件，稀土永磁電機。現在我們(men) 看到這種趨勢了，肯定是朝著一體(ti) 化的方向發展，實際上上海電驅動株洲研究所都有一體(ti) 化的產(chan) 品推出。下一代的開關(guan) 器件肯定就是寬禁帶半導體(ti) 為(wei) 主，因為(wei) 它具有更高的開關(guan) 頻率、更高的耐電壓和高溫性能。驅動電機因為(wei) 考慮到成本等等，肯定是朝著低重稀土、少稀土或者無稀土永磁電機這樣一個(ge) 技術方向發展。

　　通過這些，可能將來下一代的產(chan) 品會(hui) 在體(ti) 積、重量、成本，包括它的損耗方麵有一個(ge) 大大的減小，也就是說我們(men) 下一代電驅動產(chan) 品特征應該是以集成化、模塊化、定製化、新材料和新工藝的應用達到整車對電機驅動係統高效、高功率密度、高可靠和低成本這麽(me) 一個(ge) 要求。

　　第二部分，關(guan) 鍵技術

　　要使我們(men) 的電機驅動係統滿足整車高效率、高性能、低成本、很好的駕乘性能這些要求，我們(men) 主要是應該在這些方麵做一些工作。比如電機方麵的NVH技術、熱管理、效率區間優(you) 化、高性能材料的應用。在控製器方麵，器件、模塊，包括電磁兼容、功能安全、健康管理、下一代寬禁帶半導體(ti) 技術等方麵來進行攻關(guan) 。

　　下麵我先從(cong) 芯片開始講有哪些技術。目前下一代的IGBT開關(guan) 器件技術特征就是采用精細溝槽，技術路線各有不同，比如中車、英飛淩。但是總的來說，下一代的開關(guan) 器件特征就是在開關(guan) 損耗不增加的情況下，可以大大提高電流密度。下一代寬禁帶半導體(ti) 碳化矽芯片技術，我們(men) 都知道碳化矽的特點是非常明顯的，但是要是真正達到能夠開發出來高可靠、大電流的芯片，我們(men) 還有很多技術需要解決(jue) ，比如非平衡態碳化矽柵氧生長技術、溝槽刻蝕工藝等等工藝技術，隻有通過這些我們(men) 才能夠開發出高可靠、大電流的芯片。目前國內(nei) 芯片的電流相對比較小，是50安培左右，還要通過串聯來使用。

　　模塊的封裝技術，在模塊的封裝技術方麵有像納米銀燒結、高溫材料的應用、低集成電感模塊的結構設計、模塊內(nei) 部芯片的均流設計等等技術，通過這些攻關(guan) 我們(men) 要達到使模塊的熱阻更低、可靠性更高，充分發揮出碳化矽器件的高溫性能，避免過電壓，滿足高頻應用的需求，提高可靠性等等。模塊封裝技術，雙麵焊接、雙麵水冷、高可靠組裝技術，這些都是需要我們(men) 攻關(guan) 的。總的目的是要達到等效熱阻的降低，雜散電感比傳(chuan) 統模塊大概要降低10%左右，還要達到高峰值電流的輸出能力，高功率和溫度下的循環壽命這麽(me) 一些個(ge) 目的。

　　IGBT智能驅動技術。可以通過Dic/dt負反饋閉環控製、通過開關(guan) 過程的階段解耦控製，來實現IGBT開關(guan) 功耗降低、過電壓功耗降低，並且在較高的電流下能夠可靠關(guan) 斷。同時要可以平衡高可靠性、低電磁幹擾與(yu) 高效率之間的矛盾。

　　多變流器集成技術。特別是在商用車上，中車開發的有八合一的產(chan) 品，把DCDC所有的電源集成到一起去，帶來的好處是功率密度高、連接器少、可靠性高、成本低、維護簡單。但是帶來的問題也是值得我們(men) 關(guan) 注的，比如說多控製單元如何協同控製，電磁兼容和熱管理如何綜合考慮，這都是我們(men) 下麵需要關(guan) 注的問題。

　　功能安全。有轉矩安全、高壓安全、溫度的安全，以轉距安全為(wei) 例，功能安全就是當電子電器係統功能異常，發生意外的時候不至於(yu) 對人和環境造成傷(shang) 害。要解決(jue) 這個(ge) 問題，現在大家都要通過ISO26260，以轉距安全為(wei) 例，主要是以EGAS三層架構，轉距安全算法、關(guan) 斷路徑自檢策略、信號有效性判斷策略等等，才能有效做到這一點。

　　電磁兼容技術。如何使我們(men) 的係統能夠在保證性能的前提下，它能夠達到滿足客戶的要求。我們(men) 要做哪些工作?高低壓耦合解耦技術、電磁兼容仿真、濾波器的模塊化設計，這些都是我們(men) 需要解決(jue) 的問題。

　　健康管理技術。在健康管理方麵，我們(men) 主要技術目標就是要使這個(ge) 產(chan) 品變定時維護改為(wei) 狀態維護，使運行成本降低，我們(men) 做到故障可以預判，降低現場的故障率，做到這些我們(men) 中車在商用車上其實也做了很多工作，利用大數據分析，通過故障預警係統、健康評估係統、可靠性評估係統，經過大數據分析平台，通過中車自主研發的雲(yun) 智通平台，能夠現場預判故障，並且能夠做到故障的快速定位，這樣的話能夠保證產(chan) 品的可靠運行和降低現場的故障率。

　　電機設計。下一步我們(men) 對電機提出了更高功率密度、更高的效率、更低的成本這樣一個(ge) 要求。提高功率密度途徑很多，其中比如說我們(men) 現在采用高速電機，我們(men) 采用巨型導體(ti) ，提高槽滿率，高速情況下轉子的強度怎麽(me) 樣分析，包括損耗，還有熱量的集中怎麽(me) 樣散出去，采用油冷還是采用定點冷卻等等這些技術都是需要我們(men) 進行解決(jue) 的。

　　電機材料技術。提高電機功率密度和性能降低成本方麵，材料的應用也是非常關(guan) 鍵的，要降低電機的成本，現在永磁材料占比還是比較大的，下一步要開展低重稀土的使用這種永磁材料，重稀土的應用盡量減少。實際深我們(men) 在betway在线官网汽車重點研發專(zhuan) 項裏麵也有這個(ge) 課題，有些單位正在做這個(ge) 事情。另外就是耐電暈絕緣係統，這一點也很重要，下一代如果采用碳化矽、寬禁帶半導體(ti) 器件之後，它的開關(guan) 頻率比現在的開關(guan) 頻率要提高10倍、20倍左右，它的Dic/dt也會(hui) 加大。這對我們(men) 的係統是一個(ge) 嚴(yan) 峻的考驗，也就是說直接影響到電機絕緣係統的壽命，所以耐電絕緣係統的開發也是下一代的關(guan) 鍵技術。為(wei) 了降低成本，我們(men) 可以用鐵氧體(ti) 部分取代釹鐵硼永磁材料。

　　電機效率區間優(you) 化。我們(men) 可以通過能耗隨轉速、轉距的變化來分配對電機的損耗進行分配，設計上進行分配，以使電機的高效區可以跟車輛經常運行的工況相吻合，不是在額定電效率很高，在中速區或者低速區很低，這是不符合車輛的運行習(xi) 慣。

　　電驅動係統NVH問題。包括我們(men) 要對電機自激勵源進行建模，電機傳(chuan) 遞函數、電機NVH的係統分析、電機跟係統集成以後NVH的分析等等。

　　輪轂電機設計。將來在一些特種車輛上它的用途還是很有前景的。要做好一個(ge) 輪轂電機現在要解決(jue) 的關(guan) 鍵技術也還不少，特別是跟整車結合的問題。比如說像本身的電磁、結構、熱三者耦合以後的優(you) 化設計，電動輪怎麽(me) 集成，冷卻、潤滑、凍密封等等，基於(yu) 差速協同控製的電動輪與(yu) 整車匹配技術也是很關(guan) 鍵的。

　　三大件的集成。現在的產(chan) 品有的是二合一的，電機電控二合一，電機和減速箱的二合一，也有電機、電控、減速箱的三合一，這是我們(men) 的終極目標。做到集成化以後可以降低成本、減小體(ti) 積，提高係統的效率和它的功率密度，噪聲也會(hui) 降低。這個(ge) 還會(hui) 帶來一些問題，比如說整個(ge) 成殼體(ti) 的鑄造設計、怎麽(me) 樣冷卻和潤滑，特別是現在國內(nei) 對減速箱設計和製造相對還有點弱，這方麵還是要加強的。以上我跟大家分享了從(cong) 器件到整個(ge) 係統的集成方麵下一代產(chan) 品的關(guan) 鍵技術。

　　第三部分，典型產(chan) 品

　　這個(ge) 表格是國內(nei) 外電控產(chan) 品，單個(ge) 控製器的產(chan) 品(如圖)。可能會(hui) 有點掛一漏萬(wan) ，不一定很全麵，我找了幾個(ge) 比較典型的。從(cong) 功率體(ti) 積密度和重量密度來看，我們(men) 跟國內(nei) 外的差別不是太大的。下一代碳化矽控製器是一個(ge) 最新的技術，比如說現在特斯拉采用的就是24隻標準單模塊，內(nei) 部控製器采用激光焊接、銀燒結技術。電裝采用雙麵冷卻，比Si產(chan) 品見效80%。下麵這個(ge) 圖是我們(men) 國內(nei) 研發的，左邊是電工所開發的樣機，峰值功率85KW，、37kW/L，右邊是我們(men) 中車的樣機，馬上豐(feng) 裝了，峰值功率135KW，30KW/L的功率密度。這是電機的對比，這些相比來說，國內(nei) 外產(chan) 品相差不是很大，國內(nei) 、國外電機電控水平技術基本上是相當的。

　　驅動總成的產(chan) 品。左邊兩(liang) 個(ge) 是國外的兩(liang) 種產(chan) 品，都是三合一的，右邊兩(liang) 個(ge) 是我們(men) 國內(nei) 的三合一產(chan) 品。我們(men) 可以看出來電機驅動係統一體(ti) 化是未來的發展趨勢，作為(wei) 我們(men) 國內(nei) 研發現狀來說，電機、電控跟國外應該說差別不是太大，但是在變速箱、器件產(chan) 業(ye) 化進程方麵我們(men) 都還要加把勁。

　　中車株洲所電機驅動係統產(chan) 品。我們(men) 是從(cong) 2001年開始進入這個(ge) 行業(ye) ，上、中、下遊的產(chan) 業(ye) 鏈還是比較完整的，去年我們(men) 所裏電動汽車這一塊的銷售收入已經超過百億(yi) ，從(cong) 上遊來說，我們(men) 有IGBT傳(chuan) 感器、減振和輕量化材料。中遊有控製器、電機、控製總成、動力總成、傳(chuan) 動總成、儲(chu) 能總成。下遊有商用車的開發和應用。

　　典型產(chan) 品。IGBT產(chan) 品現在的產(chan) 品是采用第六代溝槽柵芯片，對標國外最先進的技術指標。接口規格都是一致的，汽車級的標準。現在已經建成年產(chan) 50萬(wan) 隻IGBT模塊產(chan) 品生產(chan) 線，下麵是產(chan) 品的圖片(如圖)，有750V，有1200V的。

　　IGBT的驅動產(chan) 品也是我們(men) 的特點，利用我們(men) 自己研發的模塊，發射極寄生雜散電感Le的感應電壓，實現dic/dt負反饋閉環控製，很好地發揮了模塊用於(yu) 驅動的集成優(you) 勢，它帶來的好處是開通損耗比傳(chuan) 統降低了33%，關(guan) 斷損耗降低了45%，這個(ge) 也是一個(ge) 非常不錯的東(dong) 西。這是IGBT集成的組件產(chan) 品。這是基於(yu) 剛才講的雙麵冷卻的IGBT模塊產(chan) 品，建立起高密度控製器係統產(chan) 品線。這是幾個(ge) 典型產(chan) 品。

　　從(cong) 係統產(chan) 品來說，電驅動產(chan) 品產(chan) 品係列是覆蓋了從(cong) 55KW-150KW，滿足乘用車、商用車的動力平台的需求。現在產(chan) 品累計銷售對外的產(chan) 品，除了我們(men) 自用的有10萬(wan) 餘(yu) 套，其中采用我們(men) 自主的IGBT的係統有一萬(wan) 多套，現在跟幾個(ge) 大的主車企，像一汽、東(dong) 風、長安等訂單產(chan) 品也有兩(liang) 百多萬(wan) 台。下麵是我們(men) 的典型產(chan) 品(如圖)。

　　我的匯報就到這裏，謝謝大家。