2019年1月11-13日，“中國電動汽車百人會論壇(2019)”在京召開，此次壇主題是“汽車革命與交通、能源、城市協(xié)同發(fā)展”，圍繞汽車零排放和電動化變革、能源轉(zhuǎn)化及傳統(tǒng)能源公司轉(zhuǎn)型、未來交通和出行變革圖景、下一代汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展、汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化趨勢、核心供應鏈培育、汽車生產(chǎn)組織方式變革、國際創(chuàng)新對接、產(chǎn)業(yè)政策調(diào)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家郭淑英出席會議并發(fā)表演講，以下為演講實錄：

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

　　在座的各位都是專家和同行，我們中車株洲所作為長期從而電機驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)的單位，我今天在這里跟大家分享一下對我們下一代電機驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的思考和體會，不當之處請批評指正。

　　報告分三個部分：

　　電機驅(qū)動系統(tǒng)在整車當中的作用我們都知道，它的性能實際上決定了整車的性能，包括駕乘性能、動力性能以及它的續(xù)駛里程等等，正因為此，所以電機驅(qū)動系統(tǒng)和電池、電控一起就構(gòu)成了電動汽車“三縱三橫”技術(shù)體系之一的“三橫”之一。我現(xiàn)在通過這張圖來跟大家分享一下，這個圖不是最新的，目前我們產(chǎn)品的特征和下一代，將近3-5年以后電機驅(qū)動系統(tǒng)是什么樣子。

　　目前的批量的產(chǎn)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(xiàn)在集成化的產(chǎn)品也都出來了。從這種開關(guān)器件來說，主要是以硅基為主的RGBT半導體器件，稀土永磁電機。現(xiàn)在我們看到這種趨勢了，肯定是朝著一體化的方向發(fā)展，實際上上海電驅(qū)動株洲研究所都有一體化的產(chǎn)品推出。下一代的開關(guān)器件肯定就是寬禁帶半導體為主，因為它具有更高的開關(guān)頻率、更高的耐電壓和高溫性能。驅(qū)動電機因為考慮到成本等等，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技術(shù)方向發(fā)展。

　　通過這些，可能將來下一代的產(chǎn)品會在體積、重量、成本，包括它的損耗方面有一個大大的減小，也就是說我們下一代電驅(qū)動產(chǎn)品特征應該是以集成化、模塊化、定制化、新材料和新工藝的應用達到整車對電機驅(qū)動系統(tǒng)高效、高功率密度、高可靠和低成本這么一個要求。

　　第二部分，關(guān)鍵技術(shù)

　　要使我們的電機驅(qū)動系統(tǒng)滿足整車高效率、高性能、低成本、很好的駕乘性能這些要求，我們主要是應該在這些方面做一些工作。比如電機方面的NVH技術(shù)、熱管理、效率區(qū)間優(yōu)化、高性能材料的應用。在控制器方面，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技術(shù)等方面來進行攻關(guān)。

　　下面我先從芯片開始講有哪些技術(shù)。目前下一代的IGBT開關(guān)器件技術(shù)特征就是采用精細溝槽，技術(shù)路線各有不同，比如中車、英飛凌。但是總的來說，下一代的開關(guān)器件特征就是在開關(guān)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碳化硅芯片技術(shù)，我們都知道碳化硅的特點是非常明顯的，但是要是真正達到能夠開發(fā)出來高可靠、大電流的芯片，我們還有很多技術(shù)需要解決，比如非平衡態(tài)碳化硅柵氧生長技術(shù)、溝槽刻蝕工藝等等工藝技術(shù)，只有通過這些我們才能夠開發(fā)出高可靠、大電流的芯片。目前國內(nèi)芯片的電流相對比較小，是50安培左右，還要通過串聯(lián)來使用。

　　模塊的封裝技術(shù)，在模塊的封裝技術(shù)方面有像納米銀燒結(jié)、高溫材料的應用、低集成電感模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊內(nèi)部芯片的均流設(shè)計等等技術(shù)，通過這些攻關(guān)我們要達到使模塊的熱阻更低、可靠性更高，充分發(fā)揮出碳化硅器件的高溫性能，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(shù)，雙面焊接、雙面水冷、高可靠組裝技術(shù)，這些都是需要我們攻關(guān)的?？偟哪康氖且_到等效熱阻的降低，雜散電感比傳統(tǒng)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(huán)壽命這么一些個目的。

　　IGBT智能驅(qū)動技術(shù)?？梢酝ㄟ^Dic/dt負反饋閉環(huán)控制、通過開關(guān)過程的階段解耦控制，來實現(xiàn)IGBT開關(guān)功耗降低、過電壓功耗降低，并且在較高的電流下能夠可靠關(guān)斷。同時要可以平衡高可靠性、低電磁干擾與高效率之間的矛盾。

　　多變流器集成技術(shù)。特別是在商用車上，中車開發(fā)的有八合一的產(chǎn)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關(guān)注的，比如說多控制單元如何協(xié)同控制，電磁兼容和熱管理如何綜合考慮，這都是我們下面需要關(guān)注的問題。

　　功能安全。有轉(zhuǎn)矩安全、高壓安全、溫度的安全，以轉(zhuǎn)距安全為例，功能安全就是當電子電器系統(tǒng)功能異常，發(fā)生意外的時候不至于對人和環(huán)境造成傷害。要解決這個問題，現(xiàn)在大家都要通過ISO26260，以轉(zhuǎn)距安全為例，主要是以EGAS三層架構(gòu)，轉(zhuǎn)距安全算法、關(guān)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(shù)。如何使我們的系統(tǒng)能夠在保證性能的前提下，它能夠達到滿足客戶的要求。我們要做哪些工作?高低壓耦合解耦技術(shù)、電磁兼容仿真、濾波器的模塊化設(shè)計，這些都是我們需要解決的問題。

　　健康管理技術(shù)。在健康管理方面，我們主要技術(shù)目標就是要使這個產(chǎn)品變定時維護改為狀態(tài)維護，使運行成本降低，我們做到故障可以預判，降低現(xiàn)場的故障率，做到這些我們中車在商用車上其實也做了很多工作，利用大數(shù)據(jù)分析，通過故障預警系統(tǒng)、健康評估系統(tǒng)、可靠性評估系統(tǒng)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析平臺，通過中車自主研發(fā)的云智通平臺，能夠現(xiàn)場預判故障，并且能夠做到故障的快速定位，這樣的話能夠保證產(chǎn)品的可靠運行和降低現(xiàn)場的故障率。

　　電機設(shè)計。下一步我們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要求。提高功率密度途徑很多，其中比如說我們現(xiàn)在采用高速電機，我們采用巨型導體，提高槽滿率，高速情況下轉(zhuǎn)子的強度怎么樣分析，包括損耗，還有熱量的集中怎么樣散出去，采用油冷還是采用定點冷卻等等這些技術(shù)都是需要我們進行解決的。

　　電機材料技術(shù)。提高電機功率密度和性能降低成本方面，材料的應用也是非常關(guān)鍵的，要降低電機的成本，現(xiàn)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。實際深我們在新能源汽車重點研發(fā)專項里面也有這個課題，有些單位正在做這個事情。另外就是耐電暈絕緣系統(tǒng)，這一點也很重要，下一代如果采用碳化硅、寬禁帶半導體器件之后，它的開關(guān)頻率比現(xiàn)在的開關(guān)頻率要提高10倍、20倍左右，它的Dic/dt也會加大。這對我們的系統(tǒng)是一個嚴峻的考驗，也就是說直接影響到電機絕緣系統(tǒng)的壽命，所以耐電絕緣系統(tǒng)的開發(fā)也是下一代的關(guān)鍵技術(shù)。為了降低成本，我們可以用鐵氧體部分取代釹鐵硼永磁材料。

　　電機效率區(qū)間優(yōu)化。我們可以通過能耗隨轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距的變化來分配對電機的損耗進行分配，設(shè)計上進行分配，以使電機的高效區(qū)可以跟車輛經(jīng)常運行的工況相吻合，不是在額定電效率很高，在中速區(qū)或者低速區(qū)很低，這是不符合車輛的運行習慣。

　　電驅(qū)動系統(tǒng)NVH問題。包括我們要對電機自激勵源進行建模，電機傳遞函數(shù)、電機NVH的系統(tǒng)分析、電機跟系統(tǒng)集成以后NVH的分析等等。

　　輪轂電機設(shè)計。將來在一些特種車輛上它的用途還是很有前景的。要做好一個輪轂電機現(xiàn)在要解決的關(guān)鍵技術(shù)也還不少，特別是跟整車結(jié)合的問題。比如說像本身的電磁、結(jié)構(gòu)、熱三者耦合以后的優(yōu)化設(shè)計，電動輪怎么集成，冷卻、潤滑、凍密封等等，基于差速協(xié)同控制的電動輪與整車匹配技術(shù)也是很關(guān)鍵的。

　　三大件的集成?，F(xiàn)在的產(chǎn)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，這是我們的終極目標。做到集成化以后可以降低成本、減小體積，提高系統(tǒng)的效率和它的功率密度，噪聲也會降低。這個還會帶來一些問題，比如說整個成殼體的鑄造設(shè)計、怎么樣冷卻和潤滑，特別是現(xiàn)在國內(nèi)對減速箱設(shè)計和制造相對還有點弱，這方面還是要加強的。以上我跟大家分享了從器件到整個系統(tǒng)的集成方面下一代產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。

　　第三部分，典型產(chǎn)品

　　這個表格是國內(nèi)外電控產(chǎn)品，單個控制器的產(chǎn)品(如圖)。可能會有點掛一漏萬，不一定很全面，我找了幾個比較典型的。從功率體積密度和重量密度來看，我們跟國內(nèi)外的差別不是太大的。下一代碳化硅控制器是一個最新的技術(shù)，比如說現(xiàn)在特斯拉采用的就是24只標準單模塊，內(nèi)部控制器采用激光焊接、銀燒結(jié)技術(shù)。電裝采用雙面冷卻，比Si產(chǎn)品見效80%。下面這個圖是我們國內(nèi)研發(fā)的，左邊是電工所開發(fā)的樣機，峰值功率85KW，、37kW/L，右邊是我們中車的樣機，馬上豐裝了，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(nèi)外產(chǎn)品相差不是很大，國內(nèi)、國外電機電控水平技術(shù)基本上是相當?shù)摹?/p>

　　驅(qū)動總成的產(chǎn)品。左邊兩個是國外的兩種產(chǎn)品，都是三合一的，右邊兩個是我們國內(nèi)的三合一產(chǎn)品。我們可以看出來電機驅(qū)動系統(tǒng)一體化是未來的發(fā)展趨勢，作為我們國內(nèi)研發(fā)現(xiàn)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(chǎn)業(yè)化進程方面我們都還要加把勁。

　　中車株洲所電機驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品。我們是從2001年開始進入這個行業(yè)，上、中、下游的產(chǎn)業(yè)鏈還是比較完整的，去年我們所里電動汽車這一塊的銷售收入已經(jīng)超過百億，從上游來說，我們有IGBT傳感器、減振和輕量化材料。中游有控制器、電機、控制總成、動力總成、傳動總成、儲能總成。下游有商用車的開發(fā)和應用。

　　典型產(chǎn)品。IGBT產(chǎn)品現(xiàn)在的產(chǎn)品是采用第六代溝槽柵芯片，對標國外最先進的技術(shù)指標。接口規(guī)格都是一致的，汽車級的標準?，F(xiàn)在已經(jīng)建成年產(chǎn)50萬只IGBT模塊產(chǎn)品生產(chǎn)線，下面是產(chǎn)品的圖片(如圖)，有750V，有1200V的。

　　IGBT的驅(qū)動產(chǎn)品也是我們的特點，利用我們自己研發(fā)的模塊，發(fā)射極寄生雜散電感Le的感應電壓，實現(xiàn)dic/dt負反饋閉環(huán)控制，很好地發(fā)揮了模塊用于驅(qū)動的集成優(yōu)勢，它帶來的好處是開通損耗比傳統(tǒng)降低了33%，關(guān)斷損耗降低了45%，這個也是一個非常不錯的東西。這是IGBT集成的組件產(chǎn)品。這是基于剛才講的雙面冷卻的IGBT模塊產(chǎn)品，建立起高密度控制器系統(tǒng)產(chǎn)品線。這是幾個典型產(chǎn)品。

　　從系統(tǒng)產(chǎn)品來說，電驅(qū)動產(chǎn)品產(chǎn)品系列是覆蓋了從55KW-150KW，滿足乘用車、商用車的動力平臺的需求?，F(xiàn)在產(chǎn)品累計銷售對外的產(chǎn)品，除了我們自用的有10萬余套，其中采用我們自主的IGBT的系統(tǒng)有一萬多套，現(xiàn)在跟幾個大的主車企，像一汽、東風、長安等訂單產(chǎn)品也有兩百多萬臺。下面是我們的典型產(chǎn)品(如圖)。

　　我的匯報就到這里，謝謝大家。