2019年1月11-13日，“中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇(2019)”在京召開(kāi)，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(dòng)化變革、能源轉(zhuǎn)化及傳統(tǒng)能源公司轉(zhuǎn)型、未來(lái)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(shì)、核心供應(yīng)鏈培育、汽車生產(chǎn)組織方式變革、國(guó)際創(chuàng)新對(duì)接、產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整等熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研討。湖南中車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司首席專家郭淑英出席會(huì)議并發(fā)表演講，以下為演講實(shí)錄：

　　尊敬的各位來(lái)賓，大家上午好!我報(bào)告的題目就是組委會(huì)給我的題目，“下一代電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)期從而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)的單位，我今天在這里跟大家分享一下對(duì)我們下一代電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的思考和體會(huì)，不當(dāng)之處請(qǐng)批評(píng)指正。

　　報(bào)告分三個(gè)部分：

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在整車當(dāng)中的作用我們都知道，它的性能實(shí)際上決定了整車的性能，包括駕乘性能、動(dòng)力性能以及它的續(xù)駛里程等等，正因?yàn)榇?，所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電池、電控一起就構(gòu)成了電動(dòng)汽車“三縱三橫”技術(shù)體系之一的“三橫”之一。我現(xiàn)在通過(guò)這張圖來(lái)跟大家分享一下，這個(gè)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(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是什么樣子。

　　目前的批量的產(chǎn)品還是電機(jī)、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(lái)了。從這種開(kāi)關(guān)器件來(lái)說(shuō)，主要是以硅基為主的RGBT半導(dǎo)體器件，稀土永磁電機(jī)?，F(xiàn)在我們看到這種趨勢(shì)了，肯定是朝著一體化的方向發(fā)展，實(shí)際上上海電驅(qū)動(dòng)株洲研究所都有一體化的產(chǎn)品推出。下一代的開(kāi)關(guān)器件肯定就是寬禁帶半導(dǎo)體為主，因?yàn)樗哂懈叩拈_(kāi)關(guān)頻率、更高的耐電壓和高溫性能。驅(qū)動(dòng)電機(jī)因?yàn)榭紤]到成本等等，肯定是朝著低重稀土、少稀土或者無(wú)稀土永磁電機(jī)這樣一個(gè)技術(shù)方向發(fā)展。

　　通過(guò)這些，可能將來(lái)下一代的產(chǎn)品會(huì)在體積、重量、成本，包括它的損耗方面有一個(gè)大大的減小，也就是說(shuō)我們下一代電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品特征應(yīng)該是以集成化、模塊化、定制化、新材料和新工藝的應(yīng)用達(dá)到整車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效、高功率密度、高可靠和低成本這么一個(gè)要求。

　　第二部分，關(guān)鍵技術(shù)

　　要使我們的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(yīng)該在這些方面做一些工作。比如電機(jī)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(yīng)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(dǎo)體技術(shù)等方面來(lái)進(jìn)行攻關(guān)。

　　下面我先從芯片開(kāi)始講有哪些技術(shù)。目前下一代的IGBT開(kāi)關(guān)器件技術(shù)特征就是采用精細(xì)溝槽，技術(shù)路線各有不同，比如中車、英飛凌。但是總的來(lái)說(shuō)，下一代的開(kāi)關(guān)器件特征就是在開(kāi)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(dǎo)體碳化硅芯片技術(shù)，我們都知道碳化硅的特點(diǎn)是非常明顯的，但是要是真正達(dá)到能夠開(kāi)發(fā)出來(lái)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(zhǎng)技術(shù)、溝槽刻蝕工藝等等工藝技術(shù)，只有通過(guò)這些我們才能夠開(kāi)發(fā)出高可靠、大電流的芯片。目前國(guó)內(nèi)芯片的電流相對(duì)比較小，是50安培左右，還要通過(guò)串聯(lián)來(lái)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(yīng)用、低集成電感模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊內(nèi)部芯片的均流設(shè)計(jì)等等技術(shù)，通過(guò)這些攻關(guān)我們要達(dá)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(guò)電壓，滿足高頻應(yīng)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_(dá)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(dá)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(gè)目的。

　　IGBT智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)Dic/dt負(fù)反饋閉環(huán)控制、通過(guò)開(kāi)關(guān)過(guò)程的階段解耦控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)IGBT開(kāi)關(guān)功耗降低、過(guò)電壓功耗降低，并且在較高的電流下能夠可靠關(guān)斷。同時(shí)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(kāi)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(lái)的好處是功率密度高、連接器少、可靠性高、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單。但是帶來(lái)的問(wèn)題也是值得我們關(guān)注的，比如說(shuō)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(wèn)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(dāng)電子電器系統(tǒng)功能異常，發(fā)生意外的時(shí)候不至于對(duì)人和環(huán)境造成傷害。要解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在大家都要通過(guò)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(hào)有效性判斷策略等等，才能有效做到這一點(diǎn)。

　　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(dá)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(jì)，這些都是我們需要解決的問(wèn)題。

　　健康管理技術(shù)。在健康管理方面，我們主要技術(shù)目標(biāo)就是要使這個(gè)產(chǎn)品變定時(shí)維護(hù)改為狀態(tài)維護(hù)，使運(yùn)行成本降低，我們做到故障可以預(yù)判，降低現(xiàn)場(chǎng)的故障率，做到這些我們中車在商用車上其實(shí)也做了很多工作，利用大數(shù)據(jù)分析，通過(guò)故障預(yù)警系統(tǒng)、健康評(píng)估系統(tǒng)、可靠性評(píng)估系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，通過(guò)中車自主研發(fā)的云智通平臺(tái)，能夠現(xiàn)場(chǎng)預(yù)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(yùn)行和降低現(xiàn)場(chǎng)的故障率。

　　電機(jī)設(shè)計(jì)。下一步我們對(duì)電機(jī)提出了更高功率密度、更高的效率、更低的成本這樣一個(gè)要求。提高功率密度途徑很多，其中比如說(shuō)我們現(xiàn)在采用高速電機(jī)，我們采用巨型導(dǎo)體，提高槽滿率，高速情況下轉(zhuǎn)子的強(qiáng)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(diǎn)冷卻等等這些技術(shù)都是需要我們進(jìn)行解決的。

　　電機(jī)材料技術(shù)。提高電機(jī)功率密度和性能降低成本方面，材料的應(yīng)用也是非常關(guān)鍵的，要降低電機(jī)的成本，現(xiàn)在永磁材料占比還是比較大的，下一步要開(kāi)展低重稀土的使用這種永磁材料，重稀土的應(yīng)用盡量減少。實(shí)際深我們?cè)谛履茉雌囍攸c(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)里面也有這個(gè)課題，有些單位正在做這個(gè)事情。另外就是耐電暈絕緣系統(tǒng)，這一點(diǎn)也很重要，下一代如果采用碳化硅、寬禁帶半導(dǎo)體器件之后，它的開(kāi)關(guān)頻率比現(xiàn)在的開(kāi)關(guān)頻率要提高10倍、20倍左右，它的Dic/dt也會(huì)加大。這對(duì)我們的系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，也就是說(shuō)直接影響到電機(jī)絕緣系統(tǒng)的壽命，所以耐電絕緣系統(tǒng)的開(kāi)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(jī)效率區(qū)間優(yōu)化。我們可以通過(guò)能耗隨轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距的變化來(lái)分配對(duì)電機(jī)的損耗進(jìn)行分配，設(shè)計(jì)上進(jìn)行分配，以使電機(jī)的高效區(qū)可以跟車輛經(jīng)常運(yùn)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(yùn)行習(xí)慣。

　　電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)NVH問(wèn)題。包括我們要對(duì)電機(jī)自激勵(lì)源進(jìn)行建模，電機(jī)傳遞函數(shù)、電機(jī)NVH的系統(tǒng)分析、電機(jī)跟系統(tǒng)集成以后NVH的分析等等。

　　輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)。將來(lái)在一些特種車輛上它的用途還是很有前景的。要做好一個(gè)輪轂電機(jī)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(wèn)題。比如說(shuō)像本身的電磁、結(jié)構(gòu)、熱三者耦合以后的優(yōu)化設(shè)計(jì)，電動(dòng)輪怎么集成，冷卻、潤(rùn)滑、凍密封等等，基于差速協(xié)同控制的電動(dòng)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(jī)電控二合一，電機(jī)和減速箱的二合一，也有電機(jī)、電控、減速箱的三合一，這是我們的終極目標(biāo)。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(huì)降低。這個(gè)還會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，比如說(shuō)整個(gè)成殼體的鑄造設(shè)計(jì)、怎么樣冷卻和潤(rùn)滑，特別是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)減速箱設(shè)計(jì)和制造相對(duì)還有點(diǎn)弱，這方面還是要加強(qiáng)的。以上我跟大家分享了從器件到整個(gè)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(gè)表格是國(guó)內(nèi)外電控產(chǎn)品，單個(gè)控制器的產(chǎn)品(如圖)?？赡軙?huì)有點(diǎn)掛一漏萬(wàn)，不一定很全面，我找了幾個(gè)比較典型的。從功率體積密度和重量密度來(lái)看，我們跟國(guó)內(nèi)外的差別不是太大的。下一代碳化硅控制器是一個(gè)最新的技術(shù)，比如說(shuō)現(xiàn)在特斯拉采用的就是24只標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)效80%。下面這個(gè)圖是我們國(guó)內(nèi)研發(fā)的，左邊是電工所開(kāi)發(fā)的樣機(jī)，峰值功率85KW，、37kW/L，右邊是我們中車的樣機(jī)，馬上豐裝了，峰值功率135KW，30KW/L的功率密度。這是電機(jī)的對(duì)比，這些相比來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品相差不是很大，國(guó)內(nèi)、國(guó)外電機(jī)電控水平技術(shù)基本上是相當(dāng)?shù)摹?/p>

　　驅(qū)動(dòng)總成的產(chǎn)品。左邊兩個(gè)是國(guó)外的兩種產(chǎn)品，都是三合一的，右邊兩個(gè)是我們國(guó)內(nèi)的三合一產(chǎn)品。我們可以看出來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一體化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，作為我們國(guó)內(nèi)研發(fā)現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，電機(jī)、電控跟國(guó)外應(yīng)該說(shuō)差別不是太大，但是在變速箱、器件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面我們都還要加把勁。

　　中車株洲所電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品。我們是從2001年開(kāi)始進(jìn)入這個(gè)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(dòng)汽車這一塊的銷售收入已經(jīng)超過(guò)百億，從上游來(lái)說(shuō)，我們有IGBT傳感器、減振和輕量化材料。中游有控制器、電機(jī)、控制總成、動(dòng)力總成、傳動(dòng)總成、儲(chǔ)能總成。下游有商用車的開(kāi)發(fā)和應(yīng)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(duì)標(biāo)國(guó)外最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。接口規(guī)格都是一致的，汽車級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在已經(jīng)建成年產(chǎn)50萬(wàn)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(dòng)產(chǎn)品也是我們的特點(diǎn)，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(yīng)電壓，實(shí)現(xiàn)dic/dt負(fù)反饋閉環(huán)控制，很好地發(fā)揮了模塊用于驅(qū)動(dòng)的集成優(yōu)勢(shì)，它帶來(lái)的好處是開(kāi)通損耗比傳統(tǒng)降低了33%，關(guān)斷損耗降低了45%，這個(gè)也是一個(gè)非常不錯(cuò)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(gè)典型產(chǎn)品。

　　從系統(tǒng)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，電驅(qū)動(dòng)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(dòng)力平臺(tái)的需求。現(xiàn)在產(chǎn)品累計(jì)銷售對(duì)外的產(chǎn)品，除了我們自用的有10萬(wàn)余套，其中采用我們自主的IGBT的系統(tǒng)有一萬(wàn)多套，現(xiàn)在跟幾個(gè)大的主車企，像一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安等訂單產(chǎn)品也有兩百多萬(wàn)臺(tái)。下面是我們的典型產(chǎn)品(如圖)。

　　我的匯報(bào)就到這里，謝謝大家。