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　　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、城市協同發展”，圍繞汽車零排放和電動化變革、能源轉化及傳統能源公司轉型、未來交通和出行變革圖景、下一代汽車關鍵技術發展、汽車智能化和網聯化趨勢、核心供應鏈培育、汽車生產組織方式變革、國際創新對接、產業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家郭淑英出席會議并發表演講，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，“下一代電機驅動的關鍵技術”。

　　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動系統研發的單位，我今天在這里跟大家分享一下對我們下一代電機驅動系統關鍵技術的思考和體會，不當之處請批評指正。

　　報告分三個部分：

　　電機驅動系統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駛里程等等，正因為此，所以電機驅動系統和電池、電控一起就構成了電動汽車“三縱三橫”技術體系之一的“三橫”之一。我現在通過這張圖來跟大家分享一下，這個圖不是最新的，目前我們產品的特征和下一代，將近3-5年以后電機驅動系統是什么樣子。

　　目前的批量的產品還是電機、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品也都出來了。從這種開關器件來說，主要是以硅基為主的RGBT半導體器件，稀土永磁電機。現在我們看到這種趨勢了，肯定是朝著一體化的方向發展，實際上上海電驅動株洲研究所都有一體化的產品推出。下一代的開關器件肯定就是寬禁帶半導體為主，因為它具有更高的開關頻率、更高的耐電壓和高溫性能。驅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方向發展。

　　通過這些，可能將來下一代的產品會在體積、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動產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動系統高效、高功率密度、高可靠和低成本這么一個要求。

　　第二部分，關鍵技術

　　要使我們的電機驅動系統滿足整車高效率、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、熱管理、效率區間優化、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等方面來進行攻關。

　　下面我先從芯片開始講有哪些技術。目前下一代的IGBT開關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、英飛凌。但是總的來說，下一代的開關器件特征就是在開關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，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出來高可靠、大電流的芯片，我們還有很多技術需要解決，比如非平衡態碳化硅柵氧生長技術、溝槽刻蝕工藝等等工藝技術，只有通過這些我們才能夠開發出高可靠、大電流的芯片。目前國內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面有像納米銀燒結、高溫材料的應用、低集成電感模塊的結構設計、模塊內部芯片的均流設計等等技術，通過這些攻關我們要達到使模塊的熱阻更低、可靠性更高，充分發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，雙面焊接、雙面水冷、高可靠組裝技術，這些都是需要我們攻關的。總的目的是要達到等效熱阻的降低，雜散電感比傳統模塊大概要降低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么一些個目的。

　　IGBT智能驅動技術。可以通過Dic/dt負反饋閉環控制、通過開關過程的階段解耦控制，來實現IGBT開關功耗降低、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。特別是在商用車上，中車開發的有八合一的產品，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注的，比如說多控制單元如何協同控制，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，以轉距安全為例，功能安全就是當電子電器系統功能異常，發生意外的時候不至于對人和環境造成傷害。要解決這個問題，現在大家都要通過ISO26260，以轉距安全為例，主要是以EGAS三層架構，轉距安全算法、關斷路徑自檢策略、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。如何使我們的系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，這些都是我們需要解決的問題。

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

　　電機設計。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都是需要我們進行解決的。

　　電機材料技術。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。實際深我們在新能源汽車重點研發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，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，它的開關頻率比現在的開關頻率要提高10倍、20倍左右，它的Dic/dt也會加大。這對我們的系統是一個嚴峻的考驗，也就是說直接影響到電機絕緣系統的壽命，所以耐電絕緣系統的開發也是下一代的關鍵技術。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。

　　電機效率區間優化。我們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慣。

　　電驅動系統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、電機NVH的系統分析、電機跟系統集成以后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。要做好一個輪轂電機現在要解決的關鍵技術也還不少，特別是跟整車結合的問題。比如說像本身的電磁、結構、熱三者耦合以后的優化設計，電動輪怎么集成，冷卻、潤滑、凍密封等等，基于差速協同控制的電動輪與整車匹配技術也是很關鍵的。

　　三大件的集成。現在的產品有的是二合一的，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計、怎么樣冷卻和潤滑，特別是現在國內對減速箱設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的集成方面下一代產品的關鍵技術。

　　第三部分，典型產品

　　這個表格是國內外電控產品，單個控制器的產品(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，比如說現在特斯拉采用的就是24只標準單模塊，內部控制器采用激光焊接、銀燒結技術。電裝采用雙面冷卻，比Si產品見效80%。下面這個圖是我們國內研發的，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，國內外產品相差不是很大，國內、國外電機電控水平技術基本上是相當的。

　　驅動總成的產品。左邊兩個是國外的兩種產品，都是三合一的，右邊兩個是我們國內的三合一產品。我們可以看出來電機驅動系統一體化是未來的發展趨勢，作為我們國內研發現狀來說，電機、電控跟國外應該說差別不是太大，但是在變速箱、器件產業化進程方面我們都還要加把勁。

　　中車株洲所電機驅動系統產品。我們是從2001年開始進入這個行業，上、中、下游的產業鏈還是比較完整的，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和應用。

　　典型產品。IGBT產品現在的產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50萬只IGBT模塊產品生產線，下面是產品的圖片(如圖)，有750V，有1200V的。

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

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

　　我的匯報就到這里，謝謝大家。