“蔡蔚：下一代电驱动系统全产业链的关键技术”

2021年6月22日-23日，由盖西汽车主办的“2021中国新一代汽车优质快速发展论坛新能源汽车三电先进技术”在南京举行。 此次会议将持续两天，围绕新能源三电中长期技术快速发展趋势、政策、标准、上下游供应链、价格、材料体系、电池结构技术、热管理、安全技术、电机电控关键技术、智能制造等领域展开焦点话题。 会议中，中国电动汽车百人会理事、哈尔滨理工大学教授蔡将博士就“新一代电动驱动系统全产业链关键技术”进行了演讲。

蔡将(主持人) :感谢盖世太保汽车。 盖世太保是我国汽车业排名第一的媒体和自主媒体。 今天大会的议题主要是新能源汽车的三电技术，包括以下几个方面的主要副本:1.电驱动系统、2 .电池、3 .整车控制和其他充电及上游供应链的现状和快速发展。

为什么要叫下一代？

我国到今年为止，新能源汽车都是由政府补贴和法规推动的，市场经济的拉动成分不高。 但是，从明年开始补助金就没有了，车厂需要在法规中在市场竞争中获胜。 到了谈论高质量快速发展的时机了。 这次会议为什么集中在电动汽车上？ 在2025年至2025年国家《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中，截至2025年，我国3200万辆汽车总量中，有1900多万辆为新能源汽车和混合动力汽车。 也就是说，那时市场大部分是电气化汽车。 所以这次大会聚焦于未来汽车快速发展的第一趋势——电动化。

为了多快多省电力地快速发展电动汽车，今天会议的要点是讨论三电技术。 截止到2025年的新一代汽车仍然大多搭载有ice发动机，但该论坛聚焦于新能源汽车的三电技术。

我常说的是，核心零部件三电技术强，新能源汽车强，从大到小壮大我国汽车产业。

我的名字叫蔡蔚。 今天的大会由我主办。 第一次报告也由我来做。 主题是“新一代电气驱动系统全产业链的关键技术”。

时间今天一定是蜻蜓点水。 30分钟内不怎么能复印。 尽管准备了100页以上的ppt，但是首先只拿出50页来说，如果时间允许的话再说几页。 ppt分为两个部分，后半部分是电力电子和新一代电气驱动系统的技术路线图，为了稍加提及，先说一下前50页的电气驱动组件和电机的相关内容。

个人资料

首先介绍一下自己，我在欧美全职工作了14年多，在中国工作了20多年。 30多年间，我在学研界待了16年。 也就是说，他在研究所做研究员，在大学做教授16年多，在产业界工作20多年。

我在美国督促雷米国际在纳斯达克上市，回到中国后创立了精进电动。 目前，精进电动通过了科技ipo考核。

从1990年开始担任大学副教授、系主任。 之后出国先在美国威斯康星大学，然后在瑞士苏黎世联邦理工大学，之后去美国克拉克森大学，最后在位于印第安纳州的雷米企业等工作。 2008年奥运会前夕，回国创立精进电动，去年正式在哈尔滨理工大学开始全职教授。

顺便介绍一下哈尔滨理工大学电气工程学科。 电力电子工程专业的所有专业都是一票招聘，特别是电机、绝缘电缆和高压技术三方面在我国行业经常被称为“三电黄埔”。 因为很多中小型电缆厂、电机厂等的总经理、总工程师毕业于哈理工。 大学各个专业在装备制造业方面都有独特之处。

今天的主题演讲分为以下几点

(一)“双碳”战术和驱动电气化； )2)电动驱动组件&； 稀土永磁电动机； )3)功率电子控制器； (4) 2021-2035电气驱动技术路线图。 “白炭黑”战术可能是2030年CO2排放高峰期，2060年碳中和可能更具挑战性。 在过去的快速发展过程中，我国实际上在碳方面，特别是发电方面问题很严重。 年，我们的煤炭发电占71%，几年前还只占65%、68%，但去年又恢复了煤电。 原因很简单，在新能源发电中我们面临着一点挑战，第一是局域网和储能还不完全，风电和光电调节的峰谷做得还不太好。 但是，这些局部问题正在慢慢变化和迅速发展。

这一页的ppt所示的装备，从机器人、电动化交通到新能源发电，最终可以归结为电机、电力电子、机械传动的开发和应用。 这里重点说明这些产业链整体的关键技术。

说到电动化的交通，无论是在天空中飞行的人、在海里游泳的人、载着地面行驶的人，电动化的交通的电气驱动系统都是共通的，所以以下仅以电动化汽车的电气驱动系统为例。

齿轮箱、电机、电力电子和电池是汽车电气驱动的核心。

在混合动力、纯电动、燃料电池三大车型中，混合动力汽车是降低碳的主力军。 碳排放量和燃料量成比例关系。 燃料消耗越多，碳排放就越多，燃料消耗就越少，所以混合动力汽车是碳减排的主力军。

纯电动汽车是减少pm2.5等污染的主力军。 我曾在多个场合说过，即使电动汽车的耗电量100%来自煤电，电动汽车的有毒气体和微粒子的排放量也比同重量的轿车少一半，甚至少3/4。 也就是说，纯电动汽车可以降低包括发电、输电、充电全过程在内的总污染排放，在运行地区实现“0”排放。

纯电动汽车能降低碳吗？ 高效电驱动系统当然可以降低碳排放量，但其碳排放量依赖于发电。 也就是说，如果电动汽车全部使用煤电，碳排放量会多一点，如果太阳能、风能、核能等发电比例高，电动汽车的碳排放量会少一点。 所以，电动汽车的碳下降不仅取决于其本身，也取决于发电系统的碳排放。

燃料电池车去年在全中国生产了1177辆，我觉得还需要努力。 尽管燃料电池车投资数百亿、数千亿，但2021年全国生产销售1177辆，目前处于努力奋斗的阶段。

881年法国人古斯塔夫发明了电动三轮车。 在他十几年前有一辆电动汽车，但是因为那个电池一次也不重复，不能充电，所以没有被称为电动汽车。

内燃机汽车比电动汽车晚，只有在1886年。 卡尔·奔驰首先造了车之后，没有报告专利。 如果现在造了车，不报告专利就等于公开了技术秘密，就不能报告专利了。 但是，当时没有现在的互联网那么发达，所以他直到1886年才申报专利。 为了获得信任，奔驰太太把这辆车带到了她的老家，开了100公里，终于变得可靠了。 这就是大家熟知的内燃机汽车的诞生。

混合动力是保时捷在1898年发明的。 保时捷在21岁时发明了轮毂电机。 然后1898年用汽油发动机带着发电机发电，向轮毂电机送电带动这辆车，世界上第一辆混合动力车就出现了。 原理上就像今天的增速电动车一样。

在电动汽车、燃料车、混合动力汽车发明130年后的今天，图中显示了现在汽车的价格构成。 以前有消息称，汽车的底盘、驱动组件和发动机三个价格占很大比例。 新能源汽车的价格占有率在电池、电驱动系统和整车的智能控制占有率较高。 其中电驱动组件实际占有率不高，首要的是电池和电池管理系统高。 从降钱的角度来说，电池是首要对象。 这里登载的两张价格结构图不一定100%正确，请参考。

我国2021~2035年《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预测，2025年汽车产销约3200万辆，2030年约3800万辆，2035年约4000万辆。

据报道，新能源汽车到2025年占20%的640万辆，到2035年占50%的2000万辆，另一半是混合动力汽车，以前燃料汽车到2035年为0。 也就是说，这是烧油专用的车，没有马达，也没有搭载混合动力系统的车接近停产。 我想以前传过来的燃油车肯定也不是0，还占很大比例。 但是，每辆转向架至少配备一台驱动电机，只会证明国家汽车电动化的决心。

汽车领域的技术路线图与其他学会制定的技术路线图不同，它是国家高层同意的。 为什么这么说呢，因为汽车领域占我国gdp的比例太高了，从年开始汽车全产业链已经占gdp的10%以上，一直维持到现在，最多的一年占14%。

是按如下计划的汽车企业油耗指标。 包括新能源汽车和不包括新能源汽车两种算法的汽车企业加权平均100公里油耗。 如果达不到这个指标怎么办？ 奖惩通过双重积分政策规范实施碳交换，去年许多汽车企业因不符合双重积分政策而被罚款近10亿。 我发现罚款额和补助金不是一个水平。 因此，未来法规的推进和市场拉动将使新能源汽车更加迅速发展。

此外，还有国六的排放法规，以wltc和cltc的循环箱代替nedc，分别评价节能和新能源汽车的能源消耗量。 。

关于新能源汽车占有率的要求，中国有计划，其他国家没有吗？ 准确地说，我国的计划是参考美国加州的汽车“0”排放法规制定的。 任何车企在加州卖车都需要如图所示的零排放车。 由此可见，加州计划到2025年实现22%零排放的车，我国新能源汽车需求比例为20%，因此美国加州的法规比我国新能源占有比例计划要严格。

我国汽车企业以前传来的汽车油耗和新能源汽车占有率达不到的，处以碳交换，也就是罚款。 加利福尼亚州也一样。 以特斯拉为例，特斯拉最初如果model s在美国卖车，可以获得3.5万美元的补贴。 加州政府有这么多补助金吗？ 这些补助金来自其他汽车工厂，例如通用汽车和丰田汽车等，是因为零排放的车不是很多而必须支付的罚款。 零排放车占有率未满足的罚款通过加州政府奖授予了特斯拉和其他纯粹的电动汽车企业。 因此，这显然是一个可再生的奖惩循环。 我国的补助金来自国家和地方财政，从老百姓口袋里收税。 补助金不是领域内部的循环，因此是不可持续的。 补助金一定会转向碳交换是大势所趋。

加州的过度零排放汽车相当于我国的插电式混合动力汽车，是需要一定零排放行驶距离的混合动力汽车。

说一下我国新能源汽车的整体情况。 图2021年一季度新能源汽车达到7.9%的市场渗透率。 下面的表显示的是燃料电池汽车。 年全国总销量为1177辆，需要努力。 量少的首要原因是规模制氢价格和碳排放问题。 至今，制氢的第一途径仍然是电解水。 当然也可以用废气循环制造氢气，但是不能支撑燃料电池汽车的顾客录用，所以这个领域需要大家合作快速发展。

无论是燃料汽车、混合动力汽车还是纯电动汽车，最重要的部分都是高效节能，如何评价其效率呢？ 我国以前一直使用新欧洲案例( nedc )。 因为欧洲人和我们的驾驶明显不同。 之后，工信部向天汽中心出了一些钱，做了cltc外壳。 用cltc工况测量的能耗与用nedc测量的能耗基本相同，关键是与客户的实际运行能耗相差很大。 我个人认为需要改进。

以如何评价电机为例，该电机的转矩为300nm转速12000rpm，其工作状况为75nm以下，也就是1/4的转矩以下，以5000rpm转速部分占86%。 也就是说，客户运转时间的86%是低速低扭矩的情况。 过去，评价电动机系统时，经常使用最高效率区，但电动机的最高效率区实际上很少使用，评价电动机的好坏并不准确。 为了降低车辆的能耗，实际上最好将最高效率区域推到扭矩转速平面第一象限的左下角，提高图中蓝线下这个运行板的效率，减少油耗和耗电量。 一个电动机的基本原理是转速为零时，效率一定为零，所以节能降耗很难，但需要朝这个方向努力。 但是，在最高效率点上评价电动机系统和电气驱动组件需要进行变更。

nedc、wltc、cltc的情况。

在电动汽车的评价中，用wltc箱测量的耗电量比nedc和cltc高20%以上。 WTC是正确的扁平箱吗？ 虽然并不一定如此，但是耗电量和油耗却接近客户的实际感受。 与世界同步，我国所有的燃油车(包括混合动力汽车)将从2021年开始使用wltc外壳。 我国的cltc工况有改善的余地，也就是接近客户驾驶实际使用的油耗和耗电量。 当然，一个规范和测试案例不能代表所有人的驾驶习性和车的状况，但应该接近大多数人的驾驶实际情况。

以下是中汽医院的评估结果，发现特斯拉x型号的wltc和cltc外壳的功耗差异很小。 为什么特斯拉wltc和cltc外壳的耗电量只有10%，而其他车辆如byd、日产等却有26%~28%的差距？ 证明车上三电系统也能改善。 换言之，不仅应该改善工况以接近实际行驶，而且应该承认电驱动系统还有改善的余地。

如图所示，根据不同情况测量，2019年小型燃油车100公里油耗为6.46升，考虑到新能源车的分配作用，小型车100公里油耗降至5.56升/100公里。 按这个油耗计算开车的话，小型汽油车大概开100公里需要37元~44元左右。 即使是大型电动汽车，按照2021年6月的居民电价标准计算，每100公里电价也在10元左右，最多15元。 也就是说，即使开豪华大型的电动汽车，电费也不到小型电动汽车100公里汽油费的三分之一。

图中给出了-2035年的电机比功率和控制器本体密度的计划值，其中年分别为4kw/kg和17kw/l。 年的指标只有个别公司达到了。 但是，进入工业和信息化部的240家电机系统公司大多没有达到这个指标，所以全产业链还需要继续努力。

表中列出了中国前10大驱动马达和前10大控制器。 之所以只统计前十名，是因为他们已经占了市场的70%左右。 但是，这个统计表不包括出口。 例如，精进电动出口很多，但不包括。 。

电驱动系统有两种，左侧是集中驱动，右侧是分布驱动。 粗略地说，集中驱动是指卸下发动机，更换为马达。 另一方面，分散驱动是在各汽车的车轮上安装一个电动机，各电动机分别驱动。 因此左轮和右轮之间的协调变得特别重要，如果协调不好就会掉进沟里，所以每个车轮如何协调是非常重要的。

由于轮毂电机带来的其他问题，如弹簧上的质量下降、密封等处理不到位，到今天轮毂电机还没有在全世界的汽车届批量生产，但堪称典范。 全球分布着约1万辆驱动汽车，其中轮辋电机较多，如比亚迪k9初期生产了大量轮辋电机，但轮毂电机汽车尚未批量生产。

电驱动新材料和集成单元有多久了？ 驱动马达有上游的永久磁铁、硅钢片和电磁线、绝缘材料等。 电力电子行业包括电机控制、动力控制、电池控制、车载充电器、直流/直流、igbt/sic芯片和模块等。 新能源汽车行业要产生这么多新生意，就需要创新创业和持续发展。

电气驱动系统在逐渐发展的过程中，由电机、减速器、功率电子控制器分离出原件，形成电机和减速器合二为一的“二合一”，最后将三个分离子组件合为一体，称为“三合一”。 由于电机绝缘、功率电子、控制芯片、轮系等耐热等级不同，因此现在没有真正意义上的“3合1”。 这是三合一的基础模块，控制器+电机+齿轮箱+软件和算法。

全中国去年有50万左右的人使用3in1。 比亚迪和特斯拉占了中国的一半。 为什么朝着多功能模块化的方向迅速发展？ 从效率高、空之间少、重量轻等方面来看，如图所示，对比从分离子总成变成“3in1”电动驱动模块的测试结果，从map图中可以看出效率有了明显的提高。

一旦装入装配控制器、直流/直流、车载充电器、辅助驱动系统(包括油泵、(/k0/)调等) )系统，就会形成“一体化”，电驱动系统从“一体化”变为“一体化”

列入工业和信息化部目录的新能源汽车驱动电机产品，每年有240家电机公司。 头部10家电机系统占市场份额的75%~80%，后面的200多家只占10%左右的APP市场份额。

根据工业和信息化部的目录，在车型驱动电机公司的排名中，轿车第一位是比亚迪，客车第一位是精进电动，专用车第一位是苏州绿色控制。 当然列入目录也不一定有产量。 目录上只有拿到了电动机系统的“准生证”。

下表为典型的新能源汽车oem电气驱动供应商。 这里有新造车势力，有以前传到车厂的，也有海外oem的。 从表中可以看出，中外主机厂功率电子模块的供应商主要来自国际平台，也就是非中国自主供应商。

在电动驱动组件中，领域经常被问到如何选择减速和变速。 简单的回复是普通轿车或轿车用减速机、高性能跑车用2速箱、城际运营商用减速或变速器、中国客车用直驱或减速机，但欧美客车必须使用大功率变速器，不能使用直驱。 重载工程车使用多速变速器等。 时间关系不详细说明。

感应电动机在新能源汽车上主驱动电动机的应用逐渐减少。 有时也适合感应电动机吗？ 如果有四驱诉求，辅助驱动需要用永磁电机离合，但辅助驱动加一个感应电机可以节约离合器。 主驱动用感应电动机一定不好。 因为能源消耗量太多了。 正如不仅特斯拉，步特斯拉后尘的将来也说明的那样，主驱动电动机用自己切身的经验说明了永磁电动机是可取的。

驱动电机的未来快速发展方向是效率、高速、永磁体、安全、可靠、良好的nvh和emc指标。 年新能源汽车中国中心评估显示，10个电动驱动系统均为永磁电机，永磁电机主驱动的选择毋庸置疑。 不要看到马勒、宝马、奥迪等使用励磁同步电机制造“备用轮胎”的样车。 怀疑永磁电机的地位发生了动摇。

励磁同步电机和永磁电机有什么区别？ 从前传来的同步电机励磁，可以通过调节励磁电流来调节磁场的强弱，也可以改变磁场的方向。 另一方面，永磁电机永久磁铁产生的磁场方向固定，随着温度上升强弱下降，如果不稳定，则会发生永久退磁。 新能源汽车用的永久磁铁几乎都是烧结钕铁硼的。 你用什么级别的永久磁铁？ 汽车驱动马达主要使用uh系列和eh系列的永久磁铁。 这张图显示了在哪个领域使用什么水平的永久磁铁，仅供参考。 以2021年6月的市场价格为例，35uh约为330-350元/公斤； (中间价格340元/公斤)、35eh: 380~400元/公斤(中间价格389元/公斤)。 这个价格比去年涨了很多。 新能源汽车驱动电机用永磁体为了改善性能提高性价比必须做出那些努力？ 技术方面的要求和迅速的发展方向如下所示。 其中减少重稀土的使用量是首要的努力方向。

车用永磁体的诉求量预计全球使用量到2030年将达到约10万吨。 永久磁铁的单位电力使用量，即每千瓦的电动机输出功率使用多少永久磁铁，总的来说使用材料对降低电动机的价格是不利的。 世界几种电动机的单位输出功率的材料使用量如图所示。 但是，永磁材料的价格多为其他材料的用量、整体技术，必须综合考虑其复杂性、可行性、产品的安全裕度。

如何降低永磁体的价格，保证永磁体材料产业链的安全控制？ 首先是重稀土的利用。 重稀土存在资源问题，晶格细化、镝(或铽)等重稀土可以减少重稀土的使用量，保障了资源的合理利用； 提高永磁材料的电阻率，减少永磁体的涡流损耗和发热，保证高温下的电机性能，但是材料的问题处理不了了怎么办？ 考虑将永久磁铁模块化，在设计电动机时降低损失的方法。

涂层问题非常重要。 反复强调涂层尽量不使用金属涂层。 由于金属涂层通电，所以整个内置永磁体像感应电动机的簧片一样发热，因永磁体的升温而导致电话性能下降。 所以从2008年开始，至今仍有很多人开始说用金属涂层。 当然，除了因为无法理解而选择金属电镀外，也有单方面追求低价的钱，在内置永磁电机上使用金属涂层的情况。

这张表很好地总结了各种涂层的优缺点，原始数据来自天津三环乐喜。

斜极应该使用轴向v型斜极配置，我在世界上第一次使用了这个斜极拓扑。 由于当时制造的v-型转子斜极时没有专利报告，所以今天全世界都采用v-型斜极的方法可以消除电机负载变化引起的轴向电磁力的交变和冲击。 。

发夹”绕组，特别是发夹绕组是我世界上第一个发明的，即使在20年后的今天，发夹绕组也是领导高效汽车驱动电机的先进技术。 配置在槽的高度方向上的扁线导体的层数增多有利于降低涡电流的表皮效应，但制造工序增多，变得复杂。 改变扁线是一项值得探索的高频电机绕组新技术。

关于i-pin型绕组，我认为焊点过多，制造问题突出的首要原因是焊点过多，端部时间长。 这是当时大陆企业最先提出的，至此与雷米合资提供通用汽车的42v混合动力皮卡电机。

s型绕组是用连续波卷绕的绕线方法。 我总是先把那个过程做成“鸟笼”，径向压缩后从电动机定子内放入定子槽。 随着电机变大，径向压缩变得困难，变得不可能。 这项技术是本世纪初美国雷米企业首次从福特伟世通( visteon )企业购买的，当时只用于汽车发电机。

这个页面ppt焦点怎么做扁线绕组的扁线导体？ 产品制造应该观察什么？

图中未示出耐冠状病毒扁线正常和失效试验结果。 高频绕组必须进行局部放电试验，但遗憾的是，很多电机供应商没有试验设备，电机绕组也没有进行pp和pdev试验就出厂了。 这个视频展示了扁线绕组的制造过程。 录像是我在金杯电工生产线录制的。

需要强调的是，绝缘劣化并不都是热劣化引起的，也有可能是局部电劣化引起的，但是如何区分电劣化和热劣化呢？ 必须弄清楚燃烧马达的原因。 无局部放电(无pd )是热劣化，有局部放电)有pd )应该是电劣化。

对不起，时间有限，今天就到此为止。 我准备的ppt复印件太多了。 此外，还有包括功率电子控制器关键技术等在内的60页以上的ppt。 另外，将来有机会和大家分享。

(注:这篇文章是根据现场速记整理的，未经演讲嘉宾审查，请勿作为参考资料转载() ) )。