電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/程文智） 在新能源汽車(chē)的BOM成本中，電池組的成本是最高的，其次就是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本了，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本包括電機(jī)與電控，電控部分包含了以功率半導(dǎo)體為主的逆變器成本。

那么作為新能源汽車(chē)中第二重要的部件，它的需求是什么，產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何，關(guān)鍵技術(shù)有哪些，有什么發(fā)展趨勢(shì)呢？

我國(guó)車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)需求

在不久前的一個(gè)汽車(chē)論壇上，來(lái)自上海電驅(qū)動(dòng)有限公司的車(chē)輛事業(yè)集團(tuán)首席技術(shù)官?gòu)堉墼普劦搅藝?guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)的主要有六大需求。

一是低速時(shí)高轉(zhuǎn)矩、高速時(shí)恒功率，具有寬調(diào)速范圍。也就是說(shuō)車(chē)輛起步的時(shí)候能夠有高轉(zhuǎn)矩，高速運(yùn)行時(shí)能夠進(jìn)行恒功率輸出，電機(jī)的調(diào)速范圍能達(dá)到1：3到1：4以上；

二是高效率，即采用稀土永磁和電磁設(shè)計(jì)優(yōu)化，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高效率可以達(dá)到97%以上，電機(jī)超過(guò)85%的高效率區(qū)達(dá)到85%以上；

三是高密度、小型輕量化、集成化。即采用液冷結(jié)構(gòu)、高電磁負(fù)荷、高性能磁鋼、高轉(zhuǎn)速等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)小型輕量化和高密度化，并要求實(shí)現(xiàn)電傳動(dòng)系統(tǒng)集成、電力電子集成；

四是可靠性、耐久性、免維護(hù)、可回收。由于車(chē)用電機(jī)處于振動(dòng)大、沖擊大、灰塵多、溫度變化大的環(huán)境下運(yùn)行，這就必然要求電機(jī)系統(tǒng)具有耐沖擊、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)，以及可回收利用。

五是低振動(dòng)噪聲、電磁兼容與低成本。電動(dòng)汽車(chē)NVH（振動(dòng)噪聲）和EMC/EMI技術(shù)是整車(chē)研發(fā)水平的重要衡量指標(biāo)，電機(jī)成本的高低是決定電動(dòng)汽車(chē)能否產(chǎn)業(yè)化的重要因素。這也是電機(jī)電控系統(tǒng)供應(yīng)商的挑戰(zhàn)所在，既要保證產(chǎn)品的低成本，還需要持續(xù)保持產(chǎn)品的性能不降低，還要持續(xù)投入新技術(shù)的研發(fā)。

六是智能化、自診斷與高安全性。這要求電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)、自我診斷與故障預(yù)警及分即處理能力，還要具備高功能安全等級(jí)。

我國(guó)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

在張舟云看來(lái)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在功率密度、最高效率、峰值轉(zhuǎn)速、繞組制造工藝、冷卻散熱技術(shù)等方面與國(guó)外相當(dāng)；多家驅(qū)動(dòng)電機(jī)企業(yè)產(chǎn)能達(dá)到數(shù)十萬(wàn)套級(jí)以上，部分產(chǎn)品批量出口歐美，比如精進(jìn)電機(jī)就有些產(chǎn)品出口到了歐美國(guó)家。

在電力電子方面，五年前確實(shí)跟國(guó)際廠商之間有不少差距，但在最近五年，我國(guó)的車(chē)用電力電子控制器產(chǎn)品發(fā)展迅速，已經(jīng)很接近國(guó)際廠商的水準(zhǔn)了。我國(guó)的自主IGBT芯片、雙面冷卻IGBT模塊封裝、高功率密度電機(jī)控制器水平接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品；碳化硅器件、全碳化硅控制器已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)，自主封裝碳化硅模塊實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。據(jù)比亞迪半導(dǎo)體有限公司芯片研發(fā)總監(jiān)吳海平介紹，比亞迪在去年就推出了第三代SiC MOSFET模塊，采用了超聲波焊接和納米銀燒結(jié)技術(shù)，該產(chǎn)品已經(jīng)在比亞迪最新的漢上得到是使用。其第四代SiC+雙面散熱型的SiC產(chǎn)品也正在研發(fā)當(dāng)中。

目前Tesla的Model3也使用了SiC逆變器，張舟云認(rèn)為現(xiàn)在的SiC逆變器價(jià)格還是偏貴的，但隨著越來(lái)越多的車(chē)企使用，價(jià)格應(yīng)該會(huì)降下來(lái)。他預(yù)計(jì)未來(lái)兩三年會(huì)有越來(lái)越多的車(chē)企采用SiC產(chǎn)品。

在產(chǎn)業(yè)鏈方面，我國(guó)建立了電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，在關(guān)鍵材料和關(guān)鍵器件方面形成了自主的技術(shù)與產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代和批量應(yīng)用。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成是發(fā)展趨勢(shì)

在新能源技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器深度集成的電驅(qū)動(dòng)一體化總成是新能源汽車(chē)領(lǐng)域的主要技術(shù)方向。目前，國(guó)外以博世、大陸汽車(chē)、麥格納、吉?jiǎng)P恩、博格華納、采埃孚等為代表的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成商推出了電驅(qū)動(dòng)一體化總程產(chǎn)品。我國(guó)起步與國(guó)外基本同步，比如上海電驅(qū)動(dòng)、精進(jìn)電動(dòng)、巨一、匯川、比亞迪、上汽變速器等均推出了三合一電驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到13000~16000rpm，長(zhǎng)安逸動(dòng)EV460、比亞迪元EV360、廣汽Aion S已批量上市，精進(jìn)電動(dòng)的三合一電驅(qū)動(dòng)總成實(shí)現(xiàn)出口。

集成化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是十分明顯的，不僅能夠減小系統(tǒng)體積與質(zhì)量，提升整車(chē)布置便利性，增加車(chē)內(nèi)乘坐空間；系統(tǒng)間的能量損耗也有望進(jìn)一步降低，整體效率大幅提升；而且由于殼體、連接件的省略，系統(tǒng)成本與價(jià)格將會(huì)顯著下降；此外，也有利于模塊化標(biāo)準(zhǔn)供貨，縮短研發(fā)周期與匹配周期。

當(dāng)然，集成化也是有一些弊端的，比如前期研發(fā)與匹配費(fèi)用將會(huì)增加；NVH、可靠性、散熱等技術(shù)指標(biāo)挑戰(zhàn)難度提升，對(duì)研發(fā)能力要求更高；而標(biāo)準(zhǔn)化供貨也意味著定制化空間有限，車(chē)企需要做出更多妥協(xié)。

不過(guò)，整體來(lái)看，集成化電驅(qū)動(dòng)/電控系統(tǒng)是利大于弊的，已經(jīng)成為了新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

目前，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成以三合一技術(shù)路線為主流，即將電機(jī)、電控（逆變器）與減速器集成為電驅(qū)橋，常見(jiàn)于插電混動(dòng)和純電動(dòng)車(chē)上。電控系統(tǒng)的集成則傾向多合一模塊，通常將變壓器、車(chē)載充電機(jī)、加熱器、功率分流模塊等進(jìn)行集成，甚至?xí)CU(整車(chē)控制器)、MCU等包含在內(nèi)。國(guó)內(nèi)的北汽新能源、長(zhǎng)安新能源、中車(chē)時(shí)代等開(kāi)發(fā)了多種形式的多合一總成，其中北汽EMD（E-Motion Drive）3.0動(dòng)力總成系統(tǒng)為代表的純電多合一動(dòng)力總成已經(jīng)搭載在EU5系列車(chē)型上了。

隨著未來(lái)純電動(dòng)車(chē)型的進(jìn)一步滲透，集成化新能源模塊的應(yīng)用將愈加廣泛。尤其是三合一的電驅(qū)動(dòng)，由于其體積小、重量輕、成本低等核心優(yōu)勢(shì)，在合資車(chē)企和自主品牌未來(lái)的純電平臺(tái)車(chē)型上均將成為標(biāo)配。

比如在2020年北京國(guó)際車(chē)展上，精進(jìn)電動(dòng)展示了其全新一代的三合一電驅(qū)動(dòng)總成（EDM）實(shí)現(xiàn)了高度的集成化和輕量化，各個(gè)子總成也都達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)水準(zhǔn)。精進(jìn)電動(dòng)在電機(jī)和減速器上都采用了公司獨(dú)到的“無(wú)泵油水復(fù)合冷卻”技術(shù)，不但實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度的冷卻，也避免了油泵帶來(lái)的效率損耗；結(jié)合高效電機(jī)和減速器的設(shè)計(jì)，該總成達(dá)到了行業(yè)突出的連續(xù)功率水平。

華為則展示了其多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)DriveONE，據(jù)華為展臺(tái)技術(shù)人員介紹，這是業(yè)內(nèi)首款超融合動(dòng)力域解決方案，該系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)、MCU、PDU、OBC、DCDC、減速器、BCU七大部件的高度集成，不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)械部件和功率部件的深度融合，還將智能化帶入到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了端云協(xié)同與控制歸一。

廣汽新能源則發(fā)布了高性能兩擋雙電機(jī)“四合一”集成電驅(qū)，實(shí)現(xiàn)了雙電機(jī)、控制器和兩擋減速器深度集成。據(jù)介紹，接下來(lái)埃安系列車(chē)型將搭載該項(xiàng)新技術(shù)，屆時(shí)百公里加速用時(shí)縮短至2秒?yún)^(qū)間，刷新“中國(guó)最快的車(chē)”的加速記錄。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)

具體來(lái)說(shuō)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電力電子器件、高速減變速器等。

在高密度驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，大眾、沃爾沃、克萊斯勒等驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速在不斷提升，最高達(dá)到了16000rpm，Tesla的Model 3電機(jī)達(dá)到了17900rpm。從繞組結(jié)構(gòu)上看，發(fā)卡式繞組/扁導(dǎo)線繞組成為了明確的技術(shù)方向之一，目前通用、豐田和本田等企業(yè)在此類(lèi)電機(jī)方面有投入，扁導(dǎo)線電機(jī)的電機(jī)功率密度可達(dá)到3.8~4.6kW/L。此外由于稀土材料的稀缺性，業(yè)內(nèi)企業(yè)普遍在追求不用稀土或者少用稀土的電機(jī)產(chǎn)品。

在高密度電機(jī)控制器方面，芯片雙面焊接和系統(tǒng)級(jí)封裝是當(dāng)前國(guó)外電機(jī)控制器主流封裝形式，比如電裝、博世、大陸等集成控制器功率密度已經(jīng)達(dá)到了16~25kW/L。在雙電機(jī)插電式混動(dòng)和高功率乘用車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，直流電壓正呈現(xiàn)出從250V~450V提升到500V~800V的提升趨勢(shì)中。

在電力電子器件方面，除了現(xiàn)在常用的IGBT和MOSFET功率器件外，最近最受關(guān)注的莫過(guò)于SiC器件在汽車(chē)上的使用。SiC器件的高溫、高效和高頻特性是實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制器功率密度和效率持續(xù)提升的關(guān)鍵要素。目前豐田、日立和電產(chǎn)推出了全SiC PCU。豐田帶載SiC PCU載工況下較IGBT PCU損耗降低了30%。Tesla采用標(biāo)準(zhǔn)的SiC器件并聯(lián)方式，研制的大電流全SiC電機(jī)控制器已經(jīng)在整車(chē)上開(kāi)始使用了。據(jù)張舟云透露，我國(guó)中科院電工所、比亞迪、中車(chē)和精進(jìn)電動(dòng)等也研制了SiC電機(jī)控制器樣機(jī)。其中，電工所的控制器功率密度達(dá)到了37.1kW/L@85℃。

在高速減速器方面，博格華納、吉?jiǎng)P恩、麥格納等開(kāi)發(fā)出了14000~18000rpm的高速減速器。我國(guó)上汽變速器、重慶青山、比亞迪等自主減速器產(chǎn)品級(jí)最高轉(zhuǎn)速在12000~14000rpm之間，其中有廠商正在開(kāi)發(fā)16000rpm減速器產(chǎn)品。好消息是，我國(guó)正持續(xù)在軸承、齒輪等配套關(guān)鍵零部件方面加快開(kāi)發(fā)，并強(qiáng)化電機(jī)和減速器的深度集成。

張舟云分享說(shuō)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)還包括NVH性能的提升和EMC/EMI的優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，電驅(qū)動(dòng)一體化總成是新能源汽車(chē)的發(fā)展方向，我們還需要再深度耦合集成設(shè)計(jì)、高速減速器，以及軸承、齒輪等關(guān)鍵零部件開(kāi)發(fā)方面持續(xù)投入，研發(fā)出更多技術(shù)創(chuàng)新，性能優(yōu)異，又成本可控的產(chǎn)品。因?yàn)槠?chē)產(chǎn)業(yè)其實(shí)對(duì)成本要求也是很高，企業(yè)如何在既保證低成本的情況下，制造出客戶性能要求的產(chǎn)品來(lái)至關(guān)重要。

經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，其實(shí)我國(guó)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，國(guó)產(chǎn)化替代比例在逐漸上升中。

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