精进电动创始人蔡蔚：西安西玛电机和电力电子相关技术_媒体报道

来源：{dede:field.source/} 日期：2019-08-16 10:00 　很高兴有机会跟大家分享一下关于电力电子方面的问题。我在这里主要是讲电机对这方面的需求。精进电动最近在电力电子方面做了很多的工作，一半是在国内做的、还有一半是在美国做的，是美国团队做的，我跟大家讲讲我们做了什么。

　　能源向轻量化发展，所以汽车向电动化发展，汽车和能源两个结合到一起才是中国国家发展的大旗。以某知名品牌电动车为例，他现在二氧化碳的排放远远超过了燃油车，所以电动车也不应该鼓励超大和超豪华的方向发展。

　　这是我们大家都熟悉的一些法规方面的问题，没有电动化是不可能达到油耗指标的、也不可能达到我们国家特别规划出来的双积分的政策。

　　还有一个原理方面的问题，传统汽车的能量转换是单向的，电动化的汽车能量转换传递是双向的，这是一个原理的问题，这是为什么电动车节能的一个主要的原因。电机既能把电能变成机械能、也能把机械能变成电能，而传统的发动机和变速箱变成机械能以后再想变回去是不可能的，如果不用的话全部浪费掉。电驱动和总成的发展，是以电机和电力电子为技术总成的。我们国家的“十三五”科技发展规划，最开始的时候我就跟欧阳老师商量把这个字改了，原来叫“电机系统”，把它改成了“电机和电力电子”，更明确的说明了电力电子在这方面的重要性。

　　大概有几个方面，包括电机的本题，齿轮、齿轮箱、车载充电器、辅机电驱动系统、功率控制器、总成的信号控制器，整个加到一起是从软件和算法连起来，跟整车的联系是机电和通讯。

　　图中间画绿框的是跟电力电子相关的东西，就是说我们在讲一个混合动力，为什么讲混合动力呢?因为混合动力更复杂一些，是电动化的部分+传统的发动机和变速箱的部分。

　　如果把我们国家的“三电”技术放到一起，我们大概发现有这样几个东西，驱动电机基本上是感应电机和永磁电机，而功率电子元器件是用硅基IGBT和未来的第三代宽禁带功率半导体方向发展，电池基本上是传统的铅酸电池、镍氢电池，未来向固态电池方向发展。

　　如果我们把电机分成两种的话，现在市场上用的主要是永磁化的电机，而永磁化的电机逐步达到了我们国家的新能源汽车电驱动系统的85%到90%以上，而且有进一步向前发展的趋势。我这里不讲感应电机，只讲永磁电机。永磁电机集中绕组和分布绕组的，极对数增加是减少电机尺寸的一个方法。增加电机的转速是减少电机尺寸的另一个方法，原理上来讲只有这两个方法，剩下的都是向材料挑战。

　　我们得出了分布绕组和集中绕组的电机各有特点。分布绕组，省材料、不花钱的绕组多。集中绕组，因为工作区比较狭窄。大家都知道，工程师最害怕科学家给了我们一个数，这个数没有误差。工程师总是要求误差的，而集中绕组的电机误差是比较大，而分布绕组的可能误差比较小。得出结论也是，分布绕组的电机不太容易散热，集中绕组的电机容易散热，如果你发现电机烧了百分之八九十都是集中绕组电机，普遍采用的方法是封到一起，用高导热率的材料进行密封。

　　对于高速电机的需求有两种，一种叫BSG，现在的混合动力电机当中的48V，48V电机需要很高的转速，因为有一个皮带传输比2.5到3，而电机最低要求是1.5万转，大部分需要1.8万转甚至2万转的电机，这么高转速的电机我们就需要开发高速电机，因而功率电子的频率需要提高。

　　除此以外，还有一种是燃料电池的空压机和电动涡轮增压器，这个是指对于传统发动机提高效率的一个方法，就是用电动涡轮增压器和燃料电池。刚才清华的老师已经讲了，我们一起合作在做，这个需要9万转到14万转高的转速。这么高转速的电机显然对电力电子提出了挑战，我们必须提高频率。

　　还有一种是矩形导体的，刚才欧阳老师也讲了，矩形导体我国是世界上第一个把它放到新能源汽车上应用的，而且是批量生产的。14年以后，我很高兴的看到了全世界没有一个公司没有研发这个，尤其是国外的公司。就是说经过14年大家终于认识到了我15年前的专利是有用的，但是这个时候正好可以不用专利了。

　　汽车未来既可以充电，也可以作为电源使用，这是一个很重要的部分。而且车作为局域网的一部分使用，也是作为一个电源充电和放电两个共同作用的部分。

　　汽车电动化的另一个就是智能化，过去很多电机系统不具备智能化，而现在由于网联化等等的一些需求，比如马航的飞机没了，我们一直在找通讯的黑匣子，好知道飞机在哪儿，未来的车也应该有这个，因而国产化的电力电子和一些智能控制的软件非常重要，所以一定要看到自主方面该做的事情，远远超过了成本能和不能的问题。

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　　还有一个软件和算法的问题，通过软件和算法可以降低噪音大概5—6分贝，我们可以通过一系列算法提高现有的电机功率15%，仅仅通过控制算法。

　　还有一个软件的问题，是应用加上Service做到OSEK。

　　我认为应该做的是双面冷却，现有的IGBT应该是发展的方向。而碳化硅、氮化镓是未来的发展方向。精进电动在这方面跟美国的数所大学在合作，做了一个80千瓦的碳化硅的控制器，也在做另一个30千瓦的氮化镓的控制器，主要应用于燃料电池和其他几个方面的应用，氮化镓暂时不适用于高电压的控制器，目前还不具备这个条件。

　　芯片方面，比亚迪的宋全部用自己的芯片、自己的封装，做自己的控制器来控制宋，过去秦曾经尝试过，不是非常成功，后来经过改进，他们已经具有了产业化的能力。现有的价格这个模块是多少钱呢?两三千块，应该目标价格是700元，能不能做到?应该可以做到，这是我的观点。

　　另一个是多功能集成在一起，精进电动目前做的有四合一的控制器。还有一个充电和驱动，因为开车的时候从来不充电、充电的时候不开车。我知道有很多人说无线充电的时候，车一边走、一边充，现在还没做到这一点。我们完全可以用一个功率模块来做，有很多的人都在尝试着做这样一些东西，精进电动也在尝试。

　　另一个，电力电子的碳化硅和电机集成到一起了，温度也可以集中到一起，刚才温老师已经提到了绝缘方面有很大的问题，中国所有的绝缘材料的原材料全部依赖进口，百分之百，我们必须解决这个问题，否则将来受控于人家。另外电机与减速器集成，精进电动已经大批量的推广这个东西，商用车上我们推广的是电机和变速器的集成，尤其是两档变速箱。

　　我想顺便提一下这件事，是噪音相关的问题。左边讲的反电势的问题是电机可以做到的，可是为了做好这个需要增加电机的成本，但是增加了电机的成本就可以减少控制器电容的使用量，电机和控制器是相辅相成的，一个提高了另一个就可以下降。

　　提高电压有利于增加功率，比亚迪是一个典型的改革，在制定“中国制造2025”方案的时候，他们提出了做1500V甚至更高的建议，最后大家还是在1000V以下。

　　一些关键的技术是什么?我们首先认为，一个是电机的极对数要多，一个是电机的转速要高。原理上来讲减少电机，为什么减少电机，多用控制器、少用电机?为什么?因为控制器现在主要的成本是知识产权、是基础产业。把基础产业提上去、把知识产权提上来，控制器未来的价格，比如一个800安培的控制器价格应该在3500元以下，而现在模块的钱就是3000元，这显然是不合理的，这个价格是可以下得来的。而电机的材料大部分是硬材料，铜、铁、永磁体，尤其永磁体是我们国家独有的，我们不希望价格跌的太低。因而从这个角度上来说，我们总是要想办法多用控制器、少用电机是未来的一个发展方向。

　　还有一个“三小电”的问题，也需要很好的解决。我们缺少一个安全方面的措施就是无位置传感器的控制，我们未来的传统汽车上每个车都应该有无位置传感器的算法，当你位置传感器失效了以后可以开回家、开到4S店，至少这是应该做到的。而现在我们大部分控制器都不具备这样的算法。

　　控制器的电流增加可以增加整个系统的功率，就是说同样一个电机，就把控制器电流增加了，整个系统的输出功率就增加了，同样道理，为了使控制器用的小、用的电流能力差的控制器，就需要做一个大的电机，所以我们需要这样一个东西，是做一个大的电机合适呢，这是一个例子，完全一样的例子，假设生产同样大小的一个转矩的电机，这个电机系统所需要的控制器的能力大的时候是右边这个结果，显然右边这个使得整个系统的性能大大的提高。也可以增加功率输出，我都有具体的数据，而且这些都是真正的样机。

　　为了减少振动和噪音，精进电动到现在为止做了有100台左右的样机，做各种各样的测试，来减少振动和噪音，解决这些问题是很重要的。典型控制器的指标主要讲的是电容的电压和IGBT的电压能力，这两个能力实际上造成了控制器失效的主要原因。

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　　最早的时候福特是把控制器和变速箱集成到一起了，但是福特现在不这么做了，把变速器拿出来了，原因很简单，变速箱里头脏东西太多，进到了控制器里头。因而这个路径好像逐步在变少了，而且有的人尝试了不算成功。

　　总而言之，第三代功率半导体是发展的方向，第三代功率半导体有这么多好处，这是我们目前可以找到的在市面上已经封装好的Cree的第三代功率半导体碳化硅的，电流已经达到了444安培。

　　最后一个，我国汽车的核心零部件供应商要有全球竞争力，这是非常重要的。精进电动的电机已经批量出口克莱斯勒了，去年获得了Wards“全球十佳发动机”，中国以前从来没有获得国“全球十佳发动机”，所以我们逐步进到了这个市场。