刘宏鑫：新能源汽车电机电控系统现状及发展趋势

2020年10月21日-10月22日，由中国汽车工业协会和Xi市人民政府联合主办的“2020中国汽车供应链大会”(原“中国汽车零部件产业年会暨高峰论坛”)在陕西省Xi市举行。本届供应链大会的主题是“培育新机，探索新篇，开启新机遇——助力打造安全可控汽车产业链”，探讨“十四五”规划思路，掌控产业形势，分析全球汽车供应链发展趋势，助力打造安全可控汽车产业链。其中，10月22日上午，珠海英博尔电气股份有限公司技术总监刘红信做了“大数据助力产业链创新发展”的主题演讲。以下为现场演讲:

英博尔电气有限公司技术总监刘红信:谢谢组委会今天给我们这个机会。我的内容可能没有杨总的广泛。我就谈谈电机电控的国内外现状和我公司的产品策略，给汽车厂一些指导。包括四个部分:一是国内情况，二是单片机和电机电子控制的发展。还有就是下一代产品的规划，最后还有一些关于新技术的讨论。这显示了普锐斯，它已经在世界上销售了1500-2000万辆汽车。2035年，计划以此为主力。新能源汽车中电池成本占比超过平均水平，阻碍了电动汽车的推广。这种过渡产品就是作为主力的混合动力汽车。2035年，混合动力汽车将替代燃油汽车，占替代总量的50%以上，电动汽车的50%以上。混合动力最近成为每个车企的战略重点。当年在日本的展会上看到的第五代普锐斯原型车，基本都是以日本为代表，丰田第一，本田第二。这很好。这是混合控制器的照片。这是美国的福特，也避开了丰田专利。这个控制器早期是日本东芝做的，现在变成了三菱。混动技术基本在日本，美国没有。这个丰田专利，国内很多车企为了避开丰田专利，花了很多心思，加离合器，增加成本，降低可靠性。这是一个值得思考的问题。我认为为了专利而避免专利是有问题的。从长远来看，混合动力是一种过渡。30年后可能就不存在了，100%电动车或者氢燃料电池，但是15 -30年的过程是必不可少的。这是2025年美国的规划图。只是简单看一下。我还没看到新的。美国人在哪些方面做得非常好？他们还计划通过电动马达控制成本。我们的中国规划图很粗糙，没有实质性内容。我希望我们能使这个路线图更加清晰和明确。这是前年宝马推出的控制器参数。我来重点说说英博的情况。英博是最早做MCU的，特斯拉是最早也是最成功做电动汽车的企业。英博制造铜转子异步电机，这是中国迄今为止最大的批量生产，近20万台。在此基础上，我们开发了永磁220平台和永磁180平台，这是电机的现状。从10000转突破到16000转。这些就是永磁和异步电机的优缺点。这几年90%以上都是永磁，异步电机又开始流行了。一种是前后驱，前驱是永磁同步，需要离合器。同步异步电机不需要弱磁，所以异步电机已经开始畅销。中国必须用异步电机制造高档电动车。我说的是高效异步电机，不是铝转子，是铜转子。永磁同步电机的磁阻转矩从50%提高到60%。最近我们的目标是70%，永磁同步电机成本下降。现在，出口受到限制。最近，对美国的出口管制加强了，但是……st价格还是很贵的。通过增加磁阻电机LD-LQ，可以减少永磁体的消耗，降低成本。汽车的行业利润很低，成本很低，量很大，追求的是成本。日本、韩国、德国都在研究磁阻永磁同步电机，欧美比较稀缺。他们更喜欢研究少用永磁材料或者不用永磁的同步电机。这是我们国家路线图的内容。一般我们强调每公斤功率密度多少千瓦，或者每升控制器多少千瓦。我们基本上谈论的是峰值功率。第二个是关于路线图中的核心部分，我并不认同。核心部分只有定子和转子，不够科学。右边的红色是我们目前的产品状态，还是比较高的。这是我们目前产品的图集，中间是平台产品，OBC，DC-DC，PDU，电机控制器，MCU，变速箱。我们可以形成4+2和3+3两种模式，这是目前主流的电力整合模式。目的只有一个，就是提高功率密度，减轻重量，降低成本，方便安装使用，系统平台化。这是目前做这个产品的目的。但是缺点是什么呢？你的结构和技术会很复杂，维护成本也会上升。换个充电器就要全换，还要换个控制器，维修成本会大大增加。最重要的是提高质量。如果质量真的在100 PPM以下，质量还是可以的。这是三合一产品，三合一电机是电控的，只是结构不同，高度不同。这是一个四合一的产品。目前我们和国内主流竞争对手的对比都集中在这条线上。目前功率密度2.38kW/kg，我们能做到的比别人高很多。这是特斯拉的1.83，我们是2.38，高出20%以上。这个有据可查，有实物。同等动力对比重量和体积还是可以的。我们可以通过提速来减轻重量，但是提速带来的问题也很多，比如噪音问题，可靠性问题，无论是8年30万公里，还是现在租赁车60万公里的质保。提速带来了很多问题，包括NVH问题。下面是我们说的电机控制器的现状，目前业内有两种模式，一种是IGBT模块，一种是单管。我们的产品是以单管IGBT为主流产品。目前正在和德国柴福合作做商用车系统。功率比较高，用的是IGBT模块。这不是谁好谁坏的问题。按照我们公司某个层面来说，某项技术是有优劣的，没有对错。目前我们的电源模块用的是德国英飞凌和美国安森，我们国产的斯达也在列。许多公司也推出了相应的IGBT。目前，我们国内的IGBT还是不错的。希望车厂支持国产品牌。你什么意思？因为我们的客户是车厂，我们的上游是国内的厂，我们不给他机会，他们永远也不会有机会成长，所以车厂要给我们机会，说不需要国货，车厂不要崇洋媚外，希望学习韩国日本。为什么中国汽车没有技术？就是因为中国人不喜欢中国车，吉利现在很牛。可以去欧美，随便看看现代。就连韩国的起亚在美国也到处打广告，中国的车到处都是。上次去伊朗，满大街都是吉利。我问他们，他们说吉利还行，街上吉利多。我很惊讶。希望以后中国的车走出国门的时候，是吉利和比亚迪的样子，而不是丰田和本田。我希望我们中国人有爱国情怀。我们的零件厂也要开工了。刚才芯片厂蒋总经理说，国产芯片和半导体我可以试用，我也可以做，但是客户可以选择，但是我们做的是性价比。我们所要做的就是与外国竞争者平起平坐。如果你给他一个机会，他一定会成长，因为我们有这个信心……在国内低速车市场，我们绝对是国内第一，占70-80%的市场份额。目前国产MOSFET和中芯半导体供不应求。为什么？可靠性已经做了。希望大家一定有这样的感受，以后自然会好起来。如果不用，国产半导体质量上不去，从而完全替代进口。这是我们的结构，功率密度越来越高，左边70KVA/ L，右边100 KVA/ L，后面130KVA/ L，超过美国2025年的规划。成本要最低，结构弹性要大，10个厂家10个要求。一个标准化的产品满足不了10个客户的要求，功率可扩展性强。这需要结合您的工艺、电路设计和驱动设计。这就是我们产品的动态均流问题，这是一致性的问题。如何保证可靠性是一个关键问题。这是国外的产品，其实都是并联的，模块都是并联的。水货随时都有。让我们简单看一下下一代。右边是STPACK，主要是特斯拉做的，为他定制的。后来碳化硅没有量产，大家都被特斯拉了。特斯拉现在使用这个外观，它是IGBT。两年前，解剖者发现那是IGBT。我们问他们有没有碳化硅，他们说绝对没有。双面散热也是我们深入研究的内容。不管哪个厂推，这个方案都有很大问题。如果半导体被夹住，我们的车现在要求10 G振动，混合动力要求40 G，30 G，你挤这些G，做实验的时候元器件会损坏，可靠性很差。我不太同意这个方案。这就是双面散热的优缺点。任何事情都是双方面的。有利有弊。尤其是现在很多厂家的混合动力今明两年，这个问题非常突出，因为模块达不到10 G的要求，这个就不说了，还举一些例子。我们未来的应对策略之一就是有三个洋品牌，不够安全。我们将开发两个国产品牌。在这种情况下，我们会做一些专门的分封装，自己研究，如何解决热阻降低的问题，包括焊接，提高其可靠性。这就是我们现在正在做的事情。你刚才说要进行结构创新。目前只有国外要求，国内标准普遍较低。中国现在应该提高标准，不要落后于欧美。在新能源汽车方面，中国在电池方面已经领先，电控不比国外差，电源在国内遥遥领先。这次美国的疫情很严重。美国有呼吸机，需要电源，他自己做不到。呼吸机的所有电源都是在中国买的。美国的半导体很厉害，但是美国制造业的设计很弱，科研能力没那么快。中民一周做一个产品，中民的努力是顶尖的，中民的应用技术是世界领先的。希望国标能跟上，引领世界。让外国人按照中国人的方式去做，这是目前最难受的地方。中国总是等同于采用国家标准。没有自己的创新，如果不能在网络化和智能化上领先世界，中国就彻底失败了，燃油车也要失败了。新能源汽车会失败吗？民企管不了，大国企要震惊。我也这么认为碳化硅的用途是什么？有一件事。这种碳化硅有一个好处。击穿电压提高后，损耗比降低，对高电压、高效率有很大帮助。毫无疑问，电场和导热系数增加，对小型化设计有很大帮助。前一页是文档，是美国的Corey给的。整车效率提升了3-8个点。这是我之前的文件，但我没有看到现实。直到我们做出自己的东西，这是我自己做的碳化硅的实际曲线。日本人还是对的。这种效率……rve是准确的。最少可以提高1分，最多可以提高10分，平均效率可以提高3%。持续功率可以提高15%，我们可以用650伏的灯管达到500伏。这是我的曲线，每条曲线有10条，节能效率还是比较可观的。现在如果在我们的公交车上推这个，如果公交车做这个规划，因为公交车耗电300 -500度，节约10-20度电，我就以这个成本拿回SIC成本，长期运行节能效率高。所以在公交车上是可以工业化的，客车上还是有电路可走的。目前乐观估计还需要三年。就在前两天，国产碳化硅芯片在江苏发布，三年左右就能达到现在的成本水平。这是我们乐观的估计。这是变速箱。目前我们的转速是16000转。国内能做16000转变速箱的厂家很少。在这种情况下，我们公司不会做新的变速箱技术。我们要研究变速箱，如何解决无齿轮传动的问题，如何解决无齿轮传动的问题。轮边电机高速发展。轮毂电机未来会做什么还不知道。双电机电子差速系统一定要做。还有就是储能。目前主要用锂电池，磷酸亚铁锂有比亚迪技术，珠海钛酸锂电池。无论哪种锂电池，原理功率密度都不一样，可靠性和寿命也不一样。还有超级电容。对于混合动力，我一直主张使用超级电容。超级电容虽然更大，但寿命还是很容易达到15年，储能技术也要发展。二是创新与零部件厂、汽车厂的合作模式。2020年10月21日-10月22日，由中国汽车工业协会和Xi市人民政府联合主办的“2020中国汽车供应链大会”(原“中国汽车零部件产业年会暨高峰论坛”)在陕西省Xi市举行。本届供应链大会的主题是“培育新机，探索新篇，开启新机遇——助力打造安全可控汽车产业链”，探讨“十四五”规划思路，掌控产业形势，分析全球汽车供应链发展趋势，助力打造安全可控汽车产业链。其中，10月22日上午，珠海英博尔电气股份有限公司技术总监刘红信做了“大数据助力产业链创新发展”的主题演讲。以下为现场演讲:

英博尔电气有限公司技术总监刘红信:谢谢组委会今天给我们这个机会。我的内容可能没有杨总的广泛。我就谈谈电机电控的国内外现状和我公司的产品策略，给汽车厂一些指导。包括四个部分:一是国内情况，二是单片机和电机电子控制的发展。还有就是下一代产品的规划，最后还有一些关于新技术的讨论。这显示了普锐斯，它已经在世界上销售了1500-2000万辆汽车。2035年，计划以此为主力。新能源汽车中电池成本占比超过平均水平，阻碍了电动汽车的推广。这种过渡产品就是作为主力的混合动力汽车。2035年，混合动力汽车将替代燃油汽车，占替代总量的50%以上，电动汽车的50%以上。混合动力最近成为每个车企的战略重点。当年在日本的展会上看到的第五代普锐斯原型车，基本都是以日本为代表，丰田第一，本田第二。这很好。这是混合控制器的照片。这是美国的福特，也避开了丰田专利。这个控制器早期是日本东芝做的，现在变成了三菱。混动技术基本在日本，美国没有。这个丰田专利，中国很多车企都花了很多心思去规避丰田专利，加入clut……这增加了成本并降低了可靠性。这是一个值得思考的问题。我认为为了专利而避免专利是有问题的。从长远来看，混合动力是一种过渡。30年后可能就不存在了，100%电动车或者氢燃料电池，但是15 -30年的过程是必不可少的。这是2025年美国的规划图。只是简单看一下。我还没看到新的。美国人在哪些方面做得非常好？他们还计划通过电动马达控制成本。我们的中国规划图很粗糙，没有实质性内容。我希望我们能使这个路线图更加清晰和明确。这是前年宝马推出的控制器参数。我来重点说说英博的情况。英博是最早做MCU的，特斯拉是最早也是最成功做电动汽车的企业。英博制造铜转子异步电机，这是中国迄今为止最大的批量生产，近20万台。在此基础上，我们开发了永磁220平台和永磁180平台，这是电机的现状。从10000转突破到16000转。这些就是永磁和异步电机的优缺点。这几年90%以上都是永磁，异步电机又开始流行了。一种是前后驱，前驱是永磁同步，需要离合器。同步异步电机不需要弱磁，所以异步电机已经开始畅销。中国必须用异步电机制造高档电动车。我说的是高效异步电机，不是铝转子，是铜转子。永磁同步电机的磁阻转矩从50%提高到60%。最近我们的目标是70%，永磁同步电机成本下降。现在，出口受到限制。最近加强了对美国出口的管制，但成本价还是很贵。通过增加磁阻电机LD-LQ，可以减少永磁体的消耗，降低成本。汽车的行业利润很低，成本很低，量很大，追求的是成本。日本、韩国、德国都在研究磁阻永磁同步电机，欧美比较稀缺。他们更喜欢研究少用永磁材料或者不用永磁的同步电机。这是我们国家路线图的内容。一般我们强调每公斤功率密度多少千瓦，或者每升控制器多少千瓦。我们基本上谈论的是峰值功率。第二个是关于路线图中的核心部分，我并不认同。核心部分只有定子和转子，不够科学。右边的红色是我们目前的产品状态，还是比较高的。这是我们目前产品的图集，中间是平台产品，OBC，DC-DC，PDU，电机控制器，MCU，变速箱。我们可以形成4+2和3+3两种模式，这是目前主流的电力整合模式。目的只有一个，就是提高功率密度，减轻重量，降低成本，方便安装使用，系统平台化。这是目前做这个产品的目的。但是缺点是什么呢？你的结构和技术会很复杂，维护成本也会上升。换个充电器就要全换，还要换个控制器，维修成本会大大增加。最重要的是提高质量。如果质量真的在100 PPM以下，质量还是可以的。这是三合一产品，三合一电机是电控的，只是结构不同，高度不同。这是一个四合一的产品。目前我们和国内主流竞争对手的对比都集中在这条线上。目前功率密度2.38kW/kg，我们能做到的比别人高很多。这是特斯拉的1.83，我们是2.38，高出20%以上。这个有据可查，有实物。同等动力对比重量和体积还是可以的。我们可以通过提速来减轻重量，但是提速带来的问题也很多，比如噪音问题，可靠性问题，无论是8年30万公里，还是现在租赁车60万公里的质保。提速带来了很多问题，包括NVH问题。下面是我们说的电机控制器的现状，目前业界有两种模式，一种是IGBT modul……另一种是单管。我们的产品是以单管IGBT为主流产品。目前正在和德国柴福合作做商用车系统。功率比较高，用的是IGBT模块。这不是谁好谁坏的问题。按照我们公司某个层面来说，某项技术是有优劣的，没有对错。目前我们的电源模块用的是德国英飞凌和美国安森，我们国产的斯达也在列。许多公司也推出了相应的IGBT。目前，我们国内的IGBT还是不错的。希望车厂支持国产品牌。你什么意思？因为我们的客户是车厂，我们的上游是国内的厂，我们不给他机会，他们永远也不会有机会成长，所以车厂要给我们机会，说不需要国货，车厂不要崇洋媚外，希望学习韩国日本。为什么中国汽车没有技术？就是因为中国人不喜欢中国车，吉利现在很牛。可以去欧美，随便看看现代。就连韩国的起亚在美国也到处打广告，中国的车到处都是。上次去伊朗，满大街都是吉利。我问他们，他们说吉利还行，街上吉利多。我很惊讶。希望以后中国的车走出国门的时候，是吉利和比亚迪的样子，而不是丰田和本田。我希望我们中国人有爱国情怀。我们的零件厂也要开工了。刚才芯片厂蒋总经理说，国产芯片和半导体我可以试用，我也可以做，但是客户可以选择，但是我们做的是性价比。我们所要做的就是与外国竞争者平起平坐。如果你给他一个机会，他一定会成长，因为我们有这个信心。在国内低速车市场，我们绝对是国内第一，占70-80%的市场份额。目前国产MOSFET和中芯半导体供不应求。为什么？可靠性已经做了。希望大家一定有这样的感受，以后自然会好起来。如果不用，国产半导体质量上不去，从而完全替代进口。这是我们的结构，功率密度越来越高，左边70KVA/ L，右边100 KVA/ L，后面130KVA/ L，超过美国2025年的规划。成本要最低，结构弹性要大，10个厂家10个要求。一个标准化的产品满足不了10个客户的要求，功率可扩展性强。这需要结合您的工艺、电路设计和驱动设计。这就是我们产品的动态均流问题，这是一致性的问题。如何保证可靠性是一个关键问题。这是国外的产品，其实都是并联的，模块都是并联的。水货随时都有。让我们简单看一下下一代。右边是STPACK，主要是特斯拉做的，为他定制的。后来碳化硅没有量产，大家都被特斯拉了。特斯拉现在使用这个外观，它是IGBT。两年前，解剖者发现那是IGBT。我们问他们有没有碳化硅，他们说绝对没有。双面散热也是我们深入研究的内容。不管哪个厂推，这个方案都有很大问题。如果半导体被夹住，我们的车现在要求10 G振动，混合动力要求40 G，30 G，你挤这些G，做实验的时候元器件会损坏，可靠性很差。我不太同意这个方案。这就是双面散热的优缺点。任何事情都是双方面的。有利有弊。尤其是现在很多厂家的混合动力今明两年，这个问题非常突出，因为模块达不到10 G的要求，这个就不说了，还举一些例子。我们未来的应对策略之一就是有三个洋品牌，不够安全。我们将开发两个国产品牌。在这种情况下，我们会做一些专门的分封装，自己研究，如何解决热阻降低的问题，包括焊接，提高其可靠性。这就是我们现在正在做的事情。你刚才说要进行结构创新。目前，只有国外要求……nts，而国内标准普遍较低。中国现在应该提高标准，不要落后于欧美。在新能源汽车方面，中国在电池方面已经领先，电控不比国外差，电源在国内遥遥领先。这次美国的疫情很严重。美国有呼吸机，需要供电，他自己做不到。呼吸机的所有电源都是在中国买的。美国的半导体很厉害，但是美国制造业的设计很弱，科研能力没那么快。中民一周做一个产品，中民的努力是顶尖的，中民的应用技术是世界领先的。希望国标能跟上，引领世界。让外国人按照中国人的方式去做，这是目前最难受的地方。中国总是等同于采用国家标准。没有自己的创新，如果不能在网络化和智能化上领先世界，中国就彻底失败了，燃油车也要失败了。新能源汽车会失败吗？民企管不了，大国企要震惊。我也这么认为碳化硅的用途是什么？有一件事。这种碳化硅有一个好处。击穿电压提高后，损耗比降低，对高电压、高效率有很大帮助。毫无疑问，电场和导热系数增加，对小型化设计有很大帮助。前一页是文档，是美国的Corey给的。整车效率提升了3-8个点。这是我之前的文件，但我没有看到现实。直到我们做出自己的东西，这是我自己做的碳化硅的实际曲线。日本人还是对的。这个效率曲线是准确的。最少可以提高1分，最多可以提高10分，平均效率可以提高3%。持续功率可以提高15%，我们可以用650伏的灯管达到500伏。这是我的曲线，每条曲线有10条，节能效率还是比较可观的。现在如果在我们的公交车上推这个，如果公交车做这个方案，因为公交车耗电300 -500度，节约10-20度电，我就以这个成本拿回SIC成本，长期运行节能效率高。所以在公交车上是可以工业化的，客车上还是有电路可走的。目前乐观估计还需要三年。就在前两天，国产碳化硅芯片在江苏发布，三年左右就能达到现在的成本水平。这是我们乐观的估计。这是变速箱。目前我们的转速是16000转。国内能做16000转变速箱的厂家很少。在这种情况下，我们公司不会做新的变速箱技术。我们要研究变速箱，如何解决无齿轮传动的问题，如何解决无齿轮传动的问题。轮边电机高速发展。轮毂电机未来会做什么还不知道。双电机电子差速系统一定要做。还有就是储能。目前主要用锂电池，磷酸亚铁锂有比亚迪技术，珠海钛酸锂电池。无论哪种锂电池，原理功率密度都不一样，可靠性和寿命也不一样。还有超级电容。对于混合动力，我一直主张使用超级电容。超级电容虽然更大，但寿命还是很容易达到15年，储能技术也要发展。二是创新与零部件厂、汽车厂的合作模式。

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