2020全球供应链大会｜上海电驱动张舟云：电机要专注提高材料利用率、工况匹配效率和品质

9月16日，由南京市人民政府和中国电动汽车百人会共同主办的“2020全球新能源汽车供应链创新大会”正式开幕。本次大会以“如何做强三大汽车链，实现真正的汽车强国”为主题，联合国内外汽车制造商、零部件企业、跨国公司、汽车行业专家学者、政府相关部门代表，共同关注汽车行业将如何重视产业链变革，如何为全球汽车电动化变革持续深入的新时代做好准备。9月17日下午，上海电气传动股份有限公司副总经理张在“电气供应链的未来机遇”主题峰会上发表了精彩演讲。以下为演讲实录:

张:大家好。接下来要给大家介绍的是电传动系统，包括驱动电机、电机控制器、减速器、变速箱以及一些机械传动装置。我的课题是电传动系统的关键技术创新与产业升级，涉及到很多创新技术。我重点讲一些纯电动汽车领域三合一总成相关的创新技术和产业链相关的内容。这一页是关于乘用车对发动机的需求。事实上，这个说法我们已经用了很多年了。近年来，电机技术发展迅速。现在从汽车应用来看，需求也在很多方面进行了调整。我们现在比较关注的是我强调的几个点:一个是集成，电驱动总成要做的更集成，更小。当然，集成涉及机、电、热、磁、噪声等多个领域，是一个综合性的设计过程。后面我会单独讲一些集成涉及的技术问题，这是第一个要求。第二个要求是电传动产品的可靠性、长寿命、免维护。车辆应用方面，应该是八年或者24万公里。但现在实际使用的话，有一部分是用于出租或者运营，这就大大提高了对车辆寿命的要求，比如30万公里，40万公里。从这个角度来看，对电驱动系统的要求提高了。驱动电机涉及的部分材料需要回收，尤其是电机总量增加后如何回收再制造。第三个要求是噪音和电磁兼容性，这是我们从车的品质上一直追求的。还有一个就是成本。其实成本对我们来说从一开始就是一个挑战，尤其是这两年，对于我们做电机驱动和电驱动的企业来说是非常大的。如何在如此低的成本下保持企业的竞争力，在市场上占据一定的份额，并不断投入一些新技术，是我们所有电机企业面临的问题。你现在关心什么？重视电传动系统本身的智能化和自身的健康诊断技术。电池健康的预测，大家都心知肚明。其实现在对电机也有这方面的要求。我们正在考虑如何利用大数据资源更好地监测和预测电机的寿命。另一个是功能安全，尤其是两三年后量产的汽车，对电机的功能安全要求逐渐提高。对于中国驱动电机系统行业的发展，我有三个小段子来总结。就电机而言，总体来说，我认为电机的设计和制造与国外相当。从产业规模来说，中国电机自动化生产线包括设备的水平也是很高的，因为现在竞争企业很多，相对来说电机行业产能过剩。在电力电子方面，前几年中国和国外差距很大。经过这几年的努力，我们从器件到封装到逆变器的整体水平提升很快，现在基本可以达到国外同类产品的水平。还有第三代半导体器件，以……为代表licon碳化装置。特斯拉已经在Model 3中批量应用碳化硅器件。碳化硅器件的成本很高，我们一直在考虑什么时候能广泛应用。在特斯拉的拉动下，这个过程肯定会加快。我们也看到比亚迪的“汉”电动车也开始使用碳化硅器件。个人认为目前碳化硅器件价格可能偏高，两到三年后有可能在市场上看到越来越多使用碳化硅逆变器的电动车。还有一个就是产业链，这些年我们一直在强调，一直在推动我们自主产业链的发展。电机和逆变器也是产业链的一部分，属于中间环节。实际上，材料和IGBT等核心器件都涉及到下一个层面。经过这些年的发展，我国已经有很多企业可以实现IGBT的自主替代，并且在市场上也有了一定的应用规模。在乘用车电驱动总成领域，三合一总成已经是全行业的共识，在国内外市场上我们也看到了很多三合一产品的应用。相比之下，我们国内三合一总成的技术水平，无论是总成体积密度、扭矩输出能力，还是效率水平，都和国外差不多。当然有的产品最高转速是12000转，有的是16000转，但是总成的输出转速还是比较差不多的。而且国内也有出口北美的案例，当然也有很多国外的产品在国内市场应用，所以从组装层面来说，整体发展还是比较好的。我再说一遍为什么要用三合一。这是必要的。第一，一体化结构非常紧凑，在整车布局方面可以做成更好的平台。当大众汽车在2016年推出MEB平台时，这是一个明显的模块化装配。第二，从零件本身来说，集成后可以省去电机和逆变器的线束，有利于花键润滑和装配噪音。对于零部件企业来说，如果能够平台化，就可以用同样的机械布置，通过改变功率模块的大小和电机定转子的有效长度来控制成本，以匹配不同车型的需求。同时可以考虑集中采购降低成本。为什么这么说？因为有一些订单，如果在生产过程中调整了订单，可以调整到其他有平台型结构件的订单，从供应链的布局、生产组织、备货都是非常有利的。我们有一个125kW的三合一总成，功率范围从95kW到145kW，最高转速相同，电机铁芯长度会根据扭矩需求而变化，一套三合一总成可以匹配不同的车辆应用，就是一个很好的例子。说到电传动系统集成的创新技术，主要包括机械、电气和热三个方面。在机械设计中考虑扭矩的传递路径就是如何将电机和减速器集成在一起。还有从电学的角度看电学和电磁学的融合；热观点侧重于热管理一体化，如电机、减速机集中油冷，非常有利于热管理。另外，我还会讲几个个别的技术。电机技术现在看到有更多的扁平线电机。为什么？优点之一是扁线定子具有更好的结构刚度，也有利于定子端部的绝缘；此外，它在中低速区的效率更好，因此更适合城市工况。当然也存在一些问题，比如高频交流电阻导致损耗增加。因此，扁线电机的应用应发挥其优势。还有电机，稀土永磁也很担心资源。我们国家的情况是重稀土少，轻稀土多，所以电机技术就是如何通过重稀土的掺杂和替代来减少重稀土的消耗。如何集成在电机控制器中？针对逆变器集成，要做功率模块定制技术，通过定制提高集成度。而且现在大家都在说800V电压平台。800V的电压从逆变器本身的设计研发来说并不算太难。更重要的是，要考虑充电的兼容性，这关系到车辆应用。我个人不认为800V是必然趋势，但它是一种存在形式，也就是说在某些型号上有应用。除了逆变器本身的集成，车载电力电子元器件的集成也是一个重要的方面，包括逆变器、DCDC、车载充电器的集成，也是一个非常重要的方向。关于碳化硅器件的应用，我前面说过，碳化硅的好处是高温、高效、高频，但是高频和高效之间有一个制约。如果开关频率较高，器件的开关损耗与开关频率成正比，开关频率高会影响碳化硅器件的高效发挥。所以在应用方面，也就是说我们在需要使用高频的时候使用。为什么有人说碳化硅器件这么乐观？原因是，与IGBT相比，碳化硅器件在中低速电流较大时效率更高，因此在评估城市运行模式的能耗方面具有优势。从计算和实验数据来看，能耗基本可以节省5%左右。对于运行能力或功耗相对较高的车辆应用，虽然使用碳化硅器件的成本稍高，但也有可能降低总运行成本。还有减速器，三合一总成离不开减速器。总的来说，我们现在已经有了各种各样的高速减速器样机和产品，但是在减速器方面还有很多事情要做，尤其是关键部件。从装配层面来说，一个重要的指标就是振动和噪音。其实电机的振动和噪音涉及的范围很广。如何提高它的性能，除了我们讲的集成和匹配，更重要的是从控制和设计的角度去抑制它。装配的另一个指标是EMC。EMC现在的困难是什么？目前产品等级达到国标二级或三级，但现在有些车厂要求达到四级或五级。怎样才能在第三级的基础上达到第四级？这是我们必须解决的问题。在电传动装配的产业链中，硅钢、磁钢、功率模块，包括不同封装的功率模块，其实我们现在都有产品，市场上也有很多应用，比如高速轴承、三合一系统的绝缘材料等。综上所述，我们从电机的角度出发，以如何继续提高其材料利用率、工况匹配效率和品质提升为目标。在控制器中，关键点是提高集成度、功率密度和效率。还有就是综合电驱动系统的深度融合，以及我们产业链的可持续发展。谢谢大家！9月16日，由南京市人民政府和中国电动汽车百人会共同主办的“2020全球新能源汽车供应链创新大会”正式开幕。本次大会以“如何做强三大汽车链，实现真正的汽车强国”为主题，联合国内外汽车制造商、零部件企业、跨国公司、汽车行业专家学者、政府相关部门代表，共同关注汽车行业将如何重视产业链变革，如何为全球汽车电动化变革持续深入的新时代做好准备。9月17日下午，上海电气传动股份有限公司副总经理张在“电气供应链的未来机遇”主题峰会上发表了精彩演讲。以下为演讲实录:

张:大家好。接下来要给大家介绍的是电传动系统，包括驱动电机、电机控制器、减速器、变速箱以及一些机械传动装置。我的课题是电传动系统的关键技术创新与产业升级，涉及到很多创新技术。我重点讲一些纯电动汽车领域三合一总成相关的创新技术和产业链相关的内容。这一页是关于乘用车对发动机的需求。事实上，这个说法我们已经用了很多年了。近年来，电机技术发展迅速。现在从汽车应用来看，需求也在很多方面进行了调整。我们现在比较关注的是我强调的几个点:一个是集成，电驱动总成要做的更集成，更小。当然，集成涉及机、电、热、磁、噪声等多个领域，是一个综合性的设计过程。后面我会单独讲一些集成涉及的技术问题，这是第一个要求。第二个要求是电传动产品的可靠性、长寿命、免维护。车辆应用方面，应该是八年或者24万公里。但现在实际使用的话，有一部分是用于出租或者运营，这就大大提高了对车辆寿命的要求，比如30万公里，40万公里。从这个角度来看，对电驱动系统的要求提高了。驱动电机涉及的部分材料需要回收，尤其是电机总量增加后如何回收再制造。第三个要求是噪音和电磁兼容性，这是我们从车的品质上一直追求的。还有一个就是成本。其实成本对我们来说从一开始就是一个挑战，尤其是这两年，对于我们做电机驱动和电驱动的企业来说是非常大的。如何在如此低的成本下保持企业的竞争力，在市场上占据一定的份额，并不断投入一些新技术，是我们所有电机企业面临的问题。你现在关心什么？重视电传动系统本身的智能化和自身的健康诊断技术。电池健康的预测，大家都心知肚明。其实现在对电机也有这方面的要求。我们正在考虑如何利用大数据资源更好地监测和预测电机的寿命。另一个是功能安全，尤其是两三年后量产的汽车，对电机的功能安全要求逐渐提高。对于中国驱动电机系统行业的发展，我有三个小段子来总结。就电机而言，总体来说，我认为电机的设计和制造与国外相当。从产业规模来说，中国电机自动化生产线包括设备的水平也是很高的，因为现在竞争企业很多，相对来说电机行业产能过剩。在电力电子方面，前几年中国和国外差距很大。经过这几年的努力，我们从器件到封装到逆变器的整体水平提升很快，现在基本可以达到国外同类产品的水平。还有第三代半导体器件，以……为代表碳化硅器件。特斯拉已经在Model 3中批量应用碳化硅器件。碳化硅器件的成本很高，我们一直在考虑什么时候能广泛应用。在特斯拉的拉动下，这个过程肯定会加快。我们也看到比亚迪的“汉”电动车也开始使用碳化硅器件。个人认为目前碳化硅器件价格可能偏高，两到三年后有可能在市场上看到越来越多使用碳化硅逆变器的电动车。还有一个就是产业链，这些年我们一直在强调，一直在推动我们自主产业链的发展。电机和逆变器也是产业链的一部分，属于中间环节。实际上，材料和IGBT等核心器件都涉及到下一个层面。经过这些年的发展，我国已经有很多企业可以实现IGBT的自主替代，并且在市场上也有了一定的应用规模。在乘用车电驱动总成领域，三合一总成已经是全行业的共识，在国内外市场上我们也看到了很多三合一产品的应用。相比之下，我们国内三合一总成的技术水平，无论是总成体积密度、扭矩输出能力，还是效率水平，都和国外差不多。当然有的产品最高转速是12000转，有的是16000转，但是总成的输出转速还是比较差不多的。而且国内也有出口北美的案例，当然也有很多国外的产品在国内市场应用，所以从组装层面来说，整体发展还是比较好的。我再说一遍为什么要用三合一。这是必要的。第一，一体化结构非常紧凑，在整车布局方面可以做成更好的平台。当大众汽车在2016年推出MEB平台时，这是一个明显的模块化装配。第二，从零件本身来说，集成后可以省去电机和逆变器的线束，有利于花键润滑和装配噪音。对于零部件企业来说，如果能够平台化，就可以用同样的机械布置，通过改变功率模块的大小和电机定转子的有效长度来控制成本，以匹配不同车型的需求。同时可以考虑集中采购降低成本。为什么这么说？因为有一些订单，如果在生产过程中调整了订单，可以调整到其他有平台型结构件的订单，从供应链的布局、生产组织、备货都是非常有利的。我们有一个125kW的三合一总成，功率范围从95kW到145kW，最高转速相同，电机铁芯长度会根据扭矩需求而变化，一套三合一总成可以匹配不同的车辆应用，就是一个很好的例子。说到电传动系统集成的创新技术，主要包括机械、电气和热三个方面。在机械设计中考虑扭矩的传递路径就是如何将电机和减速器集成在一起。还有从电学的角度看电学和电磁学的融合；热观点侧重于热管理一体化，如电机、减速机集中油冷，非常有利于热管理。另外，我还会讲几个个别的技术。电机技术现在看到有更多的扁平线电机。为什么？优点之一是扁线定子具有更好的结构刚度，也有利于定子端部的绝缘；此外，它在中低速区的效率更好，因此更适合城市工况。当然也存在一些问题，比如高频交流电阻导致损耗增加。因此，扁线电机的应用应发挥其优势。还有电机，稀土永磁也很担心资源。我们国家的情况是重稀土少，轻稀土多，所以电机技术就是如何通过重稀土的掺杂和替代来减少重稀土的消耗。如何集成在电机控制器中？针对逆变器集成，要做功率模块定制技术，通过定制提高集成度。而且现在大家都在说800V电压平台。800V的电压从逆变器本身的设计研发来说并不算太难。更重要的是，要考虑充电的兼容性，这关系到车辆应用。我个人不认为800V是必然趋势，但它是一种存在形式，也就是说在某些型号上有应用。除了逆变器本身的集成，车载电力电子元器件的集成也是一个重要的方面，包括逆变器、DCDC、车载充电器的集成，也是一个非常重要的方向。关于碳化硅器件的应用，我前面说过，碳化硅的好处是高温、高效、高频，但是高频和高效之间有一个制约。如果开关频率较高，器件的开关损耗与开关频率成正比，开关频率高会影响碳化硅器件的高效发挥。所以在应用方面，也就是说我们在需要使用高频的时候使用。为什么有人说碳化硅器件这么乐观？原因是，与IGBT相比，碳化硅器件在中低速电流较大时效率更高，因此在评估城市运行模式的能耗方面具有优势。从计算和实验数据来看，能耗基本可以节省5%左右。对于运行能力或功耗相对较高的车辆应用，虽然使用碳化硅器件的成本稍高，但也有可能降低总运行成本。还有减速器，三合一总成离不开减速器。总的来说，我们现在已经有了各种各样的高速减速器样机和产品，但是在减速器方面还有很多事情要做，尤其是关键部件。从装配层面来说，一个重要的指标就是振动和噪音。其实电机的振动和噪音涉及的范围很广。如何提高它的性能，除了我们讲的集成和匹配，更重要的是从控制和设计的角度去抑制它。装配的另一个指标是EMC。EMC现在的困难是什么？目前产品等级达到国标二级或三级，但现在有些车厂要求达到四级或五级。怎样才能在第三级的基础上达到第四级？这是我们必须解决的问题。在电传动装配的产业链中，硅钢、磁钢、功率模块，包括不同封装的功率模块，其实我们现在都有产品，市场上也有很多应用，比如高速轴承、三合一系统的绝缘材料等。综上所述，我们从电机的角度出发，以如何继续提高其材料利用率、工况匹配效率和品质提升为目标。在控制器中，关键点是提高集成度、功率密度和效率。还有就是综合电驱动系统的深度融合，以及我们产业链的可持续发展。谢谢大家！

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