2021年6月22日-23日，由蓋世汽車主辦的“2021中國下一代汽車高質量發展論壇?新能源汽車三電先進技術?”在南京召開。本次會議持續兩天，將圍繞新能源三電中長期技術發展趨勢、政策、標準、上下游供應鏈、成本、材料體系、電池結構技術、熱管理、安全技術、電機電控關鍵技術、智能制造等行業焦點話題展開。會議期間，中國電動車百人會理事、哈爾濱理工大學教授，蔡蔚博士發表了“下一代電驅動系統全產業鏈的關鍵技術”的演講。

蔡蔚（主持人）：謝謝蓋世汽車，蓋世是我國家在汽車領域排名第一的媒體，是自主媒體。今天大會的議題主要是新能源汽車的三電技術，包括如下幾方面的主要內容：1.電驅動系統、2.電池、3.整車控制及其他充電和上游供應鏈的現狀與發展。

為什么叫下一代？

因為我國直到今年為止，新能源汽車主要還是靠政府補貼和法規推動，市場經濟拉動成分不高。然而從明年開始，補貼就沒有了，車廠需要在法規規范內靠市場競爭來取得勝利。到了談高質量發展的時機。本次會議為什么聚焦電動化汽車呢？在2021-2035年國家《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》中，規劃到2025年，我國3200萬輛汽車總量中，將有1900多萬輛是新能源汽車和混合動力汽車（二者合一叫電動化汽車），即那時市場上大多數是電動化汽車。所以這次大會聚焦未來汽車發展的主要趨勢：電動化。

為了多快好省地發展電動化汽車，今天的會議重點研討三電技術。到2025年的下一代汽車仍然是裝ICE發動機的占多數（含混合動力），但是這個論壇集中在新能源汽車的三電技術上。   

我常說的一句話：核心零部件三電技術強，新能源汽車則強，并帶動我國汽車產業由大變強。

我名字叫蔡蔚，今天的大會由我來主持，第一個報告也由我來作，題目是“下一代電驅動系統全產業鏈的關鍵技術”。

時間注定今天一定是蜻蜓點水，半個小時講不了太多內容。盡管準備了100多頁PPT，但是先只拿出50頁來講一講，如果時間允許的話再多講幾頁。PPT分兩個部分，后半部分是功率電子和下一代電驅動系統的技術路線圖，爭取稍微提一下，主要講前面50頁的電驅動總成和電機相關內容。

個人簡介：

首先介紹一下自己，我在歐美全職工作14年多，在中國工作了20多年。30多年里，在學研界待了十六年，也就是說在研究所當研究人員和在大學里當教授16年多，在產用界干了20多年。

我在美國助推雷米國際在納斯達克上市，回到中國以后創立了精進電動，目前精進電動已通過了科創版IPO審核。

從1990年開始做大學副教授、系主任，后來出國先在美國的威斯康星大學，然后在瑞士的蘇蘇黎世聯邦工學院，隨后又去了美國克拉克森大學，最后在位于印第安納州的雷米公司等工作。2008年奧運會之前，回國創立了精進電動，去年正式開始到了哈爾濱理工大學做全職教授。

順便介紹一下哈爾濱理工大學電氣工程學科。電氣與電力電子工程學院的所有專業都是一表招生，尤其是電機、絕緣電纜和高電壓技術三方面在我國業界經常被稱為“三電黃埔”，因為許多中小型電纜廠、電機廠等的總經理、總工程師畢業于哈理工。學院的各個專業在裝備制造業中有其獨到之處。

今天的主題演講分如下幾點：

（1）“雙碳”戰略與驅動電氣化；（2）電驅動總成&稀土永磁電機；（3）功率電子控制器；（4）2021-2035電驅動技術路線圖。    “雙碳”戰略是2030年碳達峰、2060年碳中和可能碳中和更具挑戰一些。過去在發展過程中，我國實際上在碳方面，尤其在發電方面問題比較嚴重。2020年，我們煤發電占了71%，前幾年還只占65%、68%，去年又煤電回升了。原因很簡單，在新能源發電當中我們遇到了一些挑戰，主要是局域網和儲能還不完善，導致風電和光電調節峰谷做得還不太好。但這些局部問題都在逐步改變和發展。

這頁PPT所示裝備放在一起，從機器人、電動化交通到新能源發電等等，最后都可歸結為開發和應用電機、功率電子、機械傳動。所以我在這里集中描述這些方面全產業鏈的關鍵技術。

講到電動化的交通，不管是天上飛的、下海里游的，還是載地上跑的，電動化交通的電驅動系統都是相通的，故如下僅以電動化汽車的電驅動系統作為案例。

齒輪箱，電機、功率電子、電池是汽車電驅動的核心。

在混合動力、純電動和燃料電池三種車型中，混合動力汽車是降碳的主力軍。碳排放與燃油量是正比關系。耗油越多碳排放就越多，省油就是減少二氧化碳排放，所以混合動力汽車是降碳的主力軍。

純電動車是降低PM2.5等污染的主力軍。我在許多場合曾經講過，即使電動車用電100%來自煤電，電動車有毒氣體和微顆粒的排放也比同重量的轎車少一半，甚至3/4。也就是說純電動車可以降低包括發電、輸電、充電全過程的總污染排放，而在運行地區實現“0”排放。

純電動車能否降碳？高效電驅動系統固然可以減低碳排放，但是它的碳排放是取決于發電，也就是說電動車全用煤電的話，碳排放就要多一些，如果用太陽能、風能和核能等發電比例較高，電動車碳排放就少一些。所以電動車降碳不僅取決于它本身，還取決于發電系統的碳排放。

燃料電池車，去年全中國生產1177輛，我認為還需要努力，盡管燃料電池車有了數百億、上千億的投資，但是2021年全國產銷1177輛，目前還處在努力奮斗階段。

1881年法國人古斯塔夫發明了電動三輪車。盡管比他早十幾年還有一個電動車，但是那個電池是一次性的，不能充電，故沒被稱之為電動車。

內燃機汽車比電動車晚，是1886年才有的。卡爾?奔馳先把車做出來以后，但沒有報專利，要是現在把車做出來了，沒報專利就等于已經公開了技術秘密，就報不了專利了。但是那個時候不像現在的網絡這么發達，所以他到1886年才申報專利。為了博得信任，奔馳的夫人把這個車開到她娘家去，開了100公里，才得以信任。這就是大家都熟悉的內燃機汽車的誕生。

混合動力是1898年由保時捷發明的。保時捷21歲就發明了輪轂電機，然后他在1898年時用汽油機帶著發電機發電，電被送給輪轂電機來開動這個車，就出現了世界上第一輛混合動力汽車。原理上有點像當今的增程電動車。

電動車、燃油車和混合動力汽車發明130年后的今天，圖示給出當今汽車的成本構成，傳統汽車在底盤、傳動總成和發動機三塊成本占較大比例；新能源汽車成本占比則以電池、電驅動系統和整車智能控制占比較高。其中電驅動總成實際上占比并不高，主要還是電池和電池管理系統較貴。從降成本角度來講，電池是主要對象。放到這里的兩張成本構成圖不一定100%正確，僅供大家參考。

我國2021~2035年《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》預測到2025年汽車產銷大概是3200萬輛，2030年大概是3800萬輛，2035年大概4000萬輛。

規劃新能源汽車到2025年占比20%，即640萬輛，到2035年時占比50%，即2000萬輛，剩下剩下的另一半是混合動力汽車，傳統燃油汽車按規劃到2035年是0。這就是說專門燒油的車，沒有電機、也不裝混合動力系統的車接近停產。我相信傳統燃油車屆時也一定不是0，還占一個不大的比例。但是，每臺車至少搭載一臺驅動電機，只是說明國家汽車電動化的決心。

汽車行業技術路線圖跟其他學學會編編制的技術路線圖不一樣，它是國家高層領導認可的，原因為汽車行業占我國GDP比重太高，從2011年開始，汽車全產業鏈已經占GDP的10%以上，而且一直保持到現在，最多的一年占比14%。

如下是規劃的車企油耗指標，包括含新能源汽車和不含新能源汽車的兩種算法的車企加權平均百公里油耗。達不到這個指標怎么辦？獎懲用雙積分政策規范實施碳交換，去年多個車企因不滿足雙積分政策而被罰款近10個億。大家一聽就知道罰款額度跟補貼不是一個量級的，所以未來法規的驅動和市場拉動將使得新能源汽車進一步向前發展。

除此以外，還有國六的排放法規限制，采用WLTC和CLTC循環工況取代NEDC分別測評節能和新能源汽車能耗。

談到新能源汽車占比要求，是不是中國有規劃，其它國家沒有？準確地說，我國的規劃是參考美國加州的汽車“0”排放法規制定的。任何車企要在加利福尼亞賣車，就要有如圖所示的零排放的汽車。對比來看，加利福尼亞到2025年規劃是22%的零排放的車，我國新能源汽車要求占比是20%，所以美國加州法規比我國新能源占比規劃更嚴厲。

在我國車企的傳統汽車油耗或新能源汽車占比不達標，都要執行碳交換，也就是罰款，加利福尼亞州也一樣。以特斯拉為例，特斯拉最早model S在美國賣一輛車就可以得3.5萬美金的補貼。加利福尼亞州政府有這么多錢補貼嗎？這些補貼款是從其他車廠來的，比如通用汽車、豐田汽車等，因沒有那么多零排放的車必須交的罰款。零排放車占比不達標被收繳的罰款通過加州政府獎給了像特斯拉或其他純電動車車企。因而，這明顯是可再生的獎懲循環。我國的補貼款來自國家和地方財政，是從老百姓兜里收得稅款，因為補貼不是行業內部的循環，故不可持續。補貼一定要過渡到碳交換是大勢所趨。

加州的過度零排放汽車，相當于我國的插電式混合動力汽車，就是需要一定零排放行駛里程的混合動力汽車。

講講我國新能源汽車的總體情況：圖示2021年第一季度新能源汽車達到7.9%的市場滲透率，圖下面的表格給出的是燃料電池汽車，2020年全國總銷售1177輛，還需要努力。量少的最主要原因是規模制氫成本和碳排放的問題。現在制氫主要渠道還是電解水。當然廢氣循環也能制氫，但不能支撐燃料電池汽車用戶使用，所以這個行業需要大家共同努力向前發展。   

不管是燃料汽車、混合動力汽車、純電動汽車，最主要的部分就是高效節能，怎么判斷是否高效呢？我國過去一直用得是新歐洲工況（NEDC），因為歐洲人跟我們開車明顯不一樣，后來工信部給天汽中心撥了一些錢，做了CLTC工況。用CLTC工況測得能耗與NEDC測得的差不多，關鍵是與用戶實際開車能耗相差較大。我個人認為還需要改進。

以如何評價電機為例，這臺電機是轉矩300Nm轉速12000rpm的，其工況運行在75Nm以下，也就是說1/4的轉矩以下，在5000rpm轉速下部分占了86%，也就是說用戶開車86%的時間是在低速低轉矩的情況下。過去在評價電機系統時，往往用的是最高效率區，電機最高效率區實際上用得很少，用它評價電機好壞是不準確的。為了降低車輛能耗，實際上希望把最高效率區推到轉矩轉速平面第一象限的左下角，將圖中藍線下面這一運行板塊效率提高高，耗油或耗電才少。一個電機在零轉速時效率一定是零，這是個基本原理，所以節能降耗遇到了挑戰，但需要向這個方向去努力。但是原來用最高效率點評價電機系統或電驅動總成需要改變。

NEDC、WLTC和CLTC工況

在電動車測評過程中，用WLTC工況測得的電耗要比NEDC和CLTC高20%多。WLTC是正確的測平工況嗎？也不一定，但是它得出來的電耗和油耗更接近用戶的實際感受。與全球同步，我國所有燃油車（包括混合動力汽車）從2021年開始要采用WLTC工況。我國的CLTC工況還有改進余地，也就是說讓其更接近用戶開車實際用的油耗和電耗。當然，一個規范或測試工況，不能代表所有人的駕駛習慣和用車路況，但是它應接近大多數人的駕駛實況。

以下是中汽院的對比測評結果， 發現特斯拉X車型的WLTC和CLTC工況電耗差距較小。為什么特斯拉WLTC與CLTC工況電耗差得較小，只相差10%，其他車輛, 例如BYD，日產等卻差26%~28%。說明車上三電系統也可以改善，換句話說除了改善工況使之接近實際行駛，應該承認電驅動系統有改進的余地。

如圖展示了按工況測出的結果， 2019年小型燃油車百公里油耗是6.46升，考慮到新能源汽車的分攤作用，小型車百公里油耗降至5.56升/100公里。如果按這個油耗計算開車的話，發現一個小型的汽油車大概開100公里需要37元~44元左右。而即使是大型電動車，按照2021年6月份居民電費標準計算也就是每開100公里只需電費10元左右，最多15元。也就是說開一個豪華大型的電動車百公里電費也不到小型電動車百公里油費的三分之一。

圖中展示了2016-2035年電機比功率和控制器體密度規劃值，其中2020年分別是4kW/kg和17kW/L。2020年的指標只有個別企業達到。但是進入工信部240個電機系統企業大多數企業并沒有達到這個指標，所以全產業鏈仍需繼續努力。

表中顯示了2020年我國驅動電機供貨前十和控制器供貨前十。僅統計前十是因為他們已經占了市場70%左右。但是該統計表中數據沒有包括出口，例如精進電動出口得多，但沒包含在其中。

電驅動系統有兩種，左邊是集中驅動，右邊是分布驅動。粗略地講，集中驅動就是把發動機拿掉，換上電機。而分布驅動則是每個汽車輪子裝上一個電機，每個電機有單獨驅動。因此，左輪和右輪之間協調變得尤為重要，如果協調不好就掉溝里了，所以各個輪子如何協調是很重要的。

由于輪轂電機所產生的其他一些問題，例如簧上質量下移、密封等沒有得到很好地解決，所以到今天為止輪轂電機在全世界汽車屆沒有量產，但有示范。全世界大概有1萬臺左右分布驅動汽車，其中輪邊電機比較多，例如比亞迪K9早期生產了大量的輪邊電機，但是輪轂電機汽車則沒有量產。

電驅動新增材料和集成單元是多少？驅動電機包括上游的永磁體、硅鋼片和電磁線以及絕緣材料等。功率電子領域包括電機控制、動力控制、電池控制、車載充電器、DC/DC, IGBT/SiC芯片和模塊等。在新能源汽車領域產生了這么多新生意可做，需要創新創業、繼往開來。

電驅動系統在逐步演化的過程中，由電機、減速器、功率電子控制器分離原件，逐步變成電機和減速器放在一起的“二合一”，最后把三個分離子總成集成放到一起，叫“三合一”。現在還沒有真正意義的“三合一”，因為電機絕緣、功率電子、控制芯片和輪系等的耐熱等級不同。這是三合一的基礎模塊，控制器+電機+齒輪箱+軟件和算法。

全中國去年有50萬左右用的是三合一，比亞迪和特斯拉占了中國的一半。為什么向多功能模塊化方向發展？因為效率高、占空間少、重量輕等，如圖顯示了由分離子總成變成“三合一”電驅動模塊的測試結果比較，從MAP圖明顯可見效率提升。

如果經一部把總成控制器、DC/DC，車載充電器、輔助驅動系統（包括油泵、空調等）都加入到“三合一”系統中，就形成了“多合一”，電驅動系統正由“三合一”向“多合一”發展。

進入工信部目錄的新能源汽車驅動電機產品，2020年有240家電機企業。頭部10家電機系統占了市場份額的75%~80%，后面的200多家只占了10%左右的應用市場份額。

從工信部目錄中看不同車型驅動電機企業排名：乘用車第一是比亞迪，客車第一是精進電動，專用車第一是蘇州綠控。當然上了目錄不一定有產量，上目錄只是拿到了電機系統的“準生證”。

如下表是典型新一代新能源汽車OEM的電驅動供應商：這里有新造車勢力，有傳統車廠，還有國外OEM。從表中不難看出，中外主機廠的功率電子模塊的供應商主要來自國際平臺，也即非中國自主供應商。

在電驅動總成中，行業常常被問到減速和變速如何選取？簡單回復是：普通轎車或小轎車用減速器，高性能運動轎跑用兩檔箱，城際運營商用車用減速或變速器，中國公交大巴用直驅或減速器，但歐美大巴得用大功率變速器、不能用直驅，重載工程車用多檔位變速箱等等。時間關系，就不詳細解釋了。

感應電機在新能源汽車中做主驅動電機應用逐步減少。是否仍有些場合適合感應電機？如果有四驅需求的話，輔驅如果用永磁電機需要加離合器，但輔驅放一個感應電機是可以節省掉離合器的。主驅用感應電機一定不好，因為能耗太多，這一點不僅特斯拉證明了，步其后塵的蔚來也證明了，用自己切身經歷證明了主驅電機最好是永磁電機。

驅動電機未來的發展方向是高效、高速、永磁、安全、可靠，良好的NVH和EMC指標。從2020年新能源汽車中國心評比中可以看出，十個入圍的電驅動系統都是永磁電機，永磁電機做主驅的選擇是無需質疑的。不要看到馬勒、寶馬、奧迪等用了勵磁同步電機做“備胎”樣車就懷疑永磁電機的地位被撼動了。

勵磁同步電機和永磁電機有什么差別？傳統同步電機的勵磁可以通過調節勵磁電流來調節磁場強弱，甚至改變磁場方向。而永磁電機的永磁體產生的磁場方向固定、強弱隨溫度升高而下降且弄不好會發生永久退磁。新能源汽車用的永磁體基本都是燒結釹鐵硼。用什么檔次的永磁體？汽車驅動電機主要用UH系列和EH系列永磁體。這個圖還給出了哪個行業用什么檔次的永磁體， 用作參考。以2021年6月份的市場價格為例35UH約330-350元/kg; （中間價340元/kg）， 35EH：380~400元/kg（中間價389元/kg)。這個價格與去年相比漲了很多。新能源汽車驅動電機用永磁體要做哪些努力來改善性能提高性價比？如下給出了技術方面的要求和發展方向。其中減低重稀土用量是個主要努力方向。

車用永磁體需求量，全世界用量預估到2030年大概會達到10萬噸。永磁體單位功率用量，即每千瓦電機輸出功率用多少永磁體，總而言之，材料用得少有利于降低電機成本。圖中給出了全球幾款電機單位輸出功率的材料用量。但是，永磁材料成本要與其它材料用量、整體工藝復雜性、可行性、產品安全裕度綜合起來考慮。

如何降低永磁體成本和保證永磁材料產業鏈安全可控？首先是重稀土的利用，重稀土有資源問題，晶格細化、浸鏑（或鋱）等重稀土可以減少重稀土用量，已保障資源的合理利用；提高永磁材料的電阻率以減少永磁體渦流損耗和發熱，以保證高溫下電機性能，一旦材料問題解決不了怎么辦？就要考慮將永磁體分塊，從而在電機設計時采取降低損耗的辦法。

涂層問題非常重要，我反復強調，涂層盡量不用金屬涂層，因為金屬涂層是導電的，將造成整個內置永磁體形似感應電機導條發熱，會出現因永磁體升溫而致電機性能下滑。所以從2008年我就開始講，講到現在還有很多人仍在用金屬涂層。當然除了因不理解而選擇金屬鍍層外，也有片面追求低成本而在內置永磁電機中用金屬涂層的。

這個表格將各種涂層的優缺點做了很好的總結，原始數據來自天津三環樂喜。

斜極應該采用軸向V型斜極布置，我是世界上第一個采用這種斜極拓撲的。因當年做的V-型轉子斜極時候并沒有報專利，所以今天全世界都可以免費用V-型斜極的方法消除電機負載變化而引起的軸向電磁力交變和沖擊。

“發卡式”（Hairpin）繞組，特別是扁線發卡式繞組是我本世界初發明的，20年后的今天，發卡扁線繞組仍然是引領高效汽車驅動電機的先進技術。沿槽高方向布置的扁線導體層數增多有利于減低渦流擠膚效應，但卻使制造工藝變得復雜。換位扁線是值得探索的高頻電機繞組新技術。

至于I-PIN型繞組，我認為焊點太多，制造問題明顯，主要是焊點太多，端部較長。這是當年大陸公司首先提出的，并以此與雷米合資提供通用汽車的42V混合動力皮卡電機。

S型繞組，是用連續波繞的繞組方式。我常將其工藝流程比做先做“鳥籠子”，后將其沿徑向壓縮從電機定子內圓漲入定子槽。隨著電機變大徑向壓縮變得越來越難，甚至不可能。該技術是在本世紀初美國雷米公司從福特的偉世通（Visteon）公司初買的，當時只用在汽車發電機上。

這頁PPT聚焦怎樣做好扁線繞組的扁線導體？

產品制造應該注意什么？

圖示耐電暈扁線正常與失效試驗結果。高頻繞組要進行局部放電試驗， 不幸的是許多電機供應商并無試驗設備，電機繞組也就沒做PDIV和PDEV試驗就出廠了。這個視頻展示了換位扁線繞組的制造過程，視頻是我在金杯電工產線上錄制的。

值得強調，絕緣老化不全是熱老化所致，也可能源于局部電老化，怎么樣區分電老化和熱老化？燒了電機原因要搞清楚。無局部放電(無PD)是熱老化，有局部放電(有PD)應屬電老化。

實在抱歉，時間所限，今天就講到這里。我準備的PPT內容太多， 還有60多頁PPT（包括功率電子控制器的關鍵技術等）將來有機會再與大家分享。

（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，轉載請注明來源！）

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