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刘宏鑫：新能源汽车电机电控系统现状及发展趋势

刘宏鑫：新能源汽车电机电控系统现状及发展趋势

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来源：新车网
时间：2020-10-23

　　2020年10月21日-10月22日，由中国汽车工业协会和西安市人民政府联合主办的“2020中国汽车供应链大会”（原“中国汽车零部件行业年会暨高峰论坛”）在陕西省西安市召开。本届供应链大会主题为“育新机、谋新篇、开新局——助力构建安全可控汽车产业链”，探讨“十四五”思路，把控产业形势，解析全球汽车供应链发展动态，助力构建安全可控汽车产业链。其中，10月22日上午举办的“产业链新兴领域领先优势培育”主题论坛上，珠海英搏尔电气股份有限公司技术总监刘宏鑫为大家带来“大数据助力产业链创新与发展”的主题演讲。以下内容为现场演讲实录：

珠海英搏尔电气股份有限公司技术总监刘宏鑫

　　刘宏鑫：感谢，组委会今天给我们这个机会，我这个内容可能就不像杨总那么宽泛，我针对电机电控讲讲国内外的现状和我们公司的产品策略，对整车厂有一些方案上的引导。包括四块内容：一个是国内现状，第二个是MCU和电机电控的发展。还有下一代产品的规划，最后是一些关于新技术的讨论。

　　这展示的是全世界突破销售1500万-2000万辆的PRIUS，2035规划把这个作为主力军，新能源汽车里面电池成本占到了一般以上，阻碍了电动车的推广，这个过渡产品就是混动汽车作为主力军，2035年混动汽车替代燃油汽车，全面替代占到50%以上，电动汽车占到50%以上，混动最近成为每一个车企的战略焦点。

　　PRIUS第五代的，当年在日本展览时候看到的样机，基本上是以日本为代表，丰田第一，本田第二，这个做的非常好。这是他们里面的混动的控制器照片，这是美国福特，也是避开了丰田专利，这个控制器早期是日本东芝做的，现在变成三菱，混动技术基本上在日本，美国也是没有的。

　　这个丰田专利，中国很多车企为了避开丰田专利花了很多心思，增加了离合器，成本增加，可靠性下降，这是值得思考的问题，为了专利避开专利，我认为是有问题的。混合动力从长远看是一个过渡，可能30年以后混合动力不存在了，百分之百的电动车或者氢燃料电池，但是15年-30年的过程是必不可少的。

　　这是美国2025规划图，简单看一下就行了，新的我还没有看到，美国人做的非常好在哪？他们对成本也进行了电机电控的规划，我们中国规划图非常粗糙，没有实质性的内容，希望我们把这个路线图做的更清晰一些、明确一些。

　　这个是宝马前年推出的控制器参数，我重点说一下英搏尔的情况，英搏尔是最早是做MCU的，早期特斯拉做电动车是最早的，最成功的企业，我们英搏尔做了铜转子异步电机，这也是中国目前为止量产最大的，量产将近20万台，在这个基础之上，我们又开发了永磁220平台，还有永磁180平台，这是目前电机的情况。从1万转突破到了16000转。这是永磁和异步电机的优缺点，这几年90%以上都是永磁，异步电机这几年又开始火爆了，一个是前后驱，前驱用永磁同步，需要离合器，同步异步电动机不需要弱磁，所以异步电动机开始畅销了，中国做高档电动车必须要用异步电动机，我说的是高效异步电动机，不是铝转子的，是铜转子的。永磁同步电机磁阻转矩从50%提高到60%，最近我们的目标是70%，永磁同步机成本就下降了，现在出口限制，最近在出口到美国加强了管制，但是成本价还是很贵的，通过增加磁阻电机，LD-LQ，可以把用永磁用量减少，降低成本，车的行业利润是非常低的，成本很低，量很大，追求的是成本，我们需要把成本降下去。

　　日本、韩国、德国都在研究磁阻的永磁同步机，欧美国家很缺乏的，他们更喜欢研究少用永磁材料，或者不用永磁的同步电动机，这是我们国家路线图的内容。一般强调功率密度度每千克多少千瓦，或者讲控制器是每升多少千瓦，我们基本上讲的都是峰值功率。第二个在路线图里面讲的是核心零件，这一点我很不认可，核心零部件只有定转子，不够科学。右侧红色是我们现在的产品现状，做的还是比较高的。

　　这就是我们目前产品的图谱，中间是平台产品，OBC，DC-DC，PDU，电机控制器，MCU，减速箱。我们可以组成4+2和3+3模式，这是目前主流的动力集成模式。目的只有一个，提高密功率度、轻量化、降低成本、安装使用方便、系统平台化，这是我们目前做这个产品的目的。但是缺点是什么？你的结构工艺会复杂，维护成本也会升高，你换一个充电机要整个换，换一个控制器也要换，对维护成本会大幅度提升，我们最关键要提高质量，如果质量真做到100个PPM以下，质量还是可以的。

　　这是三合一的产品，电机电控的三合一，结构不同而已，胖瘦高矮有变化的，这是四合一。

　　目前我们跟国内主流竞争对手的比较，重点看这一行，功率密度目前是2.38kW/kg，我们能做到比别人高很多，这是特斯拉的1.83，我们是2.38，高了20%多，这是有据可查，有实物的。同样的功率比重量和体积是可以的，我们是高速化能够降重量，但是高速化带来的问题也很多，比如说噪音的问题，可靠性的问题，8年30万公里也好，目前的租赁车辆60万公里保修，高速化带来了很多问题，包括NVH问题。

　　下面是我们讲的电机控制器的现状，这是目前行业内部的两种模式，一个是IGBT模块，一个是单管。我们产品是以单管IGBT以主流产品，目前跟德国柴福合作做商用车的系统，功率比较大，用的是IGBT模块，不是谁好谁坏的问题，根据自己公司一定的水平，一定的技术和优缺点有关系，没有什么对错好坏之分，目前我们功率模块用的是德国英飞凌，美国安森美，我们国内斯达也上市了，好多公司也推出了对应的IGBT，目前我们国产的还是不错的，从可靠性来说比国外差距也是越来越小。我希望车厂要支持国产品牌，什么意思？因为我们的客户是车厂，我们的上游是国产的厂，我们不给他机会，他们永远没有机会成长，所以车厂应该给我们机会，说国产不要，车厂不要崇洋媚外，希望跟韩国、日本学习，中国的车为什么没有技术，就是中国人不爱中国车，吉利现在很牛，我去欧美随便一看现代也好，连韩国的起亚在美国到处都是广告，中国车没有广告。我上次去伊朗，大街小巷都是吉利，我问他们，他们说吉利OK，吉利在大街上很多，我很吃惊。

　　我希望中国的车以后出国的时候一看这就是吉利，这就是比亚迪，而不是说都是丰田、本田，我希望我们中国人要有爱国情怀。我们零部件厂也要做起，刚才芯片厂蒋总说，我可以试用国产的芯片和半导体，我可以做到，但是我的客户可以选用才行，但是我们做的性价比高，我们只要做的跟国外竞争对手平起平坐就可以了，你给他机会，他一定能够成长起来，因为我们有这个信心。

　　国产的低速车市场，我们绝对是中国第一，我们占到70-80%的市场份额。现在用的国产MOSFET，中国半导体供不应求，为什么？可靠性做上去了。我希望大家一定要有这样的情怀，有量以后自然会变好。如果我们不用，国产的半导体质量就不可能上去，从而实现完全替代进口。

　　这是我们的结构，功率密度越来越高，左边是70KVA/升，右边是100千KVA/升，后面达到130KVA/升，超过美国2025年的规划。成本要最低，结构灵活度要大，10个厂家10个要求，一个标准化产品不可能满足10个客户要求，功率扩展性要强，这个需要你的工艺和电路设计、驱动设计等结合。

　　这就是我们做的产品要解决动态均流，这是一致性的问题，怎么样保证可靠性，这是关键问题。这是国外产品里面，实际上都是并联的，模块里面都是并联的，并联产品在任何时候都存在的，下一代简单看一下，右边是STPACK，是以特斯拉为主的，给他定制的，后来碳化硅没有量产，大家被特斯拉骗了，特斯拉现在用的长相是这个，用的是IGBT，两年前一解剖车才知道是IGBT，我们问他们有没有碳化硅，他们说绝对没有，我们一测果然是IGBT。

　　双面散热也是我们研究比较深的东西，左上角夹层这个，不管哪个厂来推，这个方案是有很大的问题，把半导体夹起来的话，我们的车现在要求是10个G的振动，混合动力要求40个G、30个G，你这几个G一挤压，做实验的时候元器件就被伤害了，可靠性很差，这种方案我不是很赞成。这个就是双面散热的优缺点，任何事情都是双面的，有优点，就有缺点。尤其现在的混合动力，今明两年混合动力上很多厂家，这个问题非常突出，因为模块达不到10个G要求，这个不说了，也是一些例子。

　　我们英搏尔未来的应对策略，一个是国外有三个品牌，这个安全性不够，我们发展国内的两个品牌，这样的话我们自己做一些特殊的分装，做一些特殊的研究，怎么解决热阻减少，包括焊接，提高它的可靠性，这是我们现在正在做的工作。你刚刚说要进行结构创新，目前跟国外要求只有，国内标准目前普遍比较低，中国现在要把标准提上去，不要跟在欧美的后面，中国在新能源汽车方面，电池现在已经领先了，电控方面不比国外差，电源方面在国内遥遥领先。

　　美国这一次疫情很严重，美国有呼吸机，呼吸机里面需要电源，他自己做不了电源，呼吸机所有电源都在中国买的，美国半导体很厉害，但是美国制造业设计很弱，它的科研能力没有那么快，中国人一个星期做一个产品，中国人的刻苦是最顶尖的，中国人的应用技术是世界领先的，希望国标能跟上去，能领跑世界，让外国人照着中国人做，这是目前最难受的地方，中国总是等同采用国家标准，没有自己的创新，网联化和智能化如果领先不了世界，中国就彻底失败了，燃油汽车失败了，难道新能源汽车还要失败吗？民营企业管不了，大国企要有震撼，我认为是这样的。

　　碳化硅的目的是什么，有一条，这种有一个好处，耐压提高以后，损耗比例有下降，对高压化和高效化有很大的帮助，这是毫无疑问的，电场，导热率上升，对小型化设计有很大的帮助。上一页是文献，美国科瑞（音）给的文献，整车效率提高3-8个点，这是我以前的文献，但是我没有看到实际。直到我们做出自己的东西以后，这个是我自己做碳化硅的实际曲线，日本人说的还是对的，这个效率曲线是准确的，可以最少提高一个点，最高提高10个点，平均效率提升3%。持续功率可以提升15%，我们拿650伏管子做到500伏。

　　这是我的几个曲线，每一个都有10个曲线，节能效率还是比较可观的，现在在我们的大巴车上推这个，大巴车如果做这个方案的话，因为大巴车300度-500度电，省一二十度电，我这个成本把SIC成本夺回来，长期的运行，节能效率很高，因此，在大巴车上可以产业化了，乘用车上还有一断路要走，因为太贵，目前是IGBT5倍左右。目前乐观估计还需要三年，前两天刚刚在江苏发布了国产的碳化硅芯片，三年左右能达到目前的成本水平，这是我们的乐观估计。这是减速箱，目前我们16000RPM，减速箱中国国内做能做好16000rpm的减速箱的厂家很少，这种情况下新的减速箱技术，我们公司不做，要去研究减速箱，怎么解决高传比的时候，我们汽车是无齿轮，怎么解决无齿轮的传动问题，轮边电机高速发展起来，轮毂电机将来怎么做还不知道，双电机电子差速器系统一定要做起来，要解决安全性的问题，这是一个重大的课题。

　　还有储能，目前咱们以锂电池为主，磷酸铁锂有比亚迪的技术，还有珠海隆钛酸锂电池，不管是什么锂电池，原理功率密度有差异，可靠性与寿命有差异。还有超级电容，做混合动力的话，我一直主张用超级电容，超级电容虽然体积大一些，但是寿命做到15年还是轻轻松松的，储能技术这一块也要发展。另外就是跟零部件厂跟整车厂的合作模式要创新。欧洲做的非常好，奔驰、宝马并不是什么都做，跟博世和西门子一直合作，中国车厂招一大堆博士，电机、电控、电池，招的各个研发团队很庞大，但是自己又做不了或者做不好，投资非常大，目的是什么不知道，我认为一个车厂要懂核心零部件是可以的，但是不要什么都做，公司成本很高，车的利润不高，对公司效益影响很大，专业的人做专业的事情，每个人做自己该做的事情，这个产业链做安全、可靠，这个就是健康的发展，我认为零部件厂和整车厂要做非常好的整合，否则互相不信任，那个东西就没有意义了。

　　产品的可靠性国内是比较差的，相比欧美产品，一个EMC，抗干扰性很差，对内部干扰很大，传感器和雷达，我们的超声波传感器、摄像头，所有的智能设备都干扰了，那不行，这一块我认为是很大的问题，以后要加强这一块的东西。功能安全，这一次会上提的比较少，功能安全也是中国车区别于国外车的最大缺陷，中国人能不能做可靠，我认为百分之百行，就是你做不做的问题，我们中国一定要赶上，这个牵扯到软件问题和硬件架构的问题，一个车型1000万，一个车做1万台就不做了，所以要开发国产自主的编程平台，如果中国所有车用AUTOSAR，中国又被国外控制了，我不相信习主席说的核心技术掌握在自己手里，不可能。每个工厂必须要用阿AUTOSAR编程，所以这是很大的问题，大家要思考一下，因为你做好车是关键，怎么把车做好达到功能安全的标准而已，而并不是非要怎么做，不要指定软件，国产软件就不行了吗？我认为是可以的，达到认证就可以了，当然这是一些数据，不说了。

　　一些细节的东西，节能控制，转子温度控制和检测，Take Home这个功能很重要，现在有两个电机，在一个电机系统损坏时，可以把你拉回家。怎么提高EMC软件方法，系统安全的软件，车的安全未来是关键，你给我发的指令要执行，但是你被人劫持了，我怎么办？你怎么把网络安全保证，手机死了可以重新关机，车在高速上开着能关机吗？有人故意让你失控，不是做的太烂失控的。我一个摇控器给你干扰一下就完了，将来的高科技犯罪是太容易了，如果解决不了车的安全问题，那天天就出事，不说无人驾驶，我认为无人驾驶10-20年都可能不会实施，但是我说的辅助驾驶，做一些智能化的驾驶协助还是现实的。这是NVH的改进，这是核心技术。

　　随着智能化，车上的控制部件的整合很重要，车的成本很低，利润很低，零部件厂利润更低，怎么不牺牲整车的安全性和可靠性降成本，把BMS和VCU融合，MCU、VCU和控制器，甚至车灯，把这个做成整体的考虑，网络布局也好，还是融合，这个特斯拉做的非常好，这个板子是特斯拉的板子，我希望中国车厂跟零部件厂探讨，把它做的成本最低，但是可靠性还要提升，最少不下降，我觉得这一块要思考，我们一定要融合，不是为了降成本而降成本，为了保证安全性和可靠性基础上降成本。

　　当时我写这个，去年11月份在吉利创新日交流的时候写的，但是现在看着是对的，我们有一个客户是五菱的E50创造了神话，每个月好几万台，中国人要做中国的好车，不是说跟特斯拉比就是好车。最牛逼的车是德国奔驰和宝马，奔驰展厅里面没有S600，宝马展厅里面没有7系，他说德国人不喜欢，我到奥迪去，奥迪都是A1，中国就没有见过A1，很小，在路上随便可以停。中国人思路偏离了，欧美再有钱的人开A1，他觉得节能环保省油，中国要7系、600，跑偏了，做电动车的目的是节能环保和绿色。现在排量越搞越大，环境污染越来越严重，厂家要有一定的客户，要引导客户，让客户节能环保，五菱E50畅销就是一个例子，我们并不是说跟特斯拉比，我建议要做品牌，品牌向上，永远不能忘记，一方面做品牌，一方面做实事，做老百姓用得起的车，便宜环保的车，我认为是关键。

　　新能源车探索这一块，这是我自己想的，氢燃料电池这么贵，做一个车60万的成本，我们怎么解决这个问题？把氢气能不能燃烧，用斯特林发动机，以色列有人做这个技术，氢气直接燃烧，用直线电机发电，氢燃料电池里面要用重金属和催化剂污染很严重。时间有限我把我的观点表达一下，希望有意见后面可以提出来，谢谢大家。

　　（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）