汽车评价：7月15日，汽车评价研究院联合“世界十佳电驱动评委会”发起策划并主办的“电驱动发展趋势研讨会”在北京成功举办。本届研讨会以“高渗透率及供应链重构格局下，电驱动发展趋势”为主题，内容包含行业专家技术报告、企业最新电驱动技术分享、未来电驱技术展望、零部件企业如何提升技术服务能力等，行业大咖云集，干货满满。
哈尔滨理工大学教授、教育部汽车电子驱动控制与系统集成工程研究中心首席科学家、俄罗斯工程院外籍院士 蔡蔚
在会上，哈尔滨理工大学教授、教育部汽车电子驱动控制与系统集成工程研究中心首席科学家、俄罗斯工程院外籍院士蔡蔚以《电机系统与电驱动的技术走向》主题发表了演讲。
电动车减碳量可观
2021年，中国新能源汽车的渗透率其实是不及欧洲的19%，尤其是挪威等北欧国家渗透率更高。2022年的渗透率情况要更好一些，今年1-6月我国新能源汽车的市场渗透率已经翻了一番，达到26%，这既与政府的补贴政策相关也是电动车市场发力的实际表现。
就补贴政策而言，从全球范围来看，中国主要是针对电动车，而欧洲和美国则聚焦于电动车和混动车型，美国的插电混合动力车型市场占比并不高。
中国新能源汽车市场上的产品主要是谁做的？传统车企做得多，72%是来自于传统车企，28%市场份额是来自于造车新势力。新势力份额中也有一部分来之国外公司，例如特斯拉等。当然，中国生产的电动车也有销售到海外市场的。
结合我国的能源情况来看，2021年火力发电大概占了71%左右，且这个比例已经持续了五年之多。即便是去年已经开始提出“双碳目标”，但火力发电占比也没有发生变化。2021年，我国风电和太阳能发电的装机量相当多，但实际上太阳能只占实际发电量的2.2%，风电的发电量在7%以下，主要的电能还是来自火力发电。如何用这个数据来分析电动车的减碳量，我们会发现，不同等级的电动车减碳量差别是比较大的，如下对比百公里耗油6.31升的A级燃油车与百公里耗电14度的A级电动车， 不难发现电动车（从电厂大车轮）比燃油车（从油井到车轮）减少了42%的二氧化碳的排放。即使电动车100%使用燃煤发的电，也比纯燃油车少排放二氧化碳10%左右。
电驱动模块化发展是趋势
如今电驱动的发展其实是整个产业链共同推动形成的结果，其中整车厂占据一部分市场份额，第三方的供应商也占据一部分市场，除了做总成的以外，也有只做电机、电机控制器、减速器的供应商。
从电驱动系统的角度来讲，基本是由电机控制器加上电机本体，再加上减速器或者变速器组成的，95%的中国电动汽车都采用了减速器，变速器在纯电动车上应用不多，但在混合动力和商用车，特别是非道路商用车等，应用较多。
从集成小型化角度上讲，将上述三个部件集成在一起，通过软件和算法连接形成“三合一”电驱动系统是技术走向。然而，行业遇到一个比较严峻的问题，就是集成系统不利于售后维修。因此行业和企业必须要重视“三合一”，特别是“多合一”电驱动总成的各子总成和各子模块的相对独立，以便于售后维修。
电机研发需要与零部件/材料融合
从电机分类来看，现在市场上95%采用的是永磁电机，5%采用的是感应电机和励磁同步电机，而励磁同步电机有逐步增多的苗头，特别是在欧洲市场。宝马等公司在这一领域做了一些探索。就感应电机跟永磁电机相比，其最高效率实就相差那么1-2个百分点，但是在经常运行的低速工况下，感应电机要比永磁电机的效率低5个百分点甚至更多，这也就解释了为什么更多本来用感应电机的主机厂（包括特斯拉）纷纷改用永磁电机。从原理上讲，由于感应电机在低速空载或轻载的时候损耗高，但在高速的时候，特别是高速空载工况下， 因无铁耗而损耗不高，故适合用作辅驱电机。现在有不少的车企，比如特斯拉和长安汽车四驱电动车的副驱电机采用感应电机。蔚来汽车最近推出的前后桥180kW、300kW电驱系统，其中IGBT基控制器控制300kW的感应电机，SiC MOSFET控制器控制180kW永磁电机。
美国能源部对2025年电机和控制器提出了功率密度指标，要求电机做到50kW/L，控制器做到100kW/L，电驱动总成做到33kW/L。我国的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》也多产业化电机和控制器提出了功率密度要求。如果要把电机做小，就要把电机的转矩要求降下来。为了使驱动车辆所需功率不被减低，就要提高电机转速，因为功率与转矩和转速之积成正比。从“十二五”早期，我们就给国家做了一系列电机系统指标规划，其重要部分包括对电机提出功率密度逐年提升要求，所以电机的转速近年来越做越高，这也同时对控制器频率、减速器转速提出了更高的挑战。
针对美国能源部的要求，美国的企业和大学采取了不同的策略，例如威斯康星大学采用了电流源逆变器，也有单位采用双三相和低重稀土的电机。我个人认为，采用碳纳米管超级铜和石墨稀超级铜来提到电磁线的电导率是一个很重要前沿研究课题，推动非晶和纳米晶电机的商业应用也可以探索。
如何提高电机效率？将圆股线变成扁导线，目的是增加导电面积，同样的槽里面增加导电面积电阻就小了。目前，我们的电机大部分用的是交流电，因此要特别注重交流电阻的降低。这个幻灯片，首先给出了圆线和扁线绕组电机效率比较，显然扁线电机电阻低、效率高；接着给出了没槽4导体和8导体扁线绕组电机比较， 结论是沿槽高方向导线越扁、导体层数越多越好。但是扁导线太扁、或尺寸太小又会产生制造问题，例如0.6mmx0.6mm的扁线做出来基本成了直径0.6mm 的圆线。工程问题需要企业进一步研究和权衡以达到平衡。
现在高端的产品多采用硅钢片，内置式电机要求其硅钢片的强度高些，以使在高速旋转时，能抗住离心力、控制住永磁体。因此我们很希望在减低硅钢片铁耗的同时，提高其磁感应强度和机械强度；另外为了防止永磁体退磁，一种途径就是多用重稀土提高材料矫顽力，重稀土用多了，其资源就遇到了挑战。尽管现在中国的重稀土矿储量最多，但是也不见得能够支撑全球电动汽车稀土永磁电机的使用。现在业内采用减低重稀土用量方法就是将晶格细化，或扩散（或浸）重稀土，这需要做电机与做材料的人才相互配合，充分说明了产业链融合发展的重要性。
需要更重视电机系统的发展
从历史的维度来看，内置式永磁体的布局要么采用V型的或Δ，要么采用双V型的设计排布，基本采用的是内置式的排布方式，但是现在也有些研发单位比较推崇表贴式，比如说美国威斯康星大学等，他们认为分数槽集中绕组和表贴式转子有利于提高电机的功率密度。大家也许注注意到了，特斯拉的方式，显得非常的粗暴、简洁，他们直接将内置式永磁电机转子磁桥断开，既减少了漏磁，也降低了对转子软磁硅钢片机械强度的要求，取而代之的是采用碳纤维绑扎固定转子。除此以外，也有采取更极致的设计方法做电机的。例如Lucid Air Motor通过精细设计冷却系统等，将电驱动总成的比功率密度提高到了6kW/kg以上，这个结果甚至高于我国的电机有效材料的比功率密度。
无论是采用哪种方法设计电机和做电机，我们都应该认识到，电机的发展需要引起重视，不能简单地认为中国在电机的研发和设计水平上与全球先进水平相当，还有很多方面需要向其他国家学习和吸取先进经验。
减速器、齿轮也有一系列的问题需要解决。很多电动乘用车都采用减速器，但是当起动转矩要求很高，且最高车速和所需功率也要求很高的情况下，就不得不用变速器。而非道路电动商用车辆需要用6-8档以上等的变速器。
最后举几个例子说说哈尔滨理工大学目前在做什么，目前大家都知道SiC高频控制器的EMC的问题需要解决，我们的办法将那些寄生参数降下来的，也就是芯片封装不采用键合线，将键合线式的封装变成烧结封装，这样一来可以大幅简化在这个过程当中所需要采取的减低EMC的滤波器。目前哈理工不仅在做烧结封装研究，也在研发烧结封装中的材料，既包括银焊浆，也包括烧结铜焊浆和耐高温的绝缘灌封胶和塑封胶等。
此外，为了解决膜电容的耐温问题，我们也做了一些研究，将膜电容目前的耐温105摄氏度提高到125摄氏度以上。另一项工作就是减低轴电压和轴电流，目前我们已经可以把共模电压降低70%以上。
最后要特别强调，电驱动的核心零部件强，电动化汽车产业则强；电机到了需与关键零部件和材料融合发展的时候；功率半导体产业链强，电机控制器则有竞争力；芯片和算法强，控制系统才能自主可控，尤其对智能控制系统。