在近日舉辦的2025新能源智能汽車新質(zhì)發(fā)展論壇，哈爾濱理工大學(xué)終身榮譽(yù)教授、國(guó)家卓越工程師、俄羅斯工程院外籍院士蔡蔚發(fā)表了題目為“車輛電驅(qū)動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)”的演講。

　　哈爾濱理工大學(xué)終身榮譽(yù)教授、國(guó)家卓越工程師、俄羅斯工程院外籍院士蔡蔚

　　以下為演講原文：

　　非常感謝，我的發(fā)言題目是“車輛電驅(qū)動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)”。

　　現(xiàn)在為止所有的車基本是集中驅(qū)動(dòng)，曾經(jīng)叫做“改裝車”，就是用電驅(qū)動(dòng)化部件取代發(fā)動(dòng)機(jī)，右圖是一種新型的分布電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，到今天為止還沒有進(jìn)行大批量生產(chǎn)，除了像比亞迪的K9大巴車的輪邊電機(jī)等個(gè)別情況，分布驅(qū)動(dòng)基本都是演示性的，。無(wú)論集中驅(qū)動(dòng)還是分布驅(qū)動(dòng)，結(jié)果都是離不開中間這三個(gè)部件，第一個(gè)是電機(jī)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，第二個(gè)是減速器或者變速器，第三個(gè)就是功率電子控制器。電機(jī)和控制系統(tǒng)希望越來越小越輕、效率越來越高，這樣一來就給我們提出了一系列的挑戰(zhàn)。

　　分布式驅(qū)動(dòng)并沒有大批量生產(chǎn)或者說沒有生產(chǎn)的主要原因就是機(jī)械、電氣和熱等問題，操控性和舒適性下降。這些歸結(jié)到根本上就是車輪太重，要想辦法降低車輪重量，這是一個(gè)發(fā)展方向。為什么輪轂電機(jī)是發(fā)展趨勢(shì)?因?yàn)閷?duì)于電動(dòng)化車，放個(gè)大平板電池，兩個(gè)輪子距離拉開就變成寬車了，前后輪距拉開就變成長(zhǎng)車了，所以大車、小車、商用車、乘用車基本共用一個(gè)滑板底盤平臺(tái)或者稍微改動(dòng)的一個(gè)共享平臺(tái)，顯然是大家所希望的，尤其是在智能電動(dòng)化車上。

　　電動(dòng)化車采用分布驅(qū)動(dòng)后的另一個(gè)趨勢(shì)就是線控，，包括線控轉(zhuǎn)向、線控懸架、線控制動(dòng)，目前為止線控轉(zhuǎn)向、線控懸架、線控制動(dòng)應(yīng)用占比較小，還在努力當(dāng)中。

　　剛才說提到的雙電機(jī)分布驅(qū)動(dòng)總成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于簧上，通過半軸驅(qū)動(dòng)車輪，我列了一各表，表中OEM或供應(yīng)商不等于都是量產(chǎn)的，有剛開始小量生產(chǎn)的，大部分還是沒有量產(chǎn)的研發(fā)樣件。這類雙電機(jī)分布電驅(qū)動(dòng)從2022年到2023年才開始的一種新的電子差速驅(qū)動(dòng)方式，就是每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)車輪子。

　　不管是供應(yīng)商還是主機(jī)廠，都在做這方面研究，比亞迪的易四方已經(jīng)有這樣的分布驅(qū)動(dòng)車生產(chǎn)，例如仰望。。

　　舉幾個(gè)例子。奧迪，左邊一個(gè)輪子、右邊一個(gè)輪子，我標(biāo)注了一些參數(shù)，左圖給出了奧迪R-e-tron的一些數(shù)據(jù)，右邊給的是易四方的一些參數(shù)。很簡(jiǎn)單，一個(gè)電機(jī)管一個(gè)車輪，拐彎就不像原來靠差速器來完成，而是靠電子差速，就是我們驅(qū)動(dòng)電機(jī)的快慢、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小來解決轉(zhuǎn)彎問題。

　　也有另一種雙電分布驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)平行軸，左圖是吉利的平行軸雙電機(jī)，我畫了一下傳動(dòng)路徑，每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)車輪沒變，但是用的是平行軸。目前兩家分布驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)用平行軸，一個(gè)是吉利，另一個(gè)是精進(jìn)電動(dòng)。右圖也是吉利的同軸雙電分布驅(qū)動(dòng)，我也列了一些基本的參數(shù)。

　　總的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)路線，其發(fā)展分幾個(gè)方向，先沿著從左下角往右上角的對(duì)角斜線展示集成化方向，由電機(jī)、減/變速器、控制器三個(gè)分離部件變成二合一加控制器、三合一，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了十二合一，甚至有人提出十四合一。但是，這里面遇到的問題是售后維保，一堆部件集成到一起，壞了怎么辦?送回老家，誰(shuí)造總成就返給誰(shuí)，這是我們市場(chǎng)上最大的問題，我們需要想辦法用模塊化解決這個(gè)問題。

　　再看水平軸，沿著橫軸的方向主要是減速器和變速器，最重要的是選減速器還是變速器，現(xiàn)在市場(chǎng)上有一個(gè)普遍的形式，使勁增加轉(zhuǎn)速，為什么增加轉(zhuǎn)速?為了減少電機(jī)的大小。，變速器在電動(dòng)車上應(yīng)用較少。這里我想解釋基于什么選擇電驅(qū)動(dòng)用大速比減速器還是變速器?目的只有一個(gè)，就是解決低速的大轉(zhuǎn)矩和高速大功率的需求，這兩個(gè)需求矛盾如果得不到解決，這個(gè)車就不能成一個(gè)高端車。專門用減速器的就存在著一直要增加電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，即使增加轉(zhuǎn)速對(duì)電機(jī)來說不是可問題，但是齒輪不是10萬(wàn)轉(zhuǎn)的齒輪和1萬(wàn)轉(zhuǎn)的齒輪一樣的，速比大的輪系體積也會(huì)變大，最后總的結(jié)果不是增加轉(zhuǎn)速就能解決電驅(qū)動(dòng)總成的所有問題的，尤其是對(duì)于重載商用車必須用多擋變速，不用不行，時(shí)間關(guān)系我在這里不具體講了。 然而我這里提了另一個(gè)思路，變速器可以通過電機(jī)的繞組改變來實(shí)現(xiàn)，繞組重構(gòu)等效于齒輪的變比改變，繞組重構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)電子變速器。

　　再看上下垂直的直軸，展示的是充電樁，充電電壓在不斷提高。為什么要提高電壓?要充電快就要提高充電功率，電流×電壓=功率，如果電流很大，需要很粗的電纜線，把電壓提高了，電流就不需要特別大，因而充電電壓在不斷地增高，現(xiàn)在商用車已經(jīng)有1200V甚至有1500V的了。 隨著電壓的增加就給電機(jī)帶來一大堆挑戰(zhàn)，電機(jī)是要有絕緣的，其絕緣遇到了高電壓就容易壞，即容易被擊穿，或者說絕緣漆皮要厚，因而電機(jī)的效率不升而降，因?yàn)殂~放少了、絕緣放多了;厚絕緣導(dǎo)致散熱也困難，因而從材料上就要解決耐高電壓等一系列絕緣材料問題。電機(jī)繞組的電磁線從圓線變成了扁線，目的就是為了減小繞組電阻。

　　相同功率的電機(jī)做小了就容易發(fā)熱，發(fā)熱問題怎么解決?散熱就從最早的水冷逐步變成了油冷。因?yàn)樗遣荒芨鷮?dǎo)電導(dǎo)體或絕緣接觸，故水冷只能間接帶走熱量，。而油與繞組接觸沒有問題，所以就出現(xiàn)了油冷，直接冷卻，最近行業(yè)還在推動(dòng)油水復(fù)合冷卻。

　　再看功率電子，隨著轉(zhuǎn)速的提高，電機(jī)的頻率正比增加，開關(guān)頻率也需要隨著增加，這樣現(xiàn)代功率半導(dǎo)體IGBT開關(guān)頻率就不再夠用了，因而需要化合物功率半導(dǎo)體，例如氮化鎵、碳化硅，市場(chǎng)上主要用的是碳化硅。隨著電壓的升高(例如1000V平臺(tái))，用于800V平臺(tái)的1200V碳化硅耐壓不夠了，可能需要1700V、1800V的功率開關(guān)器件以適應(yīng)1000V的平臺(tái)，電壓越高問題就越嚴(yán)重。。

　　電機(jī)的功率密度提高有三個(gè)方式：一是提高轉(zhuǎn)速，PPT里寫了原理，這里就不詳細(xì)解釋了;二是提高電壓，可以提高功率。三是降低標(biāo)準(zhǔn)，最新的標(biāo)準(zhǔn)GB/T18488-2024要求運(yùn)行時(shí)間短了，因而發(fā)熱不太嚴(yán)重了，當(dāng)然需要滿足要求，我們通常說WOT的加速次數(shù)要滿足要求。因而需要解決的是：如果通過提高電機(jī)轉(zhuǎn)速來提高功率密度，一定要解決發(fā)熱的問題，一定要解決絕緣的問題，一定要解決車上其它電器的壽命問題。因?yàn)殡妷禾岣邥?huì)導(dǎo)致電氣器件壽命下降，因而在電驅(qū)動(dòng)路線圖3.0的制定時(shí)候，我們又沒有將1500V標(biāo)稱電壓寫入路線圖，當(dāng)然我并不是有意識(shí)阻止通過提高電壓來提高電驅(qū)動(dòng)功率密度，而是考慮了電驅(qū)動(dòng)要與絕緣材料和功率器件協(xié)調(diào)發(fā)展。

　　另外，我們通常新能源汽車講的車端電壓是指電池的標(biāo)稱電壓，表中右側(cè)藍(lán)色是電池的標(biāo)稱電壓，而標(biāo)稱電壓既不是最高電壓，也不是最低電壓，也不等于“最高電壓+最低電壓”除以2，所以大家一定要注意新能源車電壓的定義。當(dāng)你系統(tǒng)選擇耐電壓的時(shí)候，要考慮充電電壓和最高電壓對(duì)功率電子器件與絕緣系統(tǒng)影響。我們現(xiàn)在有些企業(yè)比較盲目，因而造成了一些質(zhì)量問題。

　　通過提高轉(zhuǎn)速和電壓提高電機(jī)與電驅(qū)動(dòng)總成功率密度方面，國(guó)內(nèi)已經(jīng)做了很多努力，如右表所列，Lucid Air的電機(jī)和總成過去三年多一直全球領(lǐng)先，最近比亞迪發(fā)布的電機(jī)有效材料質(zhì)量功率密度似乎更高，最右邊那列的總成質(zhì)量功率密度，也就是三合一的功率密度，還是離Lucid Air有一定的差距，說明我國(guó)在系統(tǒng)集成方面還有前進(jìn)的空間，需要行業(yè)繼續(xù)努力。

　　廣汽埃安，采用的是非晶材料，其高頻工況下鐵耗較低，但其加工工藝和量產(chǎn)模具仍有許多挑戰(zhàn)。另一方面，最近被反復(fù)提及的飛行汽車，液叫低空飛行器，低空經(jīng)濟(jì)跟車相比，更需要高功率密度、高效率的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度或減重，主要從本頁(yè)P(yáng)PT右邊第二列選取從高新能材料、散熱、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化等一系列方式提高功率密度，國(guó)際上也有一些企業(yè)做了一些努力，我在這里列了幾家，不給大家詳細(xì)一一解釋了。

　　舉一個(gè)例子，三個(gè)創(chuàng)始人都畢業(yè)于威斯康星大學(xué)的創(chuàng)業(yè)公司H3X，，他們?nèi)齻€(gè)當(dāng)初都在威斯康星學(xué)生時(shí)代時(shí)是電動(dòng)賽車俱樂部成員。 我也在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校工作過，還做過俱樂部業(yè)余顧問。迄今為止，H3X公司的電驅(qū)總成是質(zhì)量功率密度最高的，連續(xù)功率密度≥12kW/kg，同時(shí)其連續(xù)轉(zhuǎn)矩密度達(dá)到38.5Nm/kg。我這里給出了電機(jī)和總成結(jié)構(gòu)和參數(shù)，包括體積是多少、繞組是怎么做的，供參考學(xué)習(xí)。從零到一的原始創(chuàng)新，我們還有許多學(xué)習(xí)的空間、難排世界第一，或者說，前沿技術(shù)方面，我們還有學(xué)習(xí)和進(jìn)步的空間。

　　簡(jiǎn)單總結(jié)一下電驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)步：一是電機(jī)繞組，現(xiàn)在所有的新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)都用扁線繞組，其中“發(fā)卡式”扁線繞組，我是首創(chuàng)發(fā)明的。現(xiàn)在不管是比亞迪、華為還是特斯拉都用這種繞組，已經(jīng)成為引領(lǐng)全球電驅(qū)動(dòng)的主流技術(shù)。

　　這里還有一個(gè)新問題，扁線繞組槽內(nèi)八層導(dǎo)體，PPT圖中給出了各導(dǎo)體的損耗：不難看出第一層沒有問題，低速和高速交流電阻差不多或者說第一層導(dǎo)體損耗變化不多，而第八層隨著轉(zhuǎn)速的升高，它的高頻損耗大概是第一層導(dǎo)體的4倍、5倍。第八層(近槽口導(dǎo)體)的溫度在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)就容易高，溫度高了將引起初始放電電壓變低，高電壓運(yùn)行情況下便易損壞。針對(duì)這樣一些問題，哈理工團(tuán)隊(duì)又提出了解決方案，槽內(nèi)導(dǎo)體拓?fù)鋸淖笸孔兂捎矣?，主要是槽?nèi)這些扁線導(dǎo)體的排列，扁線導(dǎo)體繞組采用端部換位的方式解決渦流問題，也就解決了各導(dǎo)體損耗分布不均帶來的問題。換位方法也有各種各樣的，把A、B、C、D這四種繞組拓?fù)溥M(jìn)行比較如圖所示。為了達(dá)到直流或低頻交流電阻低、高頻交流電阻也低的目的，我們采用了一個(gè)專利技術(shù)就是階梯槽，槽底導(dǎo)體截面大點(diǎn)、槽頂上小點(diǎn)的端部換位股線導(dǎo)體組成，不難看到，直流電阻和交流電阻都大幅度下降，從而使得電機(jī)更容易被做小，不僅導(dǎo)體發(fā)熱比較均勻而且熱量也容易被散出去。

　　另一個(gè)問題就是永磁體，不少人在談非永磁電機(jī)，可以告訴大家95%以上的都是永磁電機(jī)，為什么?特斯拉最早用的是感應(yīng)電機(jī)，后來也改成永磁電機(jī)，我剛回國(guó)的時(shí)候有人問我，我說是因?yàn)樘厮估?dāng)年無(wú)知，但我本意不是這個(gè)意思，我就是讓大家記住，感應(yīng)電機(jī)作為主驅(qū)電機(jī)是沒法跟永磁電機(jī)進(jìn)行比較的，而且差很多。但是永磁電機(jī)也有一個(gè)問題，永磁體的價(jià)格問題，大家都知道稀土價(jià)格波動(dòng)大，我們得想辦法降低重稀土用量，也就是說少重稀土，我沒有說無(wú)稀土，稀土永磁電機(jī)最符合汽車低速輕載運(yùn)行。重稀土可以想辦法減小用量。這種方法就是：哪個(gè)地方需要就往哪放重稀土，學(xué)名叫選區(qū)滲重稀土。

　　2011年稀土尤其是重稀土漲價(jià)一個(gè)高峰，2022年又漲了一個(gè)高峰，這兩個(gè)高峰的情況下，稀土永磁電機(jī)因稀土價(jià)高，性價(jià)比下降而趕不上其他電機(jī)了。我們保證稀土永磁材料的價(jià)格穩(wěn)定，這對(duì)國(guó)家和整個(gè)產(chǎn)業(yè)是非常重要的、有利的。

　　為什么歐美比較重視無(wú)稀土電機(jī)開發(fā)?因?yàn)槭澜缟系囊验_發(fā)的稀土永磁材料80%甚至90%來自中國(guó)，雖然我國(guó)的稀土礦藏只占世界上1/3多一點(diǎn)，但是我們?cè)趹?yīng)用方面開發(fā)比較多一些。我們將來也許會(huì)看到，其他國(guó)家， 尤其是美國(guó)，可能也會(huì)在這方面做出他們的努力，解決自己的需求問題。

　　另一個(gè)，“發(fā)卡式”扁線繞組，這個(gè)扁線是指漆包線要滿足要求，已經(jīng)開發(fā)出達(dá)到國(guó)家耐電暈標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)10倍新電磁扁線，這也是我們團(tuán)隊(duì)最近做出的一些結(jié)果。

　　另一個(gè)是油冷，大家知道油有黏度問題，把高運(yùn)動(dòng)黏度降下來就可以降低油冷帶來的拖滯損耗和改善散熱效果，CLTC效率可以提高0.7—1.4%。僅僅通過改善油品就可以提高這么多的效率。結(jié)論是，改善油品提高工況效率效果不僅明顯，而且事半功倍。

　　剛剛講到廣汽埃安做了非晶電機(jī)，非晶電機(jī)最大的挑戰(zhàn)是加工，右圖表中藍(lán)色數(shù)據(jù)顯示，有的加工方法使其損耗高于硅鋼片，所以加工工藝研究是非常重要的，現(xiàn)在的工藝(包括廣汽在內(nèi))都需要在大批量生產(chǎn)做更多努力，整個(gè)行業(yè)都需要加大努力。

　　非晶是非常薄的，過度疊到一起就產(chǎn)生了一個(gè)問題，非晶怕壓?？梢钥吹剑鸥袘?yīng)強(qiáng)度、損耗等都是因?yàn)閴旱锰蠖a(chǎn)生了磁感下降和損耗上升的問題。適當(dāng)疊壓系數(shù)選擇，一定要引起大家的重視，尤其是新開始做這方面事情的電驅(qū)動(dòng)企業(yè)。

　　另一個(gè)新技術(shù)是超級(jí)銅，它比紫銅的電導(dǎo)率高，甚至比銀的電導(dǎo)率還要高10%。更值得推崇的如右圖所示，在高頻情況下交流電阻增加很少，比銅和紫銅交流電阻低得多，故高頻情況下超級(jí)銅的應(yīng)用是未來發(fā)展的方向。

　　這里展示了兩個(gè)超級(jí)銅樣機(jī)，一個(gè)樣機(jī)是電機(jī)，提高效率不到0.5%，另一個(gè)是做控制器，把控制器的銅版換成超級(jí)銅，提高了0.8%的效率，顯然這些都是未來發(fā)展的方向。

　　另一個(gè)是第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體，但它同樣是高電壓的時(shí)候損耗高，因而不應(yīng)一味追求高電壓，要考慮電壓適當(dāng)?shù)倪x取。IGBT和碳化硅相比結(jié)果是非常明顯的，在低速輕載的時(shí)候碳化硅效率明顯比IGBT高，我們汽車行業(yè)經(jīng)常用的是低速輕載，并不是滿速滿載的，故碳化硅是最適合的功率電子器件，就像我講的永磁電機(jī)是最適合做汽車電機(jī)一樣，無(wú)論如何漲價(jià)，汽車電驅(qū)動(dòng)人永遠(yuǎn)是稀土永磁材料的忠誠(chéng)用戶，況且，估計(jì)碳化硅將來會(huì)降價(jià)。

　　碳化硅控制器產(chǎn)業(yè)鏈也存在一些問題，包括芯片器件結(jié)耐溫發(fā)揮不出來。，以封裝為例，我們團(tuán)隊(duì)也做了一些工作，我在這里簡(jiǎn)單給大家介紹一下，燒結(jié)封裝代替鍵合線焊接封裝。鍵合線封裝如左圖所示，右圖這么多線用焊接相連，焊接一定要在比焊錫溫度高條件下實(shí)施，但其應(yīng)用的時(shí)候不能比焊錫溫度高，否則就化了。右邊的燒結(jié)就像用糨糊一樣，粘接到一起了，可以在低溫做燒結(jié)操作，在高溫下運(yùn)行。而且，沒有鍵合線了，有助于減低寄生參數(shù)，進(jìn)而解決電磁兼容和電磁干擾的問題。燒結(jié)方法目前在用的主要的是銀燒結(jié)，我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)出來的是銅燒結(jié)。銅燒結(jié)，相比150kW—200kW的模塊封裝需要300元—500元銀獎(jiǎng)，我們改成銅后納米銅獎(jiǎng)大約40元左右，可靠性和壽命還比銀燒結(jié)更好了。我們最近在跟華為、宏微等企業(yè)合作進(jìn)行銅燒結(jié)封裝試驗(yàn)認(rèn)證。該技術(shù)，目前屬世界領(lǐng)先技術(shù)。

　　最后一個(gè)是技術(shù)拓展推廣，汽車電動(dòng)化電驅(qū)動(dòng)的成功，可以向其他行業(yè)推廣。在黑龍江已經(jīng)推廣了300馬力的油電混動(dòng)拖拉機(jī)，現(xiàn)在樣機(jī)已經(jīng)在田間運(yùn)行了>1000多小時(shí)，這也是一個(gè)未來發(fā)展的方向。拖拉機(jī)曾經(jīng)有前進(jìn)擋28檔、后退檔28檔，56個(gè)檔位，所以電動(dòng)化對(duì)簡(jiǎn)化拖拉機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)更重要。

　　哈理工在發(fā)改委支持下建了2.5萬(wàn)平方米的實(shí)驗(yàn)室，這也是國(guó)內(nèi)大學(xué)校園里最大的新能源電機(jī)系統(tǒng)及關(guān)鍵材料實(shí)驗(yàn)室。 20多個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室最近在緊鑼密鼓安裝調(diào)試。我們尋求與行業(yè)合作，已經(jīng)與中汽研(重慶)和中汽中心(天津)形成合作，助力解決我國(guó)新能源汽車在電驅(qū)動(dòng)方面的前瞻研發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品試驗(yàn)問題。

　　汽車電動(dòng)化+能源清潔化是國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略，關(guān)鍵零部件強(qiáng)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng);汽車強(qiáng)國(guó)靠“四化”,電動(dòng)化、智能化、低碳化、全球化; 新能源汽車將帶動(dòng)向智能化電動(dòng)船舶、多電飛機(jī)、飛行汽車、電動(dòng)化農(nóng)機(jī)、礦卡等行業(yè)拓展