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刘宏鑫:澳门美高梅网址_电机电控系统现状及发展趋势

第一电动张硕

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:

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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,澳门美高梅网址_里面电池成本占到了一般以上,阻碍了澳门美高梅网址_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,澳门美高梅网址_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,百分之百的澳门美高梅网址_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,早期特斯拉做澳门美高梅网址_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,中国做高档澳门美高梅网址_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,中国在澳门美高梅网址_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,难道澳门美高梅网址_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,做澳门美高梅网址_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)

来源:第一电动网

作者:张硕

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