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

　　哈爾濱理工大學終身榮譽教授、國家卓越工程師、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)動技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢”。

　　現(xiàn)在為止所有的車基本是集中驅(qū)動，曾經(jīng)叫做“改裝車”，就是用電驅(qū)動化部件取代發(fā)動機，右圖是一種新型的分布電驅(qū)動系統(tǒng)，到今天為止還沒有進行大批量生產(chǎn)，除了像比亞迪的K9大巴車的輪邊電機等個別情況，分布驅(qū)動基本都是演示性的，。無論集中驅(qū)動還是分布驅(qū)動，結(jié)果都是離不開中間這三個部件，第一個是電機，電驅(qū)動系統(tǒng)，第二個是減速器或者變速器，第三個就是功率電子控制器。電機和控制系統(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，這是一個發(fā)展方向。為什么輪轂電機是發(fā)展趨勢?因為對于電動化車，放個大平板電池，兩個輪子距離拉開就變成寬車了，前后輪距拉開就變成長車了，所以大車、小車、商用車、乘用車基本共用一個滑板底盤平臺或者稍微改動的一個共享平臺，顯然是大家所希望的，尤其是在智能電動化車上。

　　電動化車采用分布驅(qū)動后的另一個趨勢就是線控，，包括線控轉(zhuǎn)向、線控懸架、線控制動，目前為止線控轉(zhuǎn)向、線控懸架、線控制動應用占比較小，還在努力當中。

　　剛才說提到的雙電機分布驅(qū)動總成，驅(qū)動電機位于簧上，通過半軸驅(qū)動車輪，我列了一各表，表中OEM或供應商不等于都是量產(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。這類雙電機分布電驅(qū)動從2022年到2023年才開始的一種新的電子差速驅(qū)動方式，就是每個電機驅(qū)動一個車輪子。

　　不管是供應商還是主機廠，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)動車生產(chǎn)，例如仰望。。

　　舉幾個例子。奧迪，左邊一個輪子、右邊一個輪子，我標注了一些參數(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)。很簡單，一個電機管一個車輪，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)動電機的快慢、電機的轉(zhuǎn)矩大小來解決轉(zhuǎn)彎問題。

　　也有另一種雙電分布驅(qū)動，兩個平行軸，左圖是吉利的平行軸雙電機，我畫了一下傳動路徑，每個電機驅(qū)動一個車輪沒變，但是用的是平行軸。目前兩家分布驅(qū)動雙電機用平行軸，一個是吉利，另一個是精進電動。右圖也是吉利的同軸雙電分布驅(qū)動，我也列了一些基本的參數(shù)。

　　總的電驅(qū)動技術(shù)路線，其發(fā)展分幾個方向，先沿著從左下角往右上角的對角斜線展示集成化方向，由電機、減/變速器、控制器三個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，誰造總成就返給誰，這是我們市場上最大的問題，我們需要想辦法用模塊化解決這個問題。

　　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)在市場上有一個普遍的形式，使勁增加轉(zhuǎn)速，為什么增加轉(zhuǎn)速?為了減少電機的大小。，變速器在電動車上應用較少。這里我想解釋基于什么選擇電驅(qū)動用大速比減速器還是變速器?目的只有一個，就是解決低速的大轉(zhuǎn)矩和高速大功率的需求，這兩個需求矛盾如果得不到解決，這個車就不能成一個高端車。專門用減速器的就存在著一直要增加電機最高轉(zhuǎn)速，即使增加轉(zhuǎn)速對電機來說不是可問題，但是齒輪不是10萬轉(zhuǎn)的齒輪和1萬轉(zhuǎn)的齒輪一樣的，速比大的輪系體積也會變大，最后總的結(jié)果不是增加轉(zhuǎn)速就能解決電驅(qū)動總成的所有問題的，尤其是對于重載商用車必須用多擋變速，不用不行，時間關(guān)系我在這里不具體講了。 然而我這里提了另一個思路，變速器可以通過電機的繞組改變來實現(xiàn)，繞組重構(gòu)等效于齒輪的變比改變，繞組重構(gòu)相當于一個電子變速器。

　　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帶來一大堆挑戰(zhàn)，電機是要有絕緣的，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，因而電機的效率不升而降，因為銅放少了、絕緣放多了;厚絕緣導致散熱也困難，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。因為水是不能跟導電導體或絕緣接觸，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)還在推動油水復合冷卻。

　　再看功率電子，隨著轉(zhuǎn)速的提高，電機的頻率正比增加，開關(guān)頻率也需要隨著增加，這樣現(xiàn)代功率半導體IGBT開關(guān)頻率就不再夠用了，因而需要化合物功率半導體，例如氮化鎵、碳化硅，市場上主要用的是碳化硅。隨著電壓的升高(例如1000V平臺)，用于800V平臺的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1000V的平臺，電壓越高問題就越嚴重。。

　　電機的功率密度提高有三個方式：一是提高轉(zhuǎn)速，PPT里寫了原理，這里就不詳細解釋了;二是提高電壓，可以提高功率。三是降低標準，最新的標準GB/T18488-2024要求運行時間短了，因而發(fā)熱不太嚴重了，當然需要滿足要求，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。因為電壓提高會導致電氣器件壽命下降，因而在電驅(qū)動路線圖3.0的制定時候，我們又沒有將1500V標稱電壓寫入路線圖，當然我并不是有意識阻止通過提高電壓來提高電驅(qū)動功率密度，而是考慮了電驅(qū)動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稱電壓，表中右側(cè)藍色是電池的標稱電壓，而標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。當你系統(tǒng)選擇耐電壓的時候，要考慮充電電壓和最高電壓對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)速和電壓提高電機與電驅(qū)動總成功率密度方面，國內(nèi)已經(jīng)做了很多努力，如右表所列，Lucid Air的電機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，說明我國在系統(tǒng)集成方面還有前進的空間，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，最近被反復提及的飛行汽車，液叫低空飛行器，低空經(jīng)濟跟車相比，更需要高功率密度、高效率的電驅(qū)動系統(tǒng)。提高電驅(qū)動系統(tǒng)功率密度或減重，主要從本頁PPT右邊第二列選取從高新能材料、散熱、結(jié)構(gòu)設計輕量化等一系列方式提高功率密度，國際上也有一些企業(yè)做了一些努力，我在這里列了幾家，不給大家詳細一一解釋了。

　　舉一個例子，三個創(chuàng)始人都畢業(yè)于威斯康星大學的創(chuàng)業(yè)公司H3X，，他們?nèi)齻€當初都在威斯康星學生時代時是電動賽車俱樂部成員。 我也在威斯康星大學麥迪遜分校工作過，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，同時其連續(xù)轉(zhuǎn)矩密度達到38.5Nm/kg。我這里給出了電機和總成結(jié)構(gòu)和參數(shù)，包括體積是多少、繞組是怎么做的，供參考學習。從零到一的原始創(chuàng)新，我們還有許多學習的空間、難排世界第一，或者說，前沿技術(shù)方面，我們還有學習和進步的空間。

　　簡單總結(jié)一下電驅(qū)動技術(shù)進步：一是電機繞組，現(xiàn)在所有的新能源汽車驅(qū)動電機都用扁線繞組，其中“發(fā)卡式”扁線繞組，我是首創(chuàng)發(fā)明的?，F(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)動的主流技術(shù)。

　　這里還有一個新問題，扁線繞組槽內(nèi)八層導體，PPT圖中給出了各導體的損耗：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體的4倍、5倍。第八層(近槽口導體)的溫度在電機高速運行時就容易高，溫度高了將引起初始放電電壓變低，高電壓運行情況下便易損壞。針對這樣一些問題，哈理工團隊又提出了解決方案，槽內(nèi)導體拓撲從左涂變成右右，主要是槽內(nèi)這些扁線導體的排列，扁線導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這四種繞組拓撲進行比較如圖所示。為了達到直流或低頻交流電阻低、高頻交流電阻也低的目的，我們采用了一個專利技術(shù)就是階梯槽，槽底導體截面大點、槽頂上小點的端部換位股線導體組成，不難看到，直流電阻和交流電阻都大幅度下降，從而使得電機更容易被做小，不僅導體發(fā)熱比較均勻而且熱量也容易被散出去。

　　另一個問題就是永磁體，不少人在談非永磁電機，可以告訴大家95%以上的都是永磁電機，為什么?特斯拉最早用的是感應電機，后來也改成永磁電機，我剛回國的時候有人問我，我說是因為特斯拉當年無知，但我本意不是這個意思，我就是讓大家記住，感應電機作為主驅(qū)電機是沒法跟永磁電機進行比較的，而且差很多。但是永磁電機也有一個問題，永磁體的價格問題，大家都知道稀土價格波動大，我們得想辦法降低重稀土用量，也就是說少重稀土，我沒有說無稀土，稀土永磁電機最符合汽車低速輕載運行。重稀土可以想辦法減小用量。這種方法就是：哪個地方需要就往哪放重稀土，學名叫選區(qū)滲重稀土。

　　2011年稀土尤其是重稀土漲價一個高峰，2022年又漲了一個高峰，這兩個高峰的情況下，稀土永磁電機因稀土價高，性價比下降而趕不上其他電機了。我們保證稀土永磁材料的價格穩(wěn)定，這對國家和整個產(chǎn)業(yè)是非常重要的、有利的。

　　為什么歐美比較重視無稀土電機開發(fā)?因為世界上的已開發(fā)的稀土永磁材料80%甚至90%來自中國，雖然我國的稀土礦藏只占世界上1/3多一點，但是我們在應用方面開發(fā)比較多一些。我們將來也許會看到，其他國家， 尤其是美國，可能也會在這方面做出他們的努力，解決自己的需求問題。

　　另一個，“發(fā)卡式”扁線繞組，這個扁線是指漆包線要滿足要求，已經(jīng)開發(fā)出達到國家耐電暈標準指標10倍新電磁扁線，這也是我們團隊最近做出的一些結(jié)果。

　　另一個是油冷，大家知道油有黏度問題，把高運動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，非晶電機最大的挑戰(zhàn)是加工，右圖表中藍色數(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)生了一個問題，非晶怕壓。可以看到，磁感應強度、損耗等都是因為壓得太大而產(chǎn)生了磁感下降和損耗上升的問題。適當疊壓系數(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)動企業(yè)。

　　另一個新技術(shù)是超級銅，它比紫銅的電導率高，甚至比銀的電導率還要高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，故高頻情況下超級銅的應用是未來發(fā)展的方向。

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

　　另一個是第三代寬禁帶功率半導體，但它同樣是高電壓的時候損耗高，因而不應一味追求高電壓，要考慮電壓適當?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是最適合做汽車電機一樣，無論如何漲價，汽車電驅(qū)動人永遠是稀土永磁材料的忠誠用戶，況且，估計碳化硅將來會降價。

　　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，我們團隊也做了一些工作，我在這里簡單給大家介紹一下，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施，但其應用的時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，在高溫下運行。而且，沒有鍵合線了，有助于減低寄生參數(shù)，進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)，我們團隊開發(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，我們改成銅后納米銅獎大約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)合作進行銅燒結(jié)封裝試驗認證。該技術(shù)，目前屬世界領(lǐng)先技術(shù)。

　　最后一個是技術(shù)拓展推廣，汽車電動化電驅(qū)動的成功，可以向其他行業(yè)推廣。在黑龍江已經(jīng)推廣了300馬力的油電混動拖拉機，現(xiàn)在樣機已經(jīng)在田間運行了>1000多小時，這也是一個未來發(fā)展的方向。拖拉機曾經(jīng)有前進擋28檔、后退檔28檔，56個檔位，所以電動化對簡化拖拉機動力系統(tǒng)更重要。

　　哈理工在發(fā)改委支持下建了2.5萬平方米的實驗室，這也是國內(nèi)大學校園里最大的新能源電機系統(tǒng)及關(guān)鍵材料實驗室。 20多個相關(guān)實驗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，助力解決我國新能源汽車在電驅(qū)動方面的前瞻研發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品試驗問題。

　　汽車電動化+能源清潔化是國家的長遠戰(zhàn)略，關(guān)鍵零部件強，新能源汽車產(chǎn)業(yè)強;汽車強國靠“四化”,電動化、智能化、低碳化、全球化; 新能源汽車將帶動向智能化電動船舶、多電飛機、飛行汽車、電動化農(nóng)機、礦卡等行業(yè)拓展