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劉宏鑫:新能源汽車電機電控系統現狀及發展趨勢

2021-04-10   1849

【新華AUTO報道】
2020年10月21日-10月22日,由中國汽車工業協會和西安市人民政府聯合主辦的“2020中國汽車供應鍊大會”(原“中國汽車零部件行業年會暨高峰論壇”)在陝西省西安市召開。本屆供應鍊大會主題為“育新機、謀新篇、開新局——助力構建安全可控汽車産業鍊”,探讨“十四五”思路,把控産業形勢,解析全球汽車供應鍊發展動态,助力構建安全可控汽車産業鍊。其中,10月22日上午舉辦的“産業鍊新興領域領先優勢培育”主題論壇上,澳门第一娱乐娱城官网技術總監 劉宏鑫 為大家帶來“大數據助力産業鍊創新與發展”的主題演講。以下内容為現場演講實錄:
 
 

(澳门第一娱乐娱城官网技術總監 劉宏鑫)
 
劉宏鑫:感謝,組委會今天給我們這個機會,我這個内容可能就不像楊總那麼寬泛,我針對電機電控講講國内外的現狀和我們公司的産品策略,對整車廠有一些方案上的引導。包括四塊内容:一個是國内現狀,第二個是MCU和電機電控的發展。還有下一代産品的規劃,最後是一些關于新技術的讨論。
 
這展示的是全世界突破銷售1500萬-2000萬輛的PRIUS,2035規劃把這個作為主力軍,新能源汽車裡面電池成本占到了一般以上,阻礙了電動車的推廣,這個過渡産品就是混動汽車作為主力軍,2035年混動汽車替代燃油汽車,全面替代占到50%以上,電動汽車占到50%以上,混動最近成為每一個車企的戰略焦點。
 
PRIUS第五代的,當年在日本展覽時候看到的樣機,基本上是以日本為代表,豐田第一,本田第二,這個做的非常好。這是他們裡面的混動的控制器照片,這是美國福特,也是避開了豐田專利,這個控制器早期是日本東芝做的,現在變成三菱,混動技術基本上在日本,美國也是沒有的。
 
這個豐田專利,中國很多車企為了避開豐田專利花了很多心思,增加了離合器,成本增加,可靠性下降,這是值得思考的問題,為了專利避開專利,我認為是有問題的。混合動力從長遠看是一個過渡,可能30年以後混合動力不存在了,百分之百的電動車或者氫燃料電池,但是15年-30年的過程是必不可少的。
 
這是美國2025規劃圖,簡單看一下就行了,新的我還沒有看到,美國人做的非常好在哪?他們對成本也進行了電機電控的規劃,我們中國規劃圖非常粗糙,沒有實質性的内容,希望我們把這個路線圖做的更清晰一些、明确一些。
 
這個是寶馬前年推出的控制器參數,我重點說一下英搏爾的情況,英搏爾是最早是做MCU的,早期特斯拉做電動車是最早的,最成功的企業,我們英搏爾做了銅轉子異步電機,這也是中國目前為止量産最大的,量産将近20萬台,在這個基礎之上,我們又開發了永磁220平台,還有永磁180平台,這是目前電機的情況。從1萬轉突破到了16000轉。這是永磁和異步電機的優缺點,這幾年90%以上都是永磁,異步電機這幾年又開始火爆了,一個是前後驅,前驅用永磁同步,需要離合器,同步異步電動機不需要弱磁,所以異步電動機開始暢銷了,中國做高檔電動車必須要用異步電動機,我說的是高效異步電動機,不是鋁轉子的,是銅轉子的。
 
永磁同步電機磁阻轉矩從50%提高到60%,最近我們的目标是70%,永磁同步機成本就下降了,現在出口限制,最近在出口到美國加強了管制,但是成本價還是很貴的,通過增加磁阻電機,LD-LQ,可以把用永磁用量減少,降低成本,車的行業利潤是非常低的,成本很低,量很大,追求的是成本,我們需要把成本降下去。
 
日本、韓國、德國都在研究磁阻的永磁同步機,歐美國家很缺乏的,他們更喜歡研究少用永磁材料,或者不用永磁的同步電動機,這是我們國家路線圖的内容。一般強調功率密度度每千克多少千瓦,或者講控制器是每升多少千瓦,我們基本上講的都是峰值功率。第二個在路線圖裡面講的是核心零件,這一點我很不認可,核心零部件隻有定轉子,不夠科學。右側紅色是我們現在的産品現狀,做的還是比較高的。
 
這就是我們目前産品的圖譜,中間是平台産品,OBC,DC-DC,PDU,電機控制器,MCU,減速箱。我們可以組成4+2和3+3模式,這是目前主流的動力集成模式。目的隻有一個,提高密功率度、輕量化、降低成本、安裝使用方便、系統平台化,這是我們目前做這個産品的目的。但是缺點是什麼?你的結構工藝會複雜,維護成本也會升高,你換一個充電機要整個換,換一個控制器也要換,對維護成本會大幅度提升,我們最關鍵要提高質量,如果質量真做到100個PPM以下,質量還是可以的。
 
這是三合一的産品,電機電控的三合一,結構不同而已,胖瘦高矮有變化的,這是四合一。
 
目前我們跟國内主流競争對手的比較,重點看這一行,功率密度目前是2.38kW/kg,我們能做到比别人高很多,這是特斯拉的1.83,我們是2.38,高了20%多,這是有據可查,有實物的。同樣的功率比重量和體積是可以的,我們是高速化能夠降重量,但是高速化帶來的問題也很多,比如說噪音的問題,可靠性的問題,8年30萬公裡也好,目前的租賃車輛60萬公裡保修,高速化帶來了很多問題,包括NVH問題。
 
下面是我們講的電機控制器的現狀,這是目前行業内部的兩種模式,一個是IGBT模塊,一個是單管。我們産品是以單管IGBT以主流産品,目前跟德國柴福合作做商用車的系統,功率比較大,用的是IGBT模塊,不是誰好誰壞的問題,根據自己公司一定的水平,一定的技術和優缺點有關系,沒有什麼對錯好壞之分,目前我們功率模塊用的是德國英飛淩,美國安森美,我們國内斯達也上市了,好多公司也推出了對應的IGBT,目前我們國産的還是不錯的,從可靠性來說比國外差距也是越來越小。我希望車廠要支持國産品牌,什麼意思?因為我們的客戶是車廠,我們的上遊是國産的廠,我們不給他機會,他們永遠沒有機會成長,所以車廠應該給我們機會,說國産不要,車廠不要崇洋媚外,希望跟韓國、日本學習,中國的車為什麼沒有技術,就是中國人不愛中國車,吉利現在很牛,我去歐美随便一看現代也好,連韓國的起亞在美國到處都是廣告,中國車沒有廣告。我上次去伊朗,大街小巷都是吉利,我問他們,他們說吉利OK,吉利在大街上很多,我很吃驚。
 
我希望中國的車以後出國的時候一看這就是吉利,這就是比亞迪,而不是說都是豐田、本田,我希望我們中國人要有愛國情懷。我們零部件廠也要做起,剛才芯片廠蔣總說,我可以試用國産的芯片和半導體,我可以做到,但是我的客戶可以選用才行,但是我們做的性價比高,我們隻要做的跟國外競争對手平起平坐就可以了,你給他機會,他一定能夠成長起來,因為我們有這個信心。
國産的低速車市場,我們絕對是中國第一,我們占到70-80%的市場份額。現在用的國産MOSFET,中國半導體供不應求,為什麼?可靠性做上去了。我希望大家一定要有這樣的情懷,有量以後自然會變好。如果我們不用,國産的半導體質量就不可能上去,從而實現完全替代進口。
 
這是我們的結構,功率密度越來越高,左邊是70KVA/升,右邊是100千KVA/升,後面達到130KVA/升,超過美國2025年的規劃。成本要最低,結構靈活度要大,10個廠家10個要求,一個标準化産品不可能滿足10個客戶要求,功率擴展性要強,這個需要你的工藝和電路設計、驅動設計等結合。
 
這就是我們做的産品要解決動态均流,這是一緻性的問題,怎麼樣保證可靠性,這是關鍵問題。這是國外産品裡面,實際上都是并聯的,模塊裡面都是并聯的,并聯産品在任何時候都存在的,下一代簡單看一下,右邊是STPACK,是以特斯拉為主的,給他定制的,後來碳化矽沒有量産,大家被特斯拉騙了,特斯拉現在用的長相是這個,用的是IGBT,兩年前一解剖車才知道是IGBT,我們問他們有沒有碳化矽,他們說絕對沒有,我們一測果然是IGBT。
 
雙面散熱也是我們研究比較深的東西,左上角夾層這個,不管哪個廠來推,這個方案是有很大的問題,把半導體夾起來的話,我們的車現在要求是10個G的振動,混合動力要求40個G、30個G,你這幾個G一擠壓,做實驗的時候元器件就被傷害了,可靠性很差,這種方案我不是很贊成。這個就是雙面散熱的優缺點,任何事情都是雙面的,有優點,就有缺點。尤其現在的混合動力,今明兩年混合動力上很多廠家,這個問題非常突出,因為模塊達不到10個G要求,這個不說了,也是一些例子。
 
我們英搏爾未來的應對策略,一個是國外有三個品牌,這個安全性不夠,我們發展國内的兩個品牌,這樣的話我們自己做一些特殊的分裝,做一些特殊的研究,怎麼解決熱阻減少,包括焊接,提高它的可靠性,這是我們現在正在做的工作。你剛剛說要進行結構創新,目前跟國外要求隻有,國内标準目前普遍比較低,中國現在要把标準提上去,不要跟在歐美的後面,中國在新能源汽車方面,電池現在已經領先了,電控方面不比國外差,電源方面在國内遙遙領先。
 
美國這一次疫情很嚴重,美國有呼吸機,呼吸機裡面需要電源,他自己做不了電源,呼吸機所有電源都在中國買的,美國半導體很厲害,但是美國制造業設計很弱,它的科研能力沒有那麼快,中國人一個星期做一個産品,中國人的刻苦是最頂尖的,中國人的應用技術是世界領先的,希望國标能跟上去,能領跑世界,讓外國人照着中國人做,這是目前最難受的地方,中國總是等同采用國家标準,沒有自己的創新,網聯化和智能化如果領先不了世界,中國就徹底失敗了,燃油汽車失敗了,難道新能源汽車還要失敗嗎?民營企業管不了,大國企要有震撼,我認為是這樣的。
 
碳化矽的目的是什麼,有一條,這種有一個好處,耐壓提高以後,損耗比例有下降,對高壓化和高效化有很大的幫助,這是毫無疑問的,電場,導熱率上升,對小型化設計有很大的幫助。上一頁是文獻,美國科瑞(音)給的文獻,整車效率提高3-8個點,這是我以前的文獻,但是我沒有看到實際。直到我們做出自己的東西以後,這個是我自己做碳化矽的實際曲線,日本人說的還是對的,這個效率曲線是準确的,可以最少提高一個點,最高提高10個點,平均效率提升3%。持續功率可以提升15%,我們拿650伏管子做到500伏。
 
這是我的幾個曲線,每一個都有10個曲線,節能效率還是比較可觀的,現在在我們的大巴車上推這個,大巴車如果做這個方案的話,因為大巴車300度-500度電,省一二十度電,我這個成本把SIC成本奪回來,長期的運行,節能效率很高,因此,在大巴車上可以産業化了,乘用車上還有一斷路要走,因為太貴,目前是IGBT5倍左右。目前樂觀估計還需要三年,前兩天剛剛在江蘇發布了國産的碳化矽芯片,三年左右能達到目前的成本水平,這是我們的樂觀估計。這是減速箱,目前我們16000RPM,減速箱中國國内做能做好16000rpm的減速箱的廠家很少,這種情況下新的減速箱技術,我們公司不做,要去研究減速箱,怎麼解決高傳比的時候,我們汽車是無齒輪,怎麼解決無齒輪的傳動問題,輪邊電機高速發展起來,輪毂電機将來怎麼做還不知道,雙電機電子差速器系統一定要做起來,要解決安全性的問題,這是一個重大的課題。
 
還有儲能,目前咱們以锂電池為主,磷酸鐵锂有比亞迪的技術,還有珠海隆钛酸锂電池,不管是什麼锂電池,原理功率密度有差異,可靠性與壽命有差異。還有超級電容,做混合動力的話,我一直主張用超級電容,超級電容雖然體積大一些,但是壽命做到15年還是輕輕松松的,儲能技術這一塊也要發展。另外就是跟零部件廠跟整車廠的合作模式要創新。歐洲做的非常好,奔馳、寶馬并不是什麼都做,跟博世和西門子一直合作,中國車廠招一大堆博士,電機、電控、電池,招的各個研發團隊很龐大,但是自己又做不了或者做不好,投資非常大,目的是什麼不知道,我認為一個車廠要懂核心零部件是可以的,但是不要什麼都做,公司成本很高,車的利潤不高,對公司效益影響很大,專業的人做專業的事情,每個人做自己該做的事情,這個産業鍊做安全、可靠,這個就是健康的發展,我認為零部件廠和整車廠要做非常好的整合,否則互相不信任,那個東西就沒有意義了。
 
産品的可靠性國内是比較差的,相比歐美産品,一個EMC,抗幹擾性很差,對内部幹擾很大,傳感器和雷達,我們的超聲波傳感器、攝像頭,所有的智能設備都幹擾了,那不行,這一塊我認為是很大的問題,以後要加強這一塊的東西。功能安全,這一次會上提的比較少,功能安全也是中國車區别于國外車的最大缺陷,中國人能不能做可靠,我認為百分之百行,就是你做不做的問題,我們中國一定要趕上,這個牽扯到軟件問題和硬件架構的問題,一個車型1000萬,一個車做1萬台就不做了,所以要開發國産自主的編程平台,如果中國所有車用AUTOSAR,中國又被國外控制了,我不相信習主席說的核心技術掌握在自己手裡,不可能。每個工廠必須要用阿AUTOSAR編程,所以這是很大的問題,大家要思考一下,因為你做好車是關鍵,怎麼把車做好達到功能安全的标準而已,而并不是非要怎麼做,不要指定軟件,國産軟件就不行了嗎?我認為是可以的,達到認證就可以了,當然這是一些數據,不說了。
 
一些細節的東西,節能控制,轉子溫度控制和檢測,Take Home這個功能很重要,現在有兩個電機,在一個電機系統損壞時,可以把你拉回家。怎麼提高EMC軟件方法,系統安全的軟件,車的安全未來是關鍵,你給我發的指令要執行,但是你被人劫持了,我怎麼辦?你怎麼把網絡安全保證,手機死了可以重新關機,車在高速上開着能關機嗎?有人故意讓你失控,不是做的太爛失控的。我一個搖控器給你幹擾一下就完了,将來的高科技犯罪是太容易了,如果解決不了車的安全問題,那天天就出事,不說無人駕駛,我認為無人駕駛10-20年都可能不會實施,但是我說的輔助駕駛,做一些智能化的駕駛協助還是現實的。這是NVH的改進,這是核心技術。
 
随着智能化,車上的控制部件的整合很重要,車的成本很低,利潤很低,零部件廠利潤更低,怎麼不犧牲整車的安全性和可靠性降成本,把BMS和VCU融合,MCU、VCU和控制器,甚至車燈,把這個做成整體的考慮,網絡布局也好,還是融合,這個特斯拉做的非常好,這個闆子是特斯拉的闆子,我希望中國車廠跟零部件廠探讨,把它做的成本最低,但是可靠性還要提升,最少不下降,我覺得這一塊要思考,我們一定要融合,不是為了降成本而降成本,為了保證安全性和可靠性基礎上降成本。
 
當時我寫這個,去年11月份在吉利創新日交流的時候寫的,但是現在看着是對的,我們有一個客戶是五菱的E50創造了神話,每個月好幾萬台,中國人要做中國的好車,不是說跟特斯拉比就是好車。最牛逼的車是德國奔馳和寶馬,奔馳展廳裡面沒有S600,寶馬展廳裡面沒有7系,他說德國人不喜歡,我到奧迪去,奧迪都是A1,中國就沒有見過A1,很小,在路上随便可以停。中國人思路偏離了,歐美再有錢的人開A1,他覺得節能環保省油,中國要7系、600,跑偏了,做電動車的目的是節能環保和綠色。現在排量越搞越大,環境污染越來越嚴重,廠家要有一定的客戶,要引導客戶,讓客戶節能環保,五菱E50暢銷就是一個例子,我們并不是說跟特斯拉比,我建議要做品牌,品牌向上,永遠不能忘記,一方面做品牌,一方面做實事,做老百姓用得起的車,便宜環保的車,我認為是關鍵。
 
新能源車探索這一塊,這是我自己想的,氫燃料電池這麼貴,做一個車60萬的成本,我們怎麼解決這個問題?把氫氣能不能燃燒,用斯特林發動機,以色列有人做這個技術,氫氣直接燃燒,用直線電機發電,氫燃料電池裡面要用重金屬和催化劑污染很嚴重。時間有限我把我的觀點表達一下,希望有意見後面可以提出來,謝謝大家。(注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱)
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