精进蔡蔚:我国的电机元器件大量依赖进口需提高自主研发

发布时间: 2017-11-29 作者:汽车氪

精进电动目前是中国唯一的新能源汽车电驱动系统出口供应商。精进电机装在克莱斯勒的车上,克莱斯勒双电机混动系统获得了2016年沃德全球十佳发动机的大奖,这是中国产品唯一一次获得如此殊荣

“我们打开一个控制器里面,没有一个元器件在中国制造,一个都没有,您说您不落后,只能说是无知者无畏。” 精进电动创始人兼首席技术官,新能源汽车电机系统性能优化技术国家地方联合实验室主任蔡蔚,在中国互联网+新能源汽车产业发展高峰论坛分享了电机发展的趋势和现状。以下内容为精彩节选:

第一个问题:电机的发展趋势

在十二五的时候,我们经常谈的是电机的功率力度、电机的性能,而现在我们要谈的除了这些以外,还要谈电机的EMI、EMC,电机的振动和噪音。

从系统发展的过程中,我们可以看到基本上驱动电机分为感应电机和永磁电机,而永磁电机占了全球所有新能源汽车电机总量的85%-90%以上。而且这个比例会越来越多,换句话说感应电机会进一步的缩小。

那么功率电子方面,从硅级的IGBT逐步向第三代宽晶代的功率半导体方向发展。除了碳化硅以外,还有氮化镓等等其他的产品。

从储能的角度上讲,逐步由传统的铅矾电池、液晶电池,向锂离子三元电池,而未来很有可能有固态电池发展方向,而电压会越做越高。我们国家十三五的发展规划当中已经开始,科技发展规划当中已经列出了750伏的电机系统,乘用车,不是商用车。所以电压在不断的增高,而高电压基本上可以做到把传统的起动机和传统的发电机去掉。也就是说传统车上做起动机和发电机的企业,您要做好思想准备,您的竞争会越来越激烈,因为您的市场越来越小、越来越少。

从电机的性能来看,主要从防护等级、降低噪音和EMI、EMC的方向发展。我们讲的是防护等级,起码防水等等是基本的要求。怎么样降低振动和噪音,怎么样减少共振的振动和噪音。包括旋转变压器的信号,或者是位置信号的EMI问题。还有我们现在要求的EMI、EMC,由于这个要求使得我们控制器不得不加的是安规电容,有了安规电容以后,那么绝缘检测就变成了非常重要的问题。而过去的控制器当中,在自动绝缘检测方面普遍不足。

第二:电机发展目前的现状和存在的问题

我们往往犯的一个很大的错误,是把平均转矩变成了起动转矩。首先转矩,不管是永磁电机还是感应电机,转矩不是一个固定值,尤其对于永磁电机而言。因而,定义的起动转矩至少应该是鼓点而不是平均转矩。您如果定义了平均转矩的话,转矩温波较大的电机,会出现溜坡。

在开发车的时候,把平均转矩当成了起动转矩。不仅如此,在启动的时候,永磁电机有可能出现一种情况,是一箱电流最大,另外的两箱等于总电流的一半,这个时候,电机的发热非常严重,您是不可能达到您平常在其他频率下,或者在其他转速下所能够触得的转矩,所以这个转矩要小于鼓点转矩,或者说限制足够的时间。这个事情,我想提醒大家注意。为了解决这样一些问题,当然我们可以加两档变速器,而不是用直驱,也不是用其他所谓固定速比的减速,而是一个变速箱。一个两档变速箱在换档的过程中怎样换档,在这个过程中实际上发明了电子离合器,实际上就是我们传统所说的够压离合器,叫电池自动内嵌式的离合器,用赤嵌式的离合器。

从电机发展的角度来讲,我们希望从高电压多极速、高转速,从而使得电机变得更轻、更小、功率密度更高,这大概是一个发展的方向。而这个发展的方向推动了一大堆的问题。

第一:原材料的问题,铁芯怎么解决,在高频下铁芯怎么办?在高频下,在斜坡的情况下,我们的永磁体会产生涡流,怎么样降低永磁体的涡流,怎么样提高我们的耐电运性。由于转速提高了,由于频率提高了,因而电机整体对绝缘系统提出了耐电运特性就要求更高了。而这些特性,我们国家目前的高频耐电运特性的原材料基本上依赖进口。或者说99.9%的,是依赖于进口。这是一个很大的问题,我们必须要解决自给自足的问题。包括高速电机的轴承,基本上我们国家100%依赖于进口。所以我们的轴承行业要提上去,我们的绝缘行业要提上去,我们的永磁材料行业要提上去。这几个原材料的行业要跟上去。

我们的控制器IGBT现在遇到了一些挑战,需要向高频的方向发展,需要向耐高温的方向发展。因而功率电子元器件有一大堆的问题,而这些问题正是产生了一些循环性的问题。

举个例子,我们现在的耐电运起跑线是12000赫兹的,也就是说每秒钟12000次开关频率的。而未来的要耐5万次、10万次的,而这样的耐电运的材料在哪儿?没有。而这样的耐电运材料怎么测,不会。而这样的耐电运材料测试设备在哪儿?没有。所以,这样一系列的挑战都需要国家站出来推动整个行业的发展。我个人认为国家补贴新能源汽车应该补贴这些东西,把这些东西从无到有推动起来,才使我们国家真正向前发展、向前进步。

我们的电机是不落后,但是我们的元器件基本材料确是落后,我们不但落后,而且很落后。我们打开一个控制器里面,没有一个元器件在中国制造。大家要站起来呼吁这个问题,从而使得我们电机控制行业提上去,从而赶上国际先进水平,而不至于我们被别人拉掉了。

永磁体方面,这是日本在做的事情。我个人认为高性能化、低稀土化、回收利用和综合利用是发展的方向。永磁体方面是中国的黑色黄金,我们现在对黑色黄金的处理有待提高。我们的利用率比日本人低了5%-8%,您把黑色黄金扔了5%-8%。所以这些问题,我们必须通过提高来解决。

我们刚才讲了耐电运的原材料基本上依赖进口,我们必须填补这个空白,我们必须要解决这一系列材料的耐电运特性、耐高温特性,从而保证我们从来可以支撑这个产业的发展。我们在有冷电机方面,基本上所有的绝缘材料都依赖于进口。我知道我们大部分的国内企业从来不用进口的,但是我想告诉你实验的结果是不满足要求,只能进口。

我们基本上把中国的绝缘材料都做实验做遍了,总而言之,合格都是进口的,不合格都是国产的。IGBT相关芯片的零部件,包括晶圆、芯片、封装、DSP芯片、电容等等我们都落后于国外,我们需要继续努力向前发展。我们现在基本上用的是英菲林、浮记、蒙特瑞拉,包括我们的DSP,基本上用的都是他们的,包括有冷系统,包括纳威拉的行星派,包括高速的齿轮等等都是我们需要解决的问题。我们的齿轮过了1万转就响了,怎么解决?我们需要努力。当你把电机的性能提高了以后,做了1万8千转的电机出来了,您的齿轮做不到,等于还是没有。所以,我们必须要解决这样产业链的问题,我一直在呼吁这样一些问题。包括我们的油纸,我们耐高温、耐宽温变的油纸全部依赖进口,轴承的油纸100%依赖进口。

第二,我们的体系保证我们的实验室能够支持这样一些的认证,当然这样的实验室,我们也希望所有的电机企业都有这样的实验室,能够保证实验能够完成。到今天为止,精进电动仍然在建的两个实验室,一个是EMI、EMC,另一个是振动噪音的,除此以外,我们所有的实验都能够自己做,包括耐电运实验等等。那么我们在制造方面也在逐步推动向智能、信息、互联、数字自动化的方向发展,就不详细说了,这已经是批量向美国出口的电机,已经在全自动无人生产线上生产。

第三、在软件方面,我个人认为我们需要解决软件的算法、变算法,从而使电机的功率再提高5%-10%。因为我们现在的软件是固定算法,因而这个要做。我们的软件可以降低噪音,软件可以补充选编的位置,软件可以减少轴电流。这些东西都需要我们大家一起努力来做好,软件可以降低噪音,这是我们已经成功的实验,我们可以降5个分贝左右。

除此以外,密封变成了一个很重要的问题,尤其是水冷电机的轴和壳体之间的密封,现在是全球的难点,也是在中国尤其表现突出。所以,要解决这样的一些问题。刚才讲了安规电容,由于安规电容上去了以后容易短路,所以要解决绝缘检测问题。由于电机的效率高,从而使得我们消耗的电量小。

我们把感应电机和永磁电机做了比较,得出的结论是感应电机效率低于永磁电机。在NEDC工况下,感应电机至少低于永磁电机3-5个百分点。尽管它的峰值效率只差两个百分点,但实际上差了这么多。

精进电动目前是中国唯一的新能源汽车电驱动系统出口供应商。精进电机装在克莱斯勒的车上,克莱斯勒双电机混动系统获得了2016年沃德全球十佳发动机的大奖,这是中国产品唯一一次获得如此殊荣。精进电机谷歌的waymo的智能驾驶车上,也就是说谷歌现在的MPV用的精进电动。此外,还有吉利、广汽、小鹏汽车等等一系列的电动、混动汽车也装载了精进电动。

我们的产品未来要向智能化的方向发展,因而我们的制造就一定要向数字化方向发展。精进电机在上海工厂准备推动一栋楼是自动无人的,或者是少人的生产环境。

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