2018年新能源汽车智新峰会-北汽新能源工程研究院副院长魏跃远-纯电驱动技术发展现状及趋势

北汽新能源工程研究院副院长 魏跃远

北京新能源汽车股份有限公司副院长魏跃远，围绕纯电驱动系统使用要求、发展现状、发展趋势、发展建议进行了主题为“纯电驱动技术发展现状及趋势”的分享。

尊敬的各位专家、各位来宾，大家下午好。我是魏跃远，之前一直在北汽新能源研发口工作，从事新能源汽车研发也有十多年的时间，先后从事了整车、电控，实际上负责电驱动系统的研发业务。今年3月份，科技部授牌成立的国家新能源汽车技术创新中心，这是北汽和北京新能源牵头来组建的，我现在很大一部分的工作是在这个创新中心工作，我报告的这个主题，跟我前期在北汽新能源的相关工作相关，今天很荣幸跟各位专家以及同仁分享。

纯电驱动系统，包括电机，电机控制器和减速器三个部分，跟整车的性能密切相关，包括大家知道的动力性、经济性质以及NVH、EMC，动力总成也是这个电动汽车的大部分。动力总成的开发，产品性能对整车有很大的影响。一般来说一个新型纯电动汽车在进行应用要整车的开发，提前一年到半年的时间，这样可能才能够在整车开发过程中，动力系统和整个性能有一个比较好的匹配。

纯电动系统特点是什么？

红线就代表着整车对于动力系统以及动力特性的输出要求，低速大恒距，高速恒功率。所以我们需要一个多档的变速将转速进行放大，同时它的扭距也放到这样一个可以实现它的宽度收放这样一个大扭距大功率的需求。电机有这样一个天然的特性，本身就是一个很高速恒功能的、低速大扭距。带来一个好处是非常快，开过电动车的朋友们都知道，就是这个起速非常快，这样结构更简单，集成更紧凑，整车的布置，整车前玄后玄可以做的更好，给乘客空间带来更宽敞的空间。这是纯电动系统带来的好处。

纯电动系统开发过程中，总零部件的换件技术到系统集成到测试验证到产业化的应用开发，都是一个复杂的开发过程。车型验证非常重要，在这个电驱动系统特别是随着这个产品性能的提升，我们对于这个电动车从无到有的需求，包括这个产品推向市场的速度来看，市场前端的系统集成分析非常重要，前端因为涉及到机电热磁跟物理厂高度的耦合，如果前期这一块验证做得不太充分，会导致这个后面验证有大量的，或者是补课的工作需要做，影响整个产品的开发甚至上市的应用。

传统燃油车有进气和排气，有系统，但是电驱动总成这些都没有，那是不是整个NMV特性更好了，也不是如此。但是带来一些噪声更大，带来一些局部系统动力系统噪声更大，还有一些减速器出现的一些噪声，早期开碰到一些减速器的噪声都是这种体现。大家都知道现在车上还需要低速的时候增加行人提醒的功能，我们现在已经在进一步的提升，我们可能要针对电动车的这个品质进行针对性的开发。

传统车燃油车基本上起步规律总成都是800段以上，这个动力总成包括选速的设计不用考虑这个800转的特性。电动车不一样，都车是从零开始起步，传统动力总成这个物理结构包括这个声源质的分析，都需要针对这一块进行针对性的设计。

纯电动驱动系统动力总成的基本要求。发展现状来看整个动力系统分为集中式和分布式。现在目前还处于研发样车测试极端分布式区段，包括这个轮毂的驱动以及轮边的驱动。

结构型式来看，发展的里程来看，我们从早期这个电机加显示器以及控制器是分离式的步骤，比如说代表一个正向的集成，现在把这个电机控制器、减速器以及电机进行一个简单叠加，是比较简单的集成活率。再就是稍微深度的集成。还有Leaf电驱动总成采用这样一个驱动方案，结构更加紧凑。轮毂驱动也两种方案及一个是轮毂驱动把这个电机做在这个车轮子里面，有的把控制器做在车轮子里面，挑战性更大。

我们国家电机制再生功率密度，效率等指标方面与国外先进水平基本相当。上海电驱动、精进电动、北汽车信号能源这些供应商，最高转速，最高效率，功率密度以及和国外这个代表性的电机技术水平相当。

我们国家在电机控制器先进性与国外差距大一些，包括功率目标制度上面，主要的原因还是深层次的原因，我们国家在功率半导体材料、芯片、器械以及模组、封装水平上与国外有很大的差距。当然国内在这些方面发力，在快速地追赶。

轮毂电机，国外以protean的供应商，不考虑成本已经接近了这个量产的状态。我们前期跟他们交流过，他们做了各种环境、各种路矿下的大量的可靠性的实验，也有实际上也是集成电机控制器，技术水平上来看还是非常高。国外也有Elaphe也没有做集成控制器的电机，基本上也接近了这个量产的状态。

电驱动总成方面，目前在行业内一体化动力总成也是有趋势，大众奔驰以及全新电动车平台上，规划都是采用一体化电驱动总成，目前通用的前面提到的采用同轴的高驱动解决方案。

国内电驱动总成方面，如果把这个车载电源也归纳到电驱动总成里面有两个技术路线，北汽新能源为代表做的高压电力电轴系统进行集成，是一个五合一的产品，集成的电机控制器、PDC控制器以及一些配电等等。比低压在腾势车上率先在国内推出了这个一体化的动力总成，已经实现的量产。

国内纯电动系统水平，在电机的功率密度、电机最高进入以及集成度方面跟国外相比还是有一定的差别，特别是整个继承的水平上来讲，包括电机的最高转速。目前国内的电机和减速器更主要还是减速器的最高转速，国内最高转速是一万二，国内也有到了一万六。

行业比较关注的两档变速器，自始至终在国内没有进行大批量的运用。一个原因受制于国内两档变速器的制造工艺和制造水平。二个原因是早期这个电动车产品以及性能要求不是很高，单一的变速器就可以满族纯电动车对于动力系统的需求。国内唯一实现量产的就是宝马A8。

国内两档变速器还是技术路线上，主要是基于产生的AMT技术进行开发，这个好处就是进行两档变速器开发有基础，可以借助一些早期大量资源。两档AMT存在着动力终端的问题，目前主要还是商用车、物流车、轻卡上面，还有一些城市在低速电动车，因为有一些地方这个技术电动车的需求，这个路矿存在着上下坡很多，这是我们动力性要求比较高的地方。目前没有在乘用车上实现这个批量装置和应用。

纯电驱动系统发展趋势。下一步提高这个功率密度，提高转速，包括采用扁导线的电机，另外降解层，涉及到一些少稀土或者没有稀土无磁电机开发应用，包括这个多层的电机，以及一些新型材料，新型的电机，这个主要的目的就是降成本，以适应2020年之后钕铁等等的。

电机控制器，还是提高功率密度，对一些质量升级的需求包括本身功能安全要求更加高。随着大规模充电技术的应用，我们也需要随着提升整车电压平台，控制器的电压平台也需要进一步的提供，当时降低成本也是一个永远的话题。

实现上面的这些目标，有一些行业内在用，或者说正在探索的一些解决方案，包括双面焊接的工艺芯片，以及碳化硅芯片的应用。像我们中国2025发展战略里面，2025年这个功率密度提升到40千瓦每升，提升接近一倍，美国的这个发展目标更高。实际上我们后来也分析，这个指标并不是不可实现的指标，还是有很多的途径，当然这里面包括碳化硅，功率期间的应用。

因为这个车辆上面除了有这个电力控制器之外，还有这个车载电源、充电及、DC/DC，原理上都是属于电力电池系统，在一些局部的原理方面都是相同，为这个车载电源进行深度集成，提供一定理论基础。刚才我们讲到的，像北汽新能源开发PEU一体化的高雅集成系统，我们从早期只是一个物理的集成，到新的实现一些深度的，从原来这个物理继承到功能继承以及性能继承，我们把这个车载系统和DC/DC有一些原理相同进行集成、共用，减少大量电池器械的运用，也是一个有效的手段。在科研院所一些新型的研究。电驱动总成方面，也做了一个统计。包括整个电驱动供应商，外来投放市场的计划里面，液化动力总成也是占比很高，达到了90%。

电驱动总成方面也走了一个分布升级发展阶段。从早期的完全分离式动力总成到这个电机和减速器进行集成，最后到这个电机减速器和电机控制器再进行三一合的集成，在这张图里面相当于存在着，到最后这个电机减速器和控制器，随着这个碳化硅的应用，大家知道这个碳化硅这个耐用性能更高，甚至之后这个电机和这个电机控制戏他们系统可以进行一体化的集成，这个功能上，热管理系统方面都可以进行一体化的开发。外来的主机厂包括平台商都要进行开发，适应未来成本的需要。

分布式驱动发展来看。分布式在细分市场会形成快速增长，在商用车，或者大中型客车还有特定产品的应用，另外随着这个技术不断成熟，通过商用车细分领域市场的拓展，通过一些规模效应的拉动，这个成本下降，进一步得到验证，在这一块在乘用车上得到应用。

相比前面讲到了分布式驱动有轮毂驱动和轮边驱动，轮毂式驱动问题更大，有安全的问题，有操作的问题，预计这个市场化的周期更长。

非轮驱动多电机系统的驱动方案。这里面也提到了采用类似的像工艺拆卸装。为了提高这个动力系统的容错性，实际上是多个电机的组合，这样可以提高整个系统安全性。

两档变速器，前期为什么我们有需求，或者说发展的比较缓慢。主要还是传统的原来电动车的性能相对来说要求比较高，我们纯电动汽车市场进一步的扩大，特别是对于一些用户，对于这个纯电动车的性能高更高的要求，两档变速器未来会在一高一低，特别是高端方面进行进一步的应用。两档变速器带来的好处是，降低对这个电机扭距的高要求，因为我们知道这个电机的成本，包括这个功率密度很大程度上，有一些秘诀取决于这个电机的扭距，因为两档变速器之后，我们可以在同样性动力要求下，降低这个电机整个成本的需求，还有大家带来的挑战，如果说我们只是一味地提升整个电机系统的转速的话，NMH也会是一个挑战，两档变速器也可以通过这个降低转速要求，来降低这些方面的开发难度。扁铜线+两档变速器进行组合，来提升整个动力系统的性能，又提到性能又降低成本的作用。

集中式的纯电动发展，新的角度上来讲，主流的还是会随着新能源的提升高转速，高功率密度，高效率，是它的发展方向。从物理结构上来看，集成化、模块化是它的发展方向。降低成本，特别是2020年之后补贴取消，我们知道一般的平面系统占整个都是10%以上，这是仅次于这个动力电池的成本。分布式动力来讲，它的发展首先在商用车领域，包括越野性能要求很高的领域进行试应用，本来考虑到安全性，它先会在一些低速的场合进行应用，随着技术成熟逐步向高性能的领域进行拓展。变速器的发展，两档的变速器，特别是我们讲到这个两档变速器之后还可以实现这个动力换挡，这个两档变速器的解决方案，可以满足高性能电动车对这个性能的要求，也会取得一个长足的发展。

在电力电子材料以及新菜品方面，和多稀土、无技技术的应用，以及第三代功能半导体，会得到进一步的发展。

以上是我的汇报，谢谢大家。

以上内容据峰会现场速记整理，未经嘉宾本人审阅。