【2021供應鏈大會】溫小偉：雙碳戰(zhàn)略下的電驅動發(fā)展趨勢

2021年10月15日-16日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會、重慶兩江新區(qū)管理委員會聯(lián)合主辦的“2021中國汽車供應鏈大會”在重慶舉辦，長安汽車、地平線作為官方合作伙伴全力支持本次大會。本屆供應鏈大會主題為“補短鑄長、融合創(chuàng)新——構建中國汽車供應鏈新生態(tài)”，共同探討產(chǎn)業(yè)政策，交流分享技術，研判產(chǎn)業(yè)趨勢，展示創(chuàng)新成果，旨在促進產(chǎn)業(yè)國內(nèi)國際互動，凝聚產(chǎn)業(yè)鏈條上下齊心，共謀產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展之路。其中，在10月15日下午舉辦的“‘雙碳’目標下綠色汽車供應鏈新生態(tài)”主題論壇上，上海電驅動股份有限公司電控開發(fā)部硬件經(jīng)理溫小偉發(fā)表精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實錄：

大家下午好！我匯報的題目是“雙碳戰(zhàn)略下電驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢”。

我們的減排措施主要兩個方向入手：一是從產(chǎn)品開發(fā)過程中如何制定減排路線。二是在產(chǎn)品實際制造過程中，如何制定減排措施。

事實上在電驅動系統(tǒng)發(fā)展當中非常注重新技術、新工藝、新器件的運用，我們行業(yè)在系統(tǒng)集成這一塊過去一直在做，2018年12月份上海電驅動率先量產(chǎn)國內(nèi)首套三合一系統(tǒng)總成，搭載使用在長安逸動車型，另一方面，近三年多合一的系統(tǒng)集成越來越多的開始驗證使用，系統(tǒng)多合一集成帶來的好處也是非常明顯，體積減小20%、重量減少15%、節(jié)約部件之間的線束、較好EMC性能，這些都是可以量化的東西，但另一方面，一定程度會增加售后的維護成本，這一塊需要在設計初期多做評估，優(yōu)化設計方案。

系統(tǒng)的總成是最高一級，再往下到控制器這一層，控制器功率密度這部分比較依賴供應商的集成、封裝工藝，在這一塊國內(nèi)取得的進展非常顯著，斯達半導體、中車、比亞迪在功率器件開發(fā)過程當中都取得了非常喜人的成績，目前國內(nèi)A0A00車型所使用的功率模塊，幾乎都已采用國產(chǎn)化器件。廈門法拉的最新膜電容集成工藝已將器件容積比提升至1.4uF/mL。

電力電子集成是依賴于器件，實際上到雙面焊接單面冷卻，再到雙面焊接單面冷卻，這一塊目前國內(nèi)沒有被西方主流的廠商領先太多，至少在開發(fā)階段的產(chǎn)品是保持同步性的，量產(chǎn)化的東西牽扯到很多重型設備的投入，目前個別領域慢一些，但是整個路線布置上還有階段上幾乎是處于同一水平。關于驅動電機，目前扁線、油冷電機已經(jīng)成為高功率、中高端驅動電機的主流方案。

基于碳化硅技術的驅動電機系統(tǒng)技術進展，充分利用碳化硅高溫、高效和高頻特性是實現(xiàn)電機控制器功率密度和效率。在十三五規(guī)劃中上海電驅動聯(lián)合上海道之、廈門法拉、中科院電工所等單位承擔國家重點研發(fā)計劃“基于碳化硅器件應用技術的電機控制器系統(tǒng)研發(fā)”項目，開發(fā)出雙面焊接、雙面冷卻功率模塊及30kW/L的電機控制器。經(jīng)過整車級的實驗驗證。整車搭載碳化硅電機控制器的NEDC綜合效率相較于硅基IGBT可以提高約3.6%。

關于氮化鎵，一直比較熱門，其開關損耗更低，支持高頻化，消費類產(chǎn)品用得比較早，同為寬禁帶半導體，驅動電機系統(tǒng)對氮化鎵的應用，進展相對比較慢。根據(jù)實測數(shù)據(jù)， GaN控制器效率MAP與Si基控制器對比，控制器效率大于90%的面積占比，可有88%提升至94%，提升6個百分點。

說完新材料，接下來說控制器的可制造性設計，控制器采埃孚說的是電橋這一塊，而我們控制器在組裝當中也有這樣的問題，尤其是咱們國家，早期大量的人口所以不是很關注裝配過程當中的效率。通過兩代電機控制器的裝配零件數(shù)量對比，新一代產(chǎn)品的裝配零件數(shù)量少了接近一半，對產(chǎn)線來說意義非常大。供應鏈端，采購物料數(shù)量減少所帶來的效益也非常的明顯，最主要的是可靠性提高。

在雙碳戰(zhàn)略的號召下，要避免很多的浪費，而且要縮短很多因為不確定所帶來的實驗投入和樣機投入，高精度仿真變得尤為重要，分別牽涉到有限元、流體仿真、熱仿真、電磁兼容的傳導發(fā)射仿真，系統(tǒng)的NVH仿真，高精度仿真依托于專業(yè)的仿真設計團隊。

系統(tǒng)的流體仿真與熱仿真，經(jīng)過多年的研究，目前都可以做到較高的預測精度。

電磁兼容，主要是傳導發(fā)射這一塊，大部分時候都是通過不斷的實驗得到一個理想結果，但后續(xù)，在減排的壓力下，零部件廠家需要在更短的時間必須拿出結果，所以仿真精度變得非常重要。目前，行業(yè)內(nèi)對于電驅系統(tǒng)的傳導發(fā)射仿真，10MHz以下的噪聲噪聲包絡，仿真結果與實際測試的差值可以達到小于10dB。

NVH，是一個系統(tǒng)的工程，因此NVH仿真的精度提升是一個相對復雜的過程，除了采用V型開發(fā)模式，目前業(yè)內(nèi)還在評價方式上進行一些討論。

關于生產(chǎn)制造這一塊，上面說了可制造性，可制造性要盡量少的用一些部件，對產(chǎn)線來說盡量的做合理化的裝配設計。這里有一個例子，左圖所展示的過程，總工序13道需要14個人，右圖所展示的過程，總工序減到了9道，需要10個人。產(chǎn)線還有很多的工藝，比如出廠的測試驗證，原來傳統(tǒng)的做法是用對拖的加載方式，會消耗大量的電能和設備，現(xiàn)在業(yè)界最廣泛采用的是電感式的加載方式，即節(jié)約電能，又可節(jié)省設備。

總結：第一新材料、新技術、新工藝應用讓我們盡早達到碳達峰和碳中和。第二系統(tǒng)集成依賴算法的開發(fā)、系統(tǒng)機—電—熱的高精度仿真將繼續(xù)是研究的重點，第三部分是高效化依托于新型電力電子器件的應用、更優(yōu)的軟件控制策略開發(fā)。第四部分是高可靠性意味著低的碳循環(huán)排放，需要供應鏈，產(chǎn)品開發(fā)、過程工藝開發(fā)在完善的質量體系管理下達成。第五部分，節(jié)約的理念自始至終的根植于每一個活動環(huán)節(jié)，不僅包括節(jié)材，還包含人力的精簡、時間的節(jié)約、流程的簡化。第六，自主電驅動系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)取得長足進步，但“科學化的精益生產(chǎn)”仍是改善的目標。