2025-07-17 17:16 
易车讯 在近日举办的2025新能源智能汽车新质发展论坛，哈尔滨理工大学终身荣誉教授、国家卓越工程师、俄罗斯工程院外籍院士蔡蔚发表了题目为“车辆电驱动技术现状与发展趋势”的演讲。
以下为演讲原文：
非常感谢，我的发言题目是“车辆电驱动技术现状与发展趋势”。
现在为止所有的车基本是集中驱动，曾经叫做“改装车”，就是用电驱动化部件取代发动机，右图是一种新型的分布电驱动系统，到今天为止还没有进行大批量生产，除了像比亚迪的K9大巴车的轮边电机等个别情况，分布驱动基本都是演示性的，。无论集中驱动还是分布驱动，结果都是离不开中间这三个部件，第一个是电机，电驱动系统，第二个是减速器或者变速器，第三个就是功率电子控制器。电机和控制系统希望越来越小越轻、效率越来越高，这样一来就给我们提出了一系列的挑战。
分布式驱动并没有大批量生产或者说没有生产的主要原因就是机械、电气和热等问题，操控性和舒适性下降。这些归结到根本上就是车轮太重，要想办法降低车轮重量，这是一个发展方向。为什么轮毂电机是发展趋势？因为对于电动化车，放个大平板电池，两个轮子距离拉开就变成宽车了，前后轮距拉开就变成长车了，所以大车、小车、商用车、乘用车基本共用一个滑板底盘平台或者稍微改动的一个共享平台，显然是大家所希望的，尤其是在智能电动化车上。
电动化车采用分布驱动后的另一个趋势就是线控，，包括线控转向、线控悬架、线控制动，目前为止线控转向、线控悬架、线控制动应用占比较小，还在努力当中。
刚才说提到的双电机分布驱动总成，驱动电机位于簧上，通过半轴驱动车轮，我列了一各表，表中OEM或供应商不等于都是量产的，有刚开始小量生产的，大部分还是没有量产的研发样件。这类双电机分布电驱动从2022年到2023年才开始的一种新的电子差速驱动方式，就是每个电机驱动一个车轮子。
不管是供应商还是主机厂，都在做这方面研究，比亚迪的易四方已经有这样的分布驱动车生产，例如仰望。。
举几个例子。奥迪，左边一个轮子、右边一个轮子，我标注了一些参数，左图给出了奥迪R-e-tron的一些数据，右边给的是易四方的一些参数。很简单，一个电机管一个车轮，拐弯就不像原来靠差速器来完成，而是靠电子差速，就是我们驱动电机的快慢、电机的转矩大小来解决转弯问题。
也有另一种双电分布驱动，两个平行轴，左图是吉利的平行轴双电机，我画了一下传动路径，每个电机驱动一个车轮没变，但是用的是平行轴。目前两家分布驱动双电机用平行轴，一个是吉利，另一个是精进电动。右图也是吉利的同轴双电分布驱动，我也列了一些基本的参数。
总的电驱动技术路线，其发展分几个方向，先沿着从左下角往右上角的对角斜线展示集成化方向，由电机、减/变速器、控制器三个分离部件变成二合一加控制器、三合一，现在已经发展到了十二合一，甚至有人提出十四合一。但是，这里面遇到的问题是售后维保，一堆部件集成到一起，坏了怎么办？送回老家，谁造总成就返给谁，这是我们市场上最大的问题，我们需要想办法用模块化解决这个问题。
再看水平轴，沿着横轴的方向主要是减速器和变速器，最重要的是选减速器还是变速器，现在市场上有一个普遍的形式，使劲增加转速，为什么增加转速？为了减少电机的大小。，变速器在电动车上应用较少。这里我想解释基于什么选择电驱动用大速比减速器还是变速器？目的只有一个，就是解决低速的大转矩和高速大功率的需求，这两个需求矛盾如果得不到解决，这个车就不能成一个高端车。专门用减速器的就存在着一直要增加电机最高转速，即使增加转速对电机来说不是可问题，但是齿轮不是10万转的齿轮和1万转的齿轮一样的，速比大的轮系体积也会变大，最后总的结果不是增加转速就能解决电驱动总成的所有问题的，尤其是对于重载商用车必须用多挡变速，不用不行，时间关系我在这里不具体讲了。 然而我这里提了另一个思路，变速器可以通过电机的绕组改变来实现，绕组重构等效于齿轮的变比改变，绕组重构相当于一个电子变速器。
再看上下垂直的直轴，展示的是充电桩，充电电压在不断提高。为什么要提高电压？要充电快就要提高充电功率，电流×电压=功率，如果电流很大，需要很粗的电缆线，把电压提高了，电流就不需要特别大，因而充电电压在不断地增高，现在商用车已经有1200V甚至有1500V的了。 随着电压的增加就给电机带来一大堆挑战，电机是要有绝缘的，其绝缘遇到了高电压就容易坏，即容易被击穿，或者说绝缘漆皮要厚，因而电机的效率不升而降，因为铜放少了、绝缘放多了；厚绝缘导致散热也困难，因而从材料上就要解决耐高电压等一系列绝缘材料问题。电机绕组的电磁线从圆线变成了扁线，目的就是为了减小绕组电阻。
相同功率的电机做小了就容易发热，发热问题怎么解决？散热就从最早的水冷逐步变成了油冷。因为水是不能跟导电导体或绝缘接触，故水冷只能间接带走热量，。而油与绕组接触没有问题，所以就出现了油冷，直接冷却，最近行业还在推动油水复合冷却。
再看功率电子，随着转速的提高，电机的频率正比增加，开关频率也需要随着增加，这样现代功率半导体IGBT开关频率就不再够用了，因而需要化合物功率半导体，例如氮化镓、碳化硅，市场上主要用的是碳化硅。随着电压的升高（例如1000V平台），用于800V平台的1200V碳化硅耐压不够了，可能需要1700V、1800V的功率开关器件以适应1000V的平台，电压越高问题就越严重。。
电机的功率密度提高有三个方式：一是提高转速，PPT里写了原理，这里就不详细解释了；二是提高电压，可以提高功率。三是降低标准，最新的标准GB/T18488-2024要求运行时间短了，因而发热不太严重了，当然需要满足要求，我们通常说WOT的加速次数要满足要求。因而需要解决的是：如果通过提高电机转速来提高功率密度，一定要解决发热的问题，一定要解决绝缘的问题，一定要解决车上其它电器的寿命问题。因为电压提高会导致电气器件寿命下降，因而在电驱动路线图3.0的制定时候，我们又没有将1500V标称电压写入路线图，当然我并不是有意识阻止通过提高电压来提高电驱动功率密度，而是考虑了电驱动要与绝缘材料和功率器件协调发展。
另外，我们通常新能源汽车讲的车端电压是指电池的标称电压，表中右侧蓝色是电池的标称电压，而标称电压既不是最高电压，也不是最低电压，也不等于“最高电压+最低电压”除以2，所以大家一定要注意新能源车电压的定义。当你系统选择耐电压的时候，要考虑充电电压和最高电压对功率电子器件与绝缘系统影响。我们现在有些企业比较盲目，因而造成了一些质量问题。
通过提高转速和电压提高电机与电驱动总成功率密度方面，国内已经做了很多努力，如右表所列，Lucid Air的电机和总成过去三年多一直全球领先，最近比亚迪发布的电机有效材料质量功率密度似乎更高，最右边那列的总成质量功率密度，也就是三合一的功率密度，还是离Lucid Air有一定的差距，说明我国在系统集成方面还有前进的空间，需要行业继续努力。
广汽埃安，采用的是非晶材料，其高频工况下铁耗较低，但其加工工艺和量产模具仍有许多挑战。另一方面，最近被反复提及的飞行汽车，液叫低空飞行器，低空经济跟车相比，更需要高功率密度、高效率的电驱动系统。提高电驱动系统功率密度或减重，主要从本页PPT右边第二列选取从高新能材料、散热、结构设计轻量化等一系列方式提高功率密度，国际上也有一些企业做了一些努力，我在这里列了几家，不给大家详细一一解释了。
举一个例子，三个创始人都毕业于威斯康星大学的创业公司H3X，，他们三个当初都在威斯康星学生时代时是电动赛车俱乐部成员。 我也在威斯康星大学麦迪逊分校工作过，还做过俱乐部业余顾问。迄今为止，H3X公司的电驱总成是质量功率密度最高的，连续功率密度≥12kW/kg，同时其连续转矩密度达到38.5Nm/kg。我这里给出了电机和总成结构和参数，包括体积是多少、绕组是怎么做的，供参考学习。从零到一的原始创新，我们还有许多学习的空间、难排世界第一，或者说，前沿技术方面，我们还有学习和进步的空间。
简单总结一下电驱动技术进步：一是电机绕组，现在所有的新能源汽车驱动电机都用扁线绕组，其中“发卡式”扁线绕组，我是首创发明的。现在不管是比亚迪、华为还是特斯拉都用这种绕组，已经成为引领全球电驱动的主流技术。
这里还有一个新问题，扁线绕组槽内八层导体，PPT图中给出了各导体的损耗：不难看出第一层没有问题，低速和高速交流电阻差不多或者说第一层导体损耗变化不多，而第八层随着转速的升高，它的高频损耗大概是第一层导体的4倍、5倍。第八层（近槽口导体）的温度在电机高速运行时就容易高，温度高了将引起初始放电电压变低，高电压运行情况下便易损坏。针对这样一些问题，哈理工团队又提出了解决方案，槽内导体拓扑从左涂变成右右，主要是槽内这些扁线导体的排列，扁线导体绕组采用端部换位的方式解决涡流问题，也就解决了各导体损耗分布不均带来的问题。换位方法也有各种各样的，把A、B、C、D这四种绕组拓扑进行比较如图所示。为了达到直流或低频交流电阻低、高频交流电阻也低的目的，我们采用了一个专利技术就是阶梯槽，槽底导体截面大点、槽顶上小点的端部换位股线导体组成，不难看到，直流电阻和交流电阻都大幅度下降，从而使得电机更容易被做小，不仅导体发热比较均匀而且热量也容易被散出去。
另一个问题就是永磁体，不少人在谈非永磁电机，可以告诉大家95%以上的都是永磁电机，为什么？特斯拉最早用的是感应电机，后来也改成永磁电机，我刚回国的时候有人问我，我说是因为特斯拉当年无知，但我本意不是这个意思，我就是让大家记住，感应电机作为主驱电机是没法跟永磁电机进行比较的，而且差很多。但是永磁电机也有一个问题，永磁体的价格问题，大家都知道稀土价格波动大，我们得想办法降低重稀土用量，也就是说少重稀土，我没有说无稀土，稀土永磁电机最符合汽车低速轻载运行。重稀土可以想办法减小用量。这种方法就是：哪个地方需要就往哪放重稀土，学名叫选区渗重稀土。
2011年稀土尤其是重稀土涨价一个高峰，2022年又涨了一个高峰，这两个高峰的情况下，稀土永磁电机因稀土价高，性价比下降而赶不上其他电机了。我们保证稀土永磁材料的价格稳定，这对国家和整个产业是非常重要的、有利的。
为什么欧美比较重视无稀土电机开发？因为世界上的已开发的稀土永磁材料80%甚至90%来自中国，虽然我国的稀土矿藏只占世界上1/3多一点，但是我们在应用方面开发比较多一些。我们将来也许会看到，其他国家， 尤其是美国，可能也会在这方面做出他们的努力，解决自己的需求问题。
另一个，“发卡式”扁线绕组，这个扁线是指漆包线要满足要求，已经开发出达到国家耐电晕标准指标10倍新电磁扁线，这也是我们团队最近做出的一些结果。
另一个是油冷，大家知道油有黏度问题，把高运动黏度降下来就可以降低油冷带来的拖滞损耗和改善散热效果，CLTC效率可以提高0.7—1.4%。仅仅通过改善油品就可以提高这么多的效率。结论是，改善油品提高工况效率效果不仅明显，而且事半功倍。
刚刚讲到广汽埃安做了非晶电机，非晶电机最大的挑战是加工，右图表中蓝色数据显示，有的加工方法使其损耗高于硅钢片，所以加工工艺研究是非常重要的，现在的工艺（包括广汽在内）都需要在大批量生产做更多努力，整个行业都需要加大努力。
非晶是非常薄的，过度叠到一起就产生了一个问题，非晶怕压。可以看到，磁感应强度、损耗等都是因为压得太大而产生了磁感下降和损耗上升的问题。适当叠压系数选择，一定要引起大家的重视，尤其是新开始做这方面事情的电驱动企业。
另一个新技术是超级铜，它比紫铜的电导率高，甚至比银的电导率还要高10%。更值得推崇的如右图所示，在高频情况下交流电阻增加很少，比铜和紫铜交流电阻低得多，故高频情况下超级铜的应用是未来发展的方向。
这里展示了两个超级铜样机，一个样机是电机，提高效率不到0.5%，另一个是做控制器，把控制器的铜版换成超级铜，提高了0.8%的效率，显然这些都是未来发展的方向。
另一个是第三代宽禁带功率半导体，但它同样是高电压的时候损耗高，因而不应一味追求高电压，要考虑电压适当的选取。IGBT和碳化硅相比结果是非常明显的，在低速轻载的时候碳化硅效率明显比IGBT高，我们汽车行业经常用的是低速轻载，并不是满速满载的，故碳化硅是最适合的功率电子器件，就像我讲的永磁电机是最适合做汽车电机一样，无论如何涨价，汽车电驱动人永远是稀土永磁材料的忠诚用户，况且，估计碳化硅将来会降价。
碳化硅控制器产业链也存在一些问题，包括芯片器件结耐温发挥不出来。，以封装为例，我们团队也做了一些工作，我在这里简单给大家介绍一下，烧结封装代替键合线焊接封装。键合线封装如左图所示，右图这么多线用焊接相连，焊接一定要在比焊锡温度高条件下实施，但其应用的时候不能比焊锡温度高，否则就化了。右边的烧结就像用糨糊一样，粘接到一起了，可以在低温做烧结操作，在高温下运行。而且，没有键合线了，有助于减低寄生参数，进而解决电磁兼容和电磁干扰的问题。烧结方法目前在用的主要的是银烧结，我们团队开发出来的是铜烧结。铜烧结，相比150kW—200kW的模块封装需要300元—500元银奖，我们改成铜后纳米铜奖大约40元左右，可靠性和寿命还比银烧结更好了。我们最近在跟华为、宏微等企业合作进行铜烧结封装试验认证。该技术，目前属世界领先技术。
最后一个是技术拓展推广，汽车电动化电驱动的成功，可以向其他行业推广。在黑龙江已经推广了300马力的油电混动拖拉机，现在样机已经在田间运行了>1000多小时，这也是一个未来发展的方向。拖拉机曾经有前进挡28档、后退档28档，56个档位，所以电动化对简化拖拉机动力系统更重要。
哈理工在发改委支持下建了2.5万平方米的实验室，这也是国内大学校园里最大的新能源电机系统及关键材料实验室。 20多个相关实验室最近在紧锣密鼓安装调试。我们寻求与行业合作，已经与中汽研（重庆）和中汽中心（天津）形成合作，助力解决我国新能源汽车在电驱动方面的前瞻研发和创新产品试验问题。
汽车电动化+能源清洁化是国家的长远战略，关键零部件强，新能源汽车产业强；汽车强国靠“四化”,电动化、智能化、低碳化、全球化; 新能源汽车将带动向智能化电动船舶、多电飞机、飞行汽车、电动化农机、矿卡等行业拓展
