姜勇：“三高”电驱动技术发展与实践

1、2016年11月26日27日，百人会清华大学新能源汽车产业高层研修班第三期四次课程在清华大学开课。目前，我国自主研发的核心零部件缺失，尚未形成技术壁垒，成为新能源汽车发展的潜在危险。掌握核心技术，提高产品性能及安全性，才能形成具有国际竞争力的品牌，支撑产业持续发展的根本保障。因此，此次课程的主题定为“电动汽车核心技术突破与创新”。高层研修班作为中国电动汽车百人会为汽车产业服务的一个重要平台，时刻关注着汽车产业的相关热点话题。目前第三期研修班已围绕动力电池、新能源汽车产业投融资、智能汽车与交通等热点问题举办了三次研修班课程。此次课程，苏州汇川技术有限公司副总经理姜勇为学员们带来了精彩的内容。以下

2、为姜勇速记全文：我今天讲的主题是“三高”电驱动技术发展与实践，围绕着我们产品安全性、可靠性和效率这“三高”展开来做分析。允许我插播两分钟的广告，因为我们还是一个行业新兵，大家可能在座的对我们不见得非常了解，我花三分钟左右的时间把我们公司的情况给大家做一个简单的汇报。我们公司是2003年的时候从当时的华为出来创业，总共10几个人，创办了汇川这家企业，目前来说是整个创业板市值最高的公司之一，我们市值截止到昨天是330多亿，也是目前来说网络上认为的华为出来创业最成功的一家公司。目前我们公司的员工，经过这十几年的发展我们已经有4000多人，而且这里面比较令人自豪的一个数字，我们的研发人员也超过1000

3、人，就是说我们差不多25%的人员是研发人员，每年把我们销售额的10%投入到研发，去年我们公司的销售额大概在27亿人民币，所以我们的研发预算是3个亿，今年我们销售的预算是35亿，我们研发的预算就是3.5亿，大概1/3消耗在我新能源汽车的研发上面。汇川总共有4个领域，分成两个业务板块，一个是工业自动化，一个是新能源，新能源主要是我们的新能源汽车，工业自动化分成了三个子的业务板块，第一个，为中小型OEM提供的装备，比方说我们电池的生产，现在国内几个主要的电池设备制造厂都是我们的重要的合作伙伴。第二个，大型的装备，像轨道交通，大家如果要去苏州的话，从苏州北站坐到苏州地铁二号线，上面的牵引系统就是我们公

4、司提供的。苏州总共在建设的地铁线有5条，我们为其中的4条提供了地铁的牵引系统，总的设备价值也将近10几20亿。第三个，我们不但为设备厂提供单机的设备，我们还提供整套生产设备的解决方案。后面会有一段视频展示我们公司怎么来做电控的，我们现在的电控，包括我们汽车的电控，已经实现了完全的自动化的制造，在国内，包括在国际上，上周我在公司接待了五拨客户，包括咱们的理事长，还有雷诺，还有日产，还有东风股份总公司，还有德国MAN,总共五家，他们评价我们目前的制造水平，和日立这样的公司基本上达到持平。这是我们的通用自动化，这是我们做的大型的装备，我们觉得还是蛮自豪的。在我们煤矿里面巨型的卡车，是串联式的混合动力

5、，就是说之前我们也做过新能源汽车，只不过是串联式的混合动力，这是我们一个很有特色的产品。我们做了这个产品之后又去做了电动挖掘机，在我们国内有世界上最大的电动挖掘机，一斗下去是75立方，所以我们卡车载重量都是200多吨到300吨，这个使用环境是非常苛刻的。我们为什么占有一席之地？离不开我们技术的积累。这是轨道交通，这是新能源，我们展示了一个在九寨沟运营的案例，我为什么把这张图片展示出来呢？因为去过九寨沟的都知道，这是一个连续非常陡的路况，对我们新能源汽车爬坡度，既要兼顾到平地的效率，又要兼顾爬坡，我配合宇通开通了双电机系统，对爬坡能力有接近一倍的提升。我们国家在持续的开发南海，我们给南海提供了多

6、个风光柴蓄互补的一体电站。为什么我们今天汇报的标题是“汇融中西”，我们从08年给吉利熊猫做第一台车开始也做了七八年的时间，我们发现这个领域发生了一些新的变化。第一个变化，现在的整车厂已经不希望有独立的电机、电控分离的采购，他们希望整个电驱动系统是整体的。汇川没有电机的业务，也没有充电的业务，这是我们的一个短板。我们去年开始到今年，我们在全球范围内找合作伙伴，我觉得我们现在很多前瞻性的思维，包括把未来的5年能够看的比较清楚，是有欧洲最先进的厂家在支持着我们，其中这家公司，这家公司是很小的公司，这个就是他们公司的老板Jorsef，这个老板在1985年大学毕业的时候，就致力于要改变人类的出行习惯，要

7、把新能源汽车在全球范围内推广起来，在我们看来是不可思议的一件事情。在瑞士那个村子里大家都觉得他是疯子，好在他们家属于富二代，家里面是搞建筑的，有些积累，苦苦支撑他把这个公司开到今天，今天他是奔驰、宝马、沃尔沃这些著名公司关键电控技术的提供者。我这上面分享了我们在新能源领域的工作，我们有一页ppt介绍关键节点里程碑的产品，BRUSA和我们两家公司做了什么事。汇川来说，我们是2008年成立了这个部门，给吉利熊猫做一款电驱动的系统。我们和众泰朗悦，大家如果在杭州呆过的话，一批黄色的大概三四百台车，所有的电控都是我们做的。之后给江淮及海马普力马做电机控制器，之后与宇通签署战略合作协议，开发五合一集成电

8、控系统。沃尔沃C30上面所有的电控都是BRUSA提供的，还有大家可以看到前段时间，就是今年的6月份奔驰发布了一个消息，它在明年会在他们S级上面推广它的无线充电技术。高安全性 我下面开始切入正题介绍我们的“三高”，第一，高安全性。我们去年立项的“玄奘”项目，结合我们公司的实践和现在发展的认识展开对安全性做介绍。为什么叫“玄奘”呢？因为汇川有一个习惯，任何成立一个新项目组都要取一个名字，当时我取“玄奘”是因为在这个领域我们底子还很低，我们要虚心的向西方求取真经，历经九九八十一难求取真经，叫“玄奘”项目。这个产品开发到第二阶段，我们在东风一款车即将装车测试，我们希望它能够成为中国第一款拿到

9、安全认证的电控产品。目前来说长安汽车已经拿到了整车控制的安全认证，电机控制器目前还没有，我们希望在明年5月份6月份拿到全国第一个认证。大家可以看到这个产品的一个参数，上午老师介绍功率密度，在2020年的时候国家希望电机控制器功率密度可以做到30Kw/L，我们可以把这个体积至少还可以缩小15%20%，这样达到国家的标准是完全没有任何问题的，28Kw/L作目前国产控制器里面还是领先的水平。这个功率可以做到170Kw，这是我们做这个产品规划的时候我们自己的认识，在欧洲一般的峰值功率只是比你的额定功率高50%60%。第二，欧洲产品化做的非常好。三个版本完全在同一个结构里完成的，包括电机、电控都是同样的

10、体积、同样的外形，但是它的功率分别要从90Kw、140Kw到190Kw，我们这个产品当时在参与大众MEB平台投标的时候他们认为峰值功率跟他们还略有差距，但电磁兼容指标方面，已经是很先进的水平。EMC方面，在客车的实践上国内率先达到了class 3，而目前我们在实验室里面基本上已经通过我们公司的测试达到class 5的水平。目前说一下功能安全，我们目前在国内主要做新能源汽车，无论电机也好、电控也好，大部分集中在商用车的领域，但是商用车的领域包括全世界范围内其实对功能安全是没有明确要求的，并没有要求所有商用车采用功能安全的设计，但是在乘用车领域，国外是通用标准，在国内并没有得到完全的实施。我们把一

11、辆汽车，关键影响安全的部件分成三个维度，一个是我们故障发生的严重程度03，发生的概率在生命周期中发生这种概率的大小04，还有可控程度，发生了这种故障之后机器通过安全的设计，对它的故障处理的机制，我们把3、4、2这样的分数加起来得到分值7、8、9、10，比如严重程度为3，如果3、4、3对应的就是10，如果是10对应的就是ASIL D，最高的安全等级，比方说我们在汽车上的转向和制动系统，我们必须要做到D这样的水平，但是对于一个电驱动产品，一般来说国际上通行的达到ASIL C这样的标准。比方说我们一个电驱动系统来说，我油门踏上去没有反应，这种可能性是有的，无论电池出问题，电机、电控有问题，一脚油门踩

12、下去没有反应，这个时候怎么做处理？就是应急安全的机制。功能安全对电机控制器来说本质上就是三个方面的安全，第一个，力矩安全，就是控制器用什么方式来输出、用什么方式保护。第二个，高压安全，因为我们现在大部分用的这个永磁电机，在失控情况下控制器发生损害可能会产生非常高的反电势，电池就会不停的充电，有可能发生起火。第三个，热安全。我们就以力矩安全为例，对整车来说，我ASIL C的功能安全要把它分解下来，和这个部件紧密相关的是两个部件，第一个就是我的电机控制器，第二个就是整车控制器，因为有可能是整车控制器发出来的指令就发生了错误，就是这两个部件有可能会导致踏板踩下去不会加速的故障，所以整车控制器也是这样

13、ASIL C的部件，通过FTA的结构分解出来，我通过产生一个故障，这个故障对我整车上部件的关联，如果FTA方式分解，我会把它分解成一个功能安全树，并找到对应的关系。大家可以看到，我们要做到安全，控制器的架构就发生了非常非常大的变化，其实我们国内原来做电机和电控的厂家，在新能源领域其实来自于两类企业，一个是做工业自动化出身，一个来自海归和科研院所，两类人各有特色，后面这部分可能原来做过这种车，他对车是比较了解的，但是他可能并没有完整的去开发过变频器，而我们原来对变频器是比较熟悉的，但是在车上应该怎么应用是一个新的课题。大家看到国内现在市场上主流的电机控制器，我们拆解国内几乎所有厂家包括进口的，发

14、现国内还大部分用工业的DSP完成控制，但是在汽车功能安全环节已经完全不是这样一个概念了，大家看到我们在整车上面，是采用了MCU+SBC+CPLD综合的软件架构，就是我整车所有的相当于安卓系统的底层架构，我把它设计为底层软件，还有功能安全的软件，还有上面矢量控制的算法，软件分成三层的架构。在MCU里面和SBC里面，这两个部件都是得到ASIL D认证的器件，就是说英飞凌也好，瑞萨也好，向我们销售这个器件的时候就承诺它可以达到最高安全功能等级的要求。我这里还有CPLD，它不是一个功能安全认证的部件，是通过质量保证的QM部件。我通过三种元器件组合构成完整的架构，正常我的逻辑控制都是在MCU里面，SBC

15、是电源的管理，整个供电管理对我CPU的供电管理，我们采用双通道高精度的电源对系统进行供电，任何一个电源中断我都可以自由切换。MCU能够单独发出这样一个指令，和SBC他们两个之间能够相互监控，如果两个都失效的时候，他们两个会有一个逻辑电路，通过CPLD，如果两个都陷于瘫痪或者死机的状态，我还可以通过一个没有软件的器件，通过硬的逻辑器件，来保障安全运行。再比如电流传感器，如果控制一个电机，有三个电流传感器，在功能安全的要求里面必须要采用两个独立的不同来源的传感器，可以来自于两个厂家，可以来自于同一个厂家、不同物理原理的传感器，保证你不会出现共因失效，因为你的器件出来之后有批次性的故障，我们现在做的

16、传感器，两个是我自己做的，一个是买的，这样的方式，保证我不会存在共因失效的可能性。再看高压电源的检测，我们是通过两种物理原理不同的方法来进行检测的。再比方说像旋转编码器的信号，正常来说直接送到DSP，但是这里我们不是这样做的，首先信号出来分两路，一路是高精度的，直接送到DSP进行矢量控制的运算，还有精度比较低的送到MCU进行监控，因为不参与控制，但是我参与监视，当信号出现问题的时候两个之间交互，利用这种方式提高对外部故障的判断。还有很重要的一点就是IGBT的故障安全和诊断，原来我们仅仅是处于软件保护或者硬件保护，我可以设一个软件过流点、也可以设计一个软件的过压点，再设计一个硬件过流点、设计一个

17、硬件的过压点。我们现在做功能软件的控制器需要做到主动的关断，或者主动的短路，比如我们下一步失控了，希望把电机短接起来，大家知道IGBT有上桥和下桥，我必须要知道我是上桥损坏还是下桥损坏，如果上桥损坏了我就用下桥，如果是下桥损坏了我就可以用上桥，每个管子我都要进行监控。这是我们功能安全的一个图，绿色的部分都是可以直接关断的，就是我ASC可以发出主动短路信号，还有自由滑行的状态，就是对它不进行控制。我刚才讲的，在我们国内商用车领域是没有这样一个功能安全强制性要求的，昨天来之前我在公司我们接待了MAN公司的采访，大家知道MAN是柴油机的发明者。这家公司已经有258年的历史了，他立志成为世界上最大的商

18、用车公司，昨天到我们公司考察了一圈。他对我们提出的要求比我们国内目前客户的要求高很多，给我们发的功能规格需求书就有200多页，这里我摘取了一部分，你发现他会要求在他的商用车和客车领域都要求按照功能安全的方式来设计，在国际上已经开始有这样的趋势了，商用车也要做功能安全，全世界一流公司是这样定义的。第二，电机转矩的纹波要求控制在1%。我们以前这方面要求是非常低的，我上街也会坐新能源公交车，有时候觉得这个车噪音等等各方面指标不是太好，其实我们老去找车后桥的原因、齿轮箱的原因等等，其实里面很多细节都会构成这样的结果，比如电机转矩的纹波，目前没有国内厂家对我提出这么高的要求，很多厂对这个还没有要求。我觉

19、得是通过这样的，通过我们国内的工程实践批量应用并且伴随整车走向海外，我们就有机会接触到国际一流的公司，这些一流公司又会把标准告诉我们，来提高我的水平。现在的状态是，不是说我没有能力，很长一段时间我不知道后续的方向在哪里，通过这些年和宇通的合作，包括现在参与一些MAN和斯堪尼亚的项目，使得我们的眼界和能力得到了极大的提升。我刚刚介绍了我们的CPU是三核的CPU，每个核像我们的手机4核、8核一样的，第一个，是提高的运算速度，第二个，功能分化，不要出了问题之后都在一个模块里面去找，我们把它分成了三个核，Core0、Core1、Core2，我这些数据的指令通过CoreO或者Core传递给我们。这里面刚

20、刚我强调每一个IGBT都要进行监控，这里面牵扯到一个很重要的条件，就是说我要对IGBT的状态进行实时的了解。如果你全部用传感器去做成本是很高的，如果高电压、高电流的去取样，你要做隔离，还要做低成本，其实这个压力是非常大的。我们现在已经开发出来，通过长达一年多的经历，去做IGBT相关的模型预估。第一，如果有车子来以后，我可以判断哪个出了问题。第二，这个车辆正常行驶的时候，我实时可以告诉你我的整车控制器一脚油门进来的时候我会把你过高的转矩需求过滤掉，而我们现在大部分控制器是没有这个功能的，完全是通过我硬件本身的保护来确定的。而我们现在做的测算，现在用的芯片，通过模型能推算出来，加速15秒钟的加速度

21、、电流情况是什么样，这个时候通过温度来预判未来几秒钟可允许行驶的功能，这是非常重要的概念。做这件工作需要花非常大的时间和精力，第二，还要有先决的条件。我们现在有什么好的条件呢？我们去年做了大约80万台的逆变器，是英飞凌同行中最大的用户。所以他专门给我们提供了一些带传感器的模块，用来做测试，通过非常多时间模型的建立，现在可以做到在稳态的时候，这个车子在平稳行驶的时候，我的结温估算应该做到正负3度左右。在动态频繁加减速的过程中，我们大概能控制在正负15度。这个水平我们了解到，和博世、电装的水平在同一个基准下。刚刚讲的是电控的安全性，下面再介绍一下我们电机怎么做到安全性。电机，首先我们要考虑到这种电

22、机在极端的工况性是不是有低反电动势。我们现在有大量的实测，如果说做一个项目，肯定要把发电机到我们公司做标定，很多电机在极限情况下的反电动势超过1250V。我们公司也做轨道交通电控，轨道交通和汽车最大的区别是轨道交通所有的运行都是完全受控的，甚至很多地铁是无人驾驶的，因为所有的工况都是预先设计的，我们公交车设计的速度69公里每小时，但是的客车往广东运的时候，韶关那里连续二三十公里的下坡就跑到100公里每小时去了，这是有可能的，连续几十公里长下坡的制动能量是非常大的，如果我电机和系统没有考虑到安全的设计，是存在安全隐患的。我们现在的电机跟传统的电机是不一样的，这是宝马i3的电机，我们引进过来。这个

23、电机的磁钢是分层排列的，带来什么好处呢？这种电机的磁阻转矩大概可以占到全部的55%，因为没有那么多永磁体，带来了一系列伴生的优点，我等一下用一个工程案例说明这个问题。比如我们现在同一款车，12米的大巴电机，目前主流的供应商，达到他的峰值转速的时候，反电势在1197V，而我们做的这个电机在841V。841V，包括电容、模块都在安全范围内，不会超标，这是非常重要的。因为我的反电势小，同样也带来了我的短路电流非常小。这些优点对车辆都是非常好的，宝马、大众E-Golf选择了这样的电机，电机这个领域很难出现颠覆性的成果，在不同场合有不同的应用取向，找到合适的路径。比如在电梯行业，我们就需要他有很高的短路

24、转矩产生，电梯万一失控了，轿厢也不会自由下落，制动转矩会使的慢慢下落，而我们的HSM就特别适合需要大范围弱磁调速的交通工具类应用，我们现在在轨道交通行业也在开发这样的方案。你这个车在那儿要拖车，拖也拖不动，一拖把电池充爆了都有可能，所以他希望这个反电势要低。国内主流的电机达到2.5倍电压后，就不在安全范围内了。HSM电机可以达到3倍以上，比如我们公司设定的额定转速4000转，3倍达到1.2万转的时候，就是一旦达到这个转速，反电势还在电池安全电压范围内。异步机非常安全，特斯拉当年选择铜转子异步机，现在它也开始走永磁路线了，因为异步机有自己的缺陷。大家可以看到失控状态下的转矩，我们是一个比较小的，

25、当然还有SSM，SSM电机什么意思？就是电励磁的同步电机，就是说我在电机的转子里面是采用一个滑环结构，电控来励磁。雷诺就采用了这个方向，这个有最好的特性，励磁要多少产生多少，但是会带来电机的结构非常复杂，我需要通过一种电刷和滑环，把我励磁的能量传递到电机的转子里面，这个时候电机的制造性、可靠性就很难做了。汽车一般都要保持15年，MAN的要求要保证15年150公里万。刚刚讲的是电机电控安全性方面的工作，还有很重要的，我们在主推双源的转向，是非常重要的。我们经常要去汽车厂，经常去用户那边，因为方向失控导致撞一棵树、撞一个护栏这种情况偶有发生，尤其是调试的时候。国外几家大公司也在想怎么在我的车上做双

26、源转向，因为现在整个系统的转向动力主要来自于高压电池包，无论我的电池包还是中间的控制环节包括电机发生问题的时候，都使我的转向失效。转向是属于功能安全里面等级最高的部件，所以我们就开始研发双源的。双源的在国内有几种形式，图示上面是比亚迪现在客车的方案，他们走在比较前面。他走的是这样的路线，油泵和电机是一套的、变频器也是一套，但是低压电池组做了一个24V到500V的升压。宇通采用的是最可靠的方案，两套系统，电机电控油泵都是双备份，一套24V的，一套高压的，这个方式肯定是最可靠的，我们目前这个系统已经开始装车了。我们又开发了另外一个双源方案，我电机也是两套，但是我不占体积，我只是用一个电机的结构里面

27、分别装了高、低压两个绕组。第二个，我做了高压的的双源控制器，对我们小型商用车来说空间有限，我省了空间，第二，我成本也略有降低。我们在电机的设计里面跟国际、国内的主要形式也不一样，国内是做单层绕组，我们做是这样的，高低压的绕组是分开的，物理上没有关系，我只是利用电机的轴承壳体和冲片，从我的绕组上是完全独立的绕组，中间没有任何的联系。高可靠性下面再介绍一下可靠性方面做的工作。因为我们这个汽车使用环境，我刚刚讲，像我们地铁这种环境是非常可控的，但汽车有可能在吐鲁番、有可能在海南岛，使用环境非常复杂，带来了我车辆环境适应的能力，带来很多的挑战。下面举几个，包括接插件、外壳等都有很多应对的方式，首先讲一

28、下在可靠性方面的原则。提几个课题，这个环节我做到8年或者10年的时候，这是作为我一个课题，这个课题我要把它进行分解，分解到我安全的环境、我的模块、我的使用环境等等，我要把它进行分析，然后配合上我的可靠性设计的手段，然后再配合的我手段综合的措施进行分析。打个比方我们IGBT，做的比较多了之后我们也了解到公交车，我们国家标准的公交车他的工况大概是什么样的。公交车为例，我们工况分布图推导出来以后，就可以推导出我元器件损耗的分布图，通过元器件损耗的分布图，又可以推导出我温升的分布图，因为我电力电子器件的损耗，大部分根据温度测算出来，我再对工况进行分析，我再测算出一个循环里面60度大概持续多长时间，80

29、度进行多少时长，这个东西会有统计学的方法，具雨流计算法，统计出我这么一个循环。通过这个循环，我要给大家介绍的我们的工作，怎么把这个模型科学的形成。假设一个公交车，每个班次运行一个半小时，每天要运行5个班次，每个班次终点站休息20分钟，我们就可以根据工况，推导出这么一个损耗分析，得出我温度的分布，我根据这个统计算出来的结果在这里面算在每一个持续高温的时间幅值，到底10度还是100度，到底是3分钟还是5分钟，推导出这个数据。结合模块厂家的寿命分布曲线，按照上面的假定，我们的设计大概可以跑4万个班次，折合出来大约22个年份，也就是证明我们在设计里面IGBT是能够满足要求的。做这项需要耗费大量的时间。

30、汽车厂跟我们说你要做5年、10年、15年的寿命，你需要有理论的支撑，不是说一拍脑袋可以做10年，确实不是这样的，是由一系列的结论计算出来的。大家可以看到，现在我们公司主流的IGBT，现在双面水冷的的还没有推向市场，这个是内冷的IGBT，我相信在中国肯定是第一个拿到这个模块进行测试的公司。这个的体积下降了40%，饱和压降下降15%，还内置传感器。我们以后不会用内置传感器，因为内置的比较贵，我们还是希望用结温估算的手段来做这个事情。母线电容也是定制的，我们把母线电容的铜导体设计在表面，在底面和表面做绝缘处理之后压到我们的水道上面，这样温度可以下降大概20度。做这行的应该都了解，电容的寿命和它的温度

31、曲线的高度相关，当你的温度升高之寿命将迅速下降。但是汇川做的工作，膜电容最高温度可以控制在95度之内，我们选择的电容是105度的规格，所以保证长时间的寿命。我们机器里边的焊点，大家知道我们工业变频器和汽车很大的区别是哪里？工业的变频器可能一旦开起来连续运行几个月或者几年是不停机的，作为汽车有一个统计数据，一个汽车到报废大概会有2、3万次起停，我们一个工业变频器远远没有这么多，这样对我们线路板里面的焊点就带来了很苛刻的挑战，因为他频繁在热胀冷缩这样的状态，我们目前采用的通用的产品焊料都是SAC30，我们用了几千个循环之后发现有开裂，当到3千个循环的时候开裂速度已经非常快。这里面应该是非常细节的技

32、术，大家可能关注的人也不多，目前来说我们公司的产品已经开始用这种新型焊料，可以加速寿命测试有3000次个循环。这个实验条件是苛刻的，比我们正常的时候2万次要更苛刻。这是非常重要的，也是提高产品的可靠性。还有线路板，手机里也有、电脑也有。经过研究发现，我们这个线路板在高电压和潮湿的环境下会有金属盐沉积，造成短路，我们汽车是高电压，又特别紧凑，这样的环境下，CAF产生的现象就比较高。我们找到有CAF的线路板材料，我这是一块线路板，在里面有不同的结晶的方式，比如HH、HIL，有几种方式，L就是厚度，当我电压越高传输越薄的时候，越容易发生析出。我们现在改进的是CF3的材料，它能够保证在高电压结构又非常

33、紧凑的环境下阳极纤维化的速度是缓慢的。怎么做冷却，我们这个冷却是专业的技术。我们正常的冷却可能做一个水道，水往里面流过去。我们这边专利的水道是什么呢？这个水从这边流过来，我这边做了一个斜面，让这个水形成一个射流，就会在我的散热器表面形成很多很多漩涡，通过这种漩涡的方式可以把热量更充分的带走。这是模拟的效果图，水流流过来通过喷嘴喷出来，喷到散热器上在每个区间都会形成小的漩涡，这种漩涡导热能够就比我这个水正常表面流动提高20%以上。大家看有和没有效果，我们自己在同一个机器上，我的水直接流过和用射流的方式，温升可以降低12.8度，对我们工业器件是非常重要的甚至是一个数值比较高的降低了。高效率下面再介

34、绍一下高效率。也要结合电机和电控来说，现在的电控系统效率是比较高的，一般电机的效率也能做到93%、94%、95%甚至更高，我们每提高0.1%、0.2%的效率其实都要付出很多的努力，应该说把所有的途径都要想绝了。比如我们现在采用过调制的技术，就是我的电池电压条件是有限的，比如300V、400V、500V，我电控弱磁的时候，我电控输出不了那么高的电压，这种时候如果你的负载波比较大的话我电流就比较大。我现在想，能不能把我的电压输出升高5%、升高6%，额定的输出功率，图中没有过调制是黑色的线，如果有过调制就是红色的线。这个电压的提升是降低在温升可控甚至下降的基础上。第二个，我们采用了DPWM调制，在一

35、些个性工况下减少我的开关次数，因为我的变频器温度主要由我的开关损耗引起的，我们就采用了这种调节技术，正常一个开关周期动做6次，上桥3次，下桥3次，我用断续DPWM这种方式，一个周期里面开关只需要动作4次，相当我的开关损耗减少了2次，理论上温升就减少了10%几，就是非常可观的，就是各种各样的方式你都把它用上去。还有开关频率的动态调整技术，因为我们现在做的同步调制，一般机器为了保证它的控制效果都有载波比限制，我的车速比较低的时候电机频率比较低，同样达到比较好的动态效果，但是我载波频率可能1K就到了。如果车速比较快，开到80公里每小时、100公里每小时，我的电电机可能是500赫兹，就用5K去调制，也

36、是为了减少开关动作的次数，从而减少损耗。我们在速度很低的时候，我的载波频率是非常低的，到了城市工况的时候，我建议两者之间，到了高速的时候把载波频率提上去。这个时候我的整个效率大概可以提高2%。通过工况模拟，根据车子真实运行的工况，根据统计学的概率统计出来，有针对性的去设计我的控制策略，这个对效率提升，就是说一定要想办法把最高效的区域用在你最常用的区域里面，你的公交车跟我的团体车肯定不一样，下面有一张图来举例分析公交车和团体车两个设计不同的取向。大家可以看到，这是我们一个12米的公交车，这是一个公交车的工况，这是一个团体车的工况。大家可以看公交车的工况，大部分点设在速度比较低，1千转以下，低速大

37、扭矩的比较多，如果把电机的高效设计在这儿，公交车上就不是最合适的。你再看团体车，团体车当然也会有低速的，但是大部分时间会在比较中等或者偏高的速度里面运行。如果你把低速大扭矩设置最高效，团体车也不是最合适的。而且这个效率会差很多，同样我们公司自己设计生产的电机，当然这个电机是我们跟目前竞品的电机做对比，公交的状况下差别不是很大，可能提高1个点，团体车下可能能提高5个点。我们现在这种电机是少磁化的电机，意味着高速运行期间需要的弱磁电流比较小，当我的永磁体用量比较少的时候，我需要这部分能量是比较小的、电流是比较小的，这个时候意味着在高速的时候我的效率会高很多。大家可以看到，这是一个常规的IPM的电机

38、，这是我们的电机，它在高速的时候蓝色越偏向蓝的效率越低，它会有比较大的区间是效率比较低的，而在我们HSM的电机上，高速的时候基本上没有这个区域，高速区的范围是非常宽的，基本上能做到90%的高效区，能够占百分之六七十的比例。HSM的电机，全工作区的效率我们是63.8%，普通的IPM是48.5%，在全工作区效率差别也是非常大的。我们通过设计，我可以把我的峰值，这是我们团体测的，就把我的高效区落在适中的区域，在公交状况下，我把我的区域往左边平移，这样在最常用的工况下我的效率会提高，这就是电机的定向设计。我们用一款电机包打天下肯定是不合适的，事实上不同的车，尤其是公交领域，乘用车没法看它的工况，像客车

39、领域、商用车领域，它的工况是有个性的，你的团体车，我们每天接送课、上下班的车，你用同一款控制器、同一款电机做这个事情，肯定不是效率最优化的选择。我们现在做的这个电机是两款，针对公交车有公交车的高效区，针对团体车有团体车的高效区，它可以把我的高效区进行移动。我们要怎么选择电机的极对数，这也是在汽车领域很重要的，因为汽车领域大部分永磁电机，大家知道我们在一个圆周上，如果我的极对数比较多，我每一极承受的压力就会稍微小一点，我的磁力线就会稍微少一点，对提高我电机设计的密度是有很大的帮助的。我们主流的电机是8级，客车领域因为做的都是直驱的，一般是14级16级，我们就以8级的电机和10级的电机做对比，无论

40、消耗的材料还是效率的提升都会有提升。我们自己公司同样做的电机，我们做的这款电机，输入320牛米，质量是36公斤，这个十极的是385牛米，质量是33公斤。我的最高输出频率是1200赫兹，这个是600赫兹。大家可以看到体积和效率提升还是挺明显的。今天早上专家讲了，我们在2020年国家要求达到的电机密度是4Kw/kg。刚才讲了，我如果把这个运行的频率提高，极对数达到之后运行频率肯定压提高，载波比在我们同样的控制水平下是固定的，就是说一般我们国内大部分1：10，做得好的1：8等等，我们以1：10为例，如果我的最高频率要做到1200赫兹，1：10的载波比，我的载屏就要做到12K，对乘用车模块可能扛得住，

41、对商用车那么高电压、那么高电流，没有哪一个允许你长期工作在12K下，所以特斯拉为什么用那种小管子去做，因为可以用那种方式把这个载波做的比较高，但是它的技术很复杂，一对一对的小管子做成大模块，我们现在的模块还是找汽车级或者工业级的模块，这种模块尤其在几百千瓦的工况下，让他长期工作在1.2万赫兹这个模块寿命是短的，我们工业变频器75千瓦以上的变速器载波频率一般都是小于3K的。第二，他的工况变化大，不会长期满载，所以载波率小点。大众项目的要求电机转速是1.6万转，意味着载波频率恐怕要做到15K左右，对模块压力就更大了。这时候我们有一个专利的技术就是软开关的技术就起作用了。软开关，就是我这个开通的时候

42、有电流没有电压，在关管的时候我有电压没有电流，假设我能够把电压和电流完全的分开，我开通的时候有电流没有电压，在关断的时候有电压没有电流，主要的就是由开关的损耗产生的，我们现在做的电控24K赫兹没有压力，甚至更高，就是采用软开关的技术，就是为我们以后更高转速，因为我们了解以后电机转速可能做到2万转，要把这个电机转速往上提，不仅仅是机械的问题，还有控制的问题，要把载波比做到这个水平，我的载波频率肯定越做越高。越做越高以我们现有的技术是很难实现的，要么把电机的极对数做的低一点也可以，比如做到两极电机、四极其电机，输出频率不会很高，但是我要求的时候说又希望电机极数多，这是一系列难题，而通过软开关的方式

43、是可以解决。如果没有软开关的话就冒烟或者温度会很高，这个图画的很形象。而且这种方式电磁兼容性还做的非常好，因为没有功率去发射，我发射电磁波也需要消耗功率，有电压的时候没有电流，有电流的时候没有电压，所以EMC做的很好，这是非常好的技术。先进技术体现下面介绍一下先进性，“三高”已经讲完了，下面介绍一下先进体现在哪些方面，交流未来产业的发展方向。比方说我们从传统的HP2的模块过渡到双面水冷的模块，未来可能过渡到DBC.随着模块技术的发展，我们2013年的体积这么大的话，今年我们现在采用的内冷的模块体积大概能缩小15%-20%，是国内第一个采用这个模块。未来我们采用比如碳化硅的技术，这个控制器体积可

44、能还能大幅度缩小，因为碳化硅本身能承受更高的温度、更小的损耗。成本来说，应该也是一个下降的趋势，当然现在碳化硅我们只是做的样机，样机的成本基本上是完全没有商业价值。比方说我们现在有一个物流车上用600A模块，现在在国内能买到的就是300A的模块，只能并联，他做成一个整机比硅片的贵6倍，我们也做充分的预研，公司里面除了我们低头走路的部门还有抬头看天的部门，哪一天碳化硅的技术能够成熟、成本比较低的时候，汇川一定会在国内率先推出这样的电控产品。大家可以看到电控的功率密度，目前来说我们基本上可以做到28Kw/L，现有主流在市场上销售的大概18Kw/L，目前“玄奘”项目做的电控可以做到，那个模块基本上做

45、到28 Kw/L，再下来就要把它提高到30 Kw/L，就是采用双面水冷的模块，我们要把这个东西做到30 Kw/L。像这个，我们未来的碳化硅的技术可能要做到35 Kw/L，比现在基本上要提高1倍不到。大家可以看到，这几种元器件的组合。现在来说，这种器件我们已经开始采用了，硅的IGBT+碳化硅的二极管，大家可以看到这种损耗，这个只是把二极管换成碳化硅损耗大概可以下降27%，如果说把IGBT和二极管全部换成碳化硅的话，基本上可以在这个基础上再下降30%，就是说基本上可以看到百分之五六十的损耗，那就是说在体积上肯定可以做的很小。还有氮化镓，现在这种元器件还没有商用化，它如果要推出来成本会大幅度降低，比

46、碳化硅要便宜很多。我们预计到2018年的时候，NaG的成本会接近硅的半导体，但是有没有这么多型号的器件供我们选用是一个问题，就是它的成熟速度、发展速度有可能会更快，因为它的成本比较低。还有一些汽车级专用芯片，因为我们在变频器领域主要用C2000的DSP，我们目前已经把这个抛弃了，采用SBC+MCU+CPLD这种方案组合，这里面好处在哪里？首先第一个，这种元器件功耗非常低，因为我们可能两个月不打火，静态的暗电流很小，你停在那儿两个月肯定没电了，你如果不把电完全断了功耗是比较大的。第二个，本身这些元器件都是经过了功能安全认真的，就是拿过来直接用，在上面使用很方便。如果采用没有经过功能安全认证的，你

47、要把这个认证通过，你还要对芯片做很多验证，这个工作量是非常之大的。还有一个新的技术，就是我们的车子在某些工况下会有一些抖动，这是常有的状态。其实我们很多研发人员在现场都是解决这些问题的，其实后来我们发现经过研究，经过我们工程设备上的经验，会在我们的控制器里面加上主动阻尼技术，我可以把它一些振动通过软件算法的方式消除。这是高精度的转矩控制，因为我们公司采用的是磁链模型，有什么特点呢，在整个磁链模型里面对这个永磁磁链可以监控，就是我永磁体产生的磁链，事实上随着电机温度的变化是会发生变化的，我们正常大部分变频器的模型里面是没有考虑到这个变化的，我们采用这个磁链模型，会把我磁链模型的温度变化进行预判，

48、这里面完成这件事情的前提条件，就是我要对我的电机转子温度进行预估，我们像IGBT一样搞一个模型去，这个事情原理想起来好像很简单，但是做这件事情的工作量是非常大的，我们基本上也能把转子的温度，转子是一个容量比较大的部件，它的温度我们基本上能预测到在23度的误差范围内，这样就可以把我转距的模型算的更加准。一般的汽车厂要求基本上是正负5%的比较多，国际上一些高的可能正负3%，我们现在市场上达到水平是正负3%。MAN这次提出的要求是正负1%。EMC，大家知道今年上半年，汽车厂也好，零部件供应商也好，很多人齐聚在襄樊，解决EMC的问题，我们基本上一天一个车型，基本上几十、上百车型都是一个多月时间通过的，

49、这里面也有EMC的努力，这里面也会涉及一些要点，我们看到一些同行把整个电控电机这个用铝箔包起来了。我们在标准车型上要想办法把这个指标做好，这才是一个硬工夫。刚才我们介绍的电机技术我们的HSM，叫做混合式的电机，它带来的这种优势还是比较明显的。我下面用一张图介绍一下这个电机的优点在哪里？其实我们在国内作为一个零部件供应商，假设我们没有跟老外合作的经历其实我是画不出这个图来的，我并不知道这些汽车行业的要求到底是什么，但是这些汽车公司确实走在前面。他们研究了，比方说我是常用的一辆哪个车，四轮驱动的，作为一个物流车，小面包车，我最高车速大概就是120公里每小时，这样的车在市区行驶的动力学性能的要求就是蓝色的网格覆盖了的区间。如果说我的动力系统，无论是在制动的时候、电动的时候，1.8吨，15秒的百公里加速或者20秒的百公里加速就能满足，我用不同的电机去做有什么区别。这个额定转速之后功率会大幅度下降，但是还是在这个区间内，因为不要求很快的。大家知道特斯拉是怎么解决这个问题的？特斯拉