新能源汽车800V高压电驱系统降本路径分析与实践

新能源汽车800V高压电驱系统降本路径分析与最新实践珠海英搏尔电气股份有限公司专注创造奇迹执着成就梦想

新能源汽车电驱系统发展趋势

800V高压电驱系统降本实践

关于整车开发的一点思考目录/CONTENTS专注创造奇迹执着成就梦想新能源汽车电驱系统发展趋势专注创造奇迹执着成就梦想

电驱系统发展趋势-电机

电机发展的主线：轻量化、低成本、高效率轻量化发展的主线：高速化

，

目前产业化最高转速18000rpm左右

，下一代可能达到30000rpm；高速化伴随着高电压化低成本发展的主线：充分利用磁阻转矩、减少永磁体尤其是重稀土用量（转子）、铝扁线、铜包铝扁线（定子）高效率发展的主线：异步变永磁、

圆线变扁线、水冷变油冷或者水冷+油冷专注创造奇迹执着成就梦想

电驱系统发展趋势-MCU

MCU发展的主题：高效率、低成本、高可靠性高效率发展的主线：SIC/GaN替代SI、变电压控制策略（BUCK/BOOST\电池串并联变化）低成本发展的主线：提高功率密度、减小体积重量高可靠性安全性发展的主线：散热方式革新(双面散热、低温银烧结、低温真空焊接）

；功能安全专注创造奇迹执着成就梦想

电驱系统发展趋势-动力总成

动力总成发展的主题：轻量化、低成本、高效率、Z向高度低轻量化低成本发展的主线：电机与减速箱共壳体、共端盖、共轴承、

电机与MCU共壳体高效率发展的主线：缩短或者取消电机与MCU连接导线、

电机与减速箱采用油冷Z向高度低的主线：电机与MCU共壳体、

MCU扁平化设计专注创造奇迹执着成就梦想u电机、电机控制器、减速箱新的技术和材料的应用。u动力总成实现平台化产品生产体系，涵盖所有新能源乘用车车型。u多合一电驱动系统已经是

行业公认的发展方向，其

次是更高的集成设计。

电驱系统发展趋势-多产品综合设计与集成能力

集成是为了降本，不是为了集成而集成专注创造奇迹执着成就梦想专注创造奇迹执着成就梦想u集成需要软硬件、多维度开发和验证能力u集成化对产品工艺制造能力要求提高u试验及检测能力要求提高

电驱系统发展趋势-产品可靠性设计验证

800V高压电驱系统降本路径分析专注创造奇迹执着成就梦想1、布局灵活2、功率扩展灵活3、功率密度更高4、

EMC性能好5、过载能力强6、Z向高度极低7、成本较低SIC单管

薄膜电容

TSL单管并联控制器采用

管并联的MC

点联

MCU优采用单管并联的MCU缺点

800V高压电驱系统降本路径1—结构创新1、技术难度较大2、工艺难度较大专注创造奇迹执着成就梦想TSL驱动总成1、轴承与润滑技术（1）脂润滑：陶瓷轴承（2）油润滑：与油冷的结合（3）悬浮轴承：空气/磁

800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹执着成就梦想2、转子机械强度（1）嵌入式永磁转子边沿强度难以满足高强据要求，增加纤维套是一个完美的解决方案，兼容效率、强度与安全性（2）异步电机鼠笼转子

铜转子铝转子

800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹执着成就梦想正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，此油膜有绝缘的作用。对于较低的轴电压，润滑油膜仍有其保护其绝缘性能。当轴电压增加到一定数值(尤其在电动机启动时，当轴承内的润滑油膜尚未稳定形成)，轴电压将击穿油膜而放电。轴电流由转轴经轴承放电，因接触面积小，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔。

800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化3、轴电流专注创造奇迹执着成就梦想4、效率问题(1)

由于汽车轮端直径无法大幅减小，最高车速已经确定，电机转速上限已经确定；(2)CLTC系统效率在变速比超过12后明显下降；(3)除非两档箱，否则转速超过18000rpm的意义不大。(4)电机高速效率深度弱磁，效率太低(5)高速化带来减速箱NVH与成本的大幅上升。电机无节制的高速化是伪命题

800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化专注创造奇迹执着成就梦想MCU高开关频率及高性能控制技术（1）采用SIC

MOS或者GaN（2）CPU的速度足够快，电流环运算速度加倍（3）

EMC技术(4)NVH

(随机变载波、高次谐波注入）

800V高压电驱系统降本路径2—电机高速化5、控制问题专注创造奇迹执着成就梦想纯电乘用车目前成熟量产系统主要采用400V系统，通常包括：电池、电机、电控、充电机（OBC）、高低压转换器（DC/DC）、高压控制盒(PDU)、连接器及线束、电机/电池热管理相关零部件。为了进一步解决同等功率下，当电压从400V提升到800V后，工作电流将降低一半，进而线束截面积、功率损耗均有下降。国内车企目前纷纷跟进800V高压平台架构。对于电动车来说，高压化可大大减少同等功率需求条件下电驱动系统内阻的损耗，提高高速系统效率，继而可进一步减少达成同样续航里程条件下的电池电量，减少电池成本的同时降低整车重量，另外，高压化还能提高充电效率，缩短充电时间，极大改善电动车用车体验。因而，提高电动车整车电压至800V，甚至是

1000V+将成为行业发展方向，尤其是商用车。高压化电控功率器件成本上升，

电机绝缘系统成本上升，系统成本下降不明显；

电压越高，低速大扭矩效率会下降较多。

800V高压电驱系统降本路径3—电驱系统高压化专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本路径3——电驱系统高压化专注创造奇迹执着成就梦想1、采用扁线可以提高槽满率20-30%

，在达到相同的功率密度的前提下，扁线电机的体积也会更加紧凑。2、相比起传统的圆线电机，扁线电机能降低8%-12%的有效材料成本。如果再考虑给整车性能、电耗等方面带来的优势，扁线电机能将成本降低大约15%。4、导线与导线间的接触面积大幅提高，

因此散热能力会更强，过载能力会大幅提升。从中期来看，扁线电机是未来驱动电机的发展方向。在具备诸多优势的同时，也同样存在劣势，比如设计难度、工艺制造难度。扁线由于工序复杂、精度要求高，通过人工制造基本不能实现大规模量产，必须依赖专业的高端设备。随着新能源汽车量产数量大幅提升、产品稳定期延长，扁线电机春天已经到来。800V高压电驱系统降本路径4—电驱系统高效化1-扁线电机专注创造奇迹执着成就梦想

800V高压电驱系统降本路径4—电驱系统高效化2-SIC/GaN专注创造奇迹执着成就梦想1、轴承与润滑技术2、

NVH问题3、材料机械强度与疲劳寿命问题4、加工工艺加工精度导致的成本非线性上升与低售价的矛盾问题专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本路径5—减速箱高速低成本化(1)高速化带来的NVH(2)加工难度与精度(3)低成本缺点：输出打扭矩存在不足

800V高压电驱系统降本路径5——减速箱高速低成本化减速箱无齿轮化设计专注创造奇迹执着成就梦想水冷系统：电动车电机常用的冷却方式之一，通过水冷套来包裹电机外壳，以达到降温的效果。由于水是导电的，所以不能和定子、转子直接接触。为了解决低温结冰的问题，通常会使用水和乙二醇一比一混合的冷却液，这样可以把冰点降低到-40摄氏度。虽然水冷系统结构相对简单，但是它的冷却效果由于热阻大，持续功率与峰值功率受限。油冷系统：油冷系统的冷却油不导电也不导磁，所以可以深入到电机内部进行直接冷却，把热量从电机内部带出来！因为油冷系统的导热效率更高，所以非常适合高性能搞可靠性的电机。没有了水冷套的设计，电机可以做得更小一些，以实现轻量化。

800V高压电驱系统降本路径6—油液混合冷却技术普及专注创造奇迹执着成就梦想1、整体热设计，包括电机、电控、减速箱、电池包，实现系统降本及能效提升2、电机油冷散热与减速箱一体化设计技术，主动润滑，提高可靠性3、热泵空调（可靠性有待提高）应用，提高系统效率

800V高压电驱系统降本路径7—一体化热设计与热管理专注创造奇迹执着成就梦想通过：

1、双面水冷技术（

DSC）2、氮化铝（AlN）陶瓷基板代替氧化铝（Al2O3）陶瓷基板3、低温银烧结或者低温焊接技术实现了功率回路的低热阻、高可靠性设计，相比传统导热硅脂压接方案：1、热阻降低30-50%2、节温降低20度以上，可靠性提升10倍以上3、过载时间延长50-100%

，对于商用车需求，成本大幅降低；对于乘用车，功率器件选型可以减小，降低成本。大幅延长功率循环的寿命。质保条款：

3年15万公里-6年30万公里-8年60万公里

800V高压电驱系统降本路径8——提高可靠性降本低温真空回流焊温度压力工艺曲线专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本实践专注创造奇迹执着成就梦想规格型号峰值功率持续功率电机扭矩轮边扭矩电机最高转速重量DA3936-12120kW60kW240Nm2400Nm16000rpm63kgDA3936-16160kW70kW280Nm2800Nm16000rpm67kgDA3936-18180kW80kW330Nm3500Nm16000rpm69kg1、电机与MCU完全集成，大幅降低了Z向高度，适用于后驱动布置，可以统一前后驱驱动平台，降低车企供应链成本2、电机端盖与减速箱共端盖设计，

降低重量10%左右；3、无电机引线，低速重载系统效率提升5-10%左右

800V高压电驱系统降本路径1—结构创新简单的物理集成高度一体化集成专注创造奇迹执着成就梦想

800V高压电驱系统降本路径1—结构创新130KVA/L70KVA/L50KVA/L专注创造奇迹执着成就梦想

800V高压电驱系统降本路径1—结构创新专注创造奇迹执着成就梦想1、

P=T*N/95535,N提升1倍，T下降一半，主要组成永磁材料、硅钢片及铜导体成本也会下降一半，比如电机最高转速从9000rpm提高到18000rpm，减速箱变比加大一倍，成本降低50%。2、目前电机转速泛高速化，达到30000rpm现实意义何在？采用单档减速箱，CLTC效率最佳两级减速箱最大变比不超过12，否则系统效率会大幅降低，得不偿失；另外泛高速化后，高速弱磁损耗、涡流损耗都会大幅增加。除赛车外，高速公路限速120km/h，考虑做高限速144km/h，如果超过限速50%就取消驾照，最高限速180km/h计算，轮边最高转速分别为2353rpm（R16)、2090rpm(R18)，减速箱变比按照12计算，电机最高转速分别为28236rpm（R16)、25080rpm(R18）800V高压电驱系统降本实践2—电机高速化专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本实践2—电机高速化专注创造奇迹执着成就梦想电机高速化带来的问题：1、高速带来的转子离心力大，转子高速旋转时，冲片和磁钢都会受到离心力的作用。转速越高，在较大的离心力作用下，冲片体脆弱部分的强度可能超过其屈服强，其变形也可能会影响气隙变小，从而引起性能变化甚至扫膛；2、高速轴承的选择高速轴承dmn值等于轴承节圆直径与转速的乘积，通常dmn不超过2*10^6。另外可考虑采用新技术轴承，如空气、磁悬浮轴承、陶瓷轴承等，但在承载力、精密度、可靠性（轴电流800V更严重）、成本方面需要权衡考虑。3、高速带来的绕组涡流损耗在高转速/高频情况下，定子绕组产生明显的集肤效应和邻近效应，合称为绕组涡流损耗，尤其对现在备受青睐的扁线电机而言，绕组涡流损耗在高速时更需认真分析与对待。4、

NVH恶化NVH是新能源汽车电机的重要技术指标。高速电机由于转速高，使得激振频率很高转速高也易产生较大的空气噪声。因此NVH是高速电机必须解决的问题，需要在电磁设计、结构设计、电机控制等方面综合考虑。5、标定测试台架资源高速电机的测试需要高转速的电机台架，高转速的电机台架非常昂贵

，一次性投入大，维护成本高。800V高压电驱系统降本实践2—电机高速化专注创造奇迹执着成就梦想800V平台相较于400V平台的主要优势包括更快的充电速度、更高的能效、电池不易发热、车身减重，但成本也更高。具体来说：1.充电速度：800V平台的充电速度明显快于400V平台，因为电压乘以电流等于功率，800V电压的充电功率更高，

从而充电更快。2.能效：800V平台电车使用的碳化硅元器件有助于提高电能效率，降低损耗；另外，电流减小，线损也会减少。3.电池发热：800V平台由于电压较高，产生的电流较低，从而减少热量生成，这对电动车来说非常重要。4.车身重量：800V平台内部使用的电缆和电器元件更薄更小，有助于减轻车身重量。5.成本：800V平台相较于400V平台，功率半导体成本增加、

BMS串联数增加成本增加、电机绝缘成本增加，线束成本降低不明显，整体成本持平或者更高，这也是其一个主要的劣势。6.800V充电桩普及问题：2022年之前，800V桩比例很低，汽车厂家需要考虑自升压，实现低压桩充高压电池的问题，2025年，估计会达到或者超过50%。800V高压电驱系统降本实践3—电驱系统高压化专注创造奇迹执着成就梦想采用高压MCU实现低压充电桩为高电压电池包充电技术（1）低压桩充高压电池包（2）采用电机绕组，节省电感（3）缺点是电机噪音与转矩脉动采用高压SIC器件的MCU实现低压充电桩为高电压电池包充电，开关频率高、低噪音、高效率800V高压电驱系统降本路径3——电驱系统高压化专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本实践3—电驱系统高压化专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本实践3—电驱系统高压化专注创造奇迹执着成就梦想

800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化1-扁线电机电机扁线化带来的效率提升（产品市场竞争力提升）、生产一致性与质量提升（成本下降），批量经济性进一步提升。1、定子自动化产线费用大幅降低：由6亿——3亿——8000万——5000万——3000万2、直通率大幅提升：95%-99%3、生产节拍大幅提升：

300s——150s——90s——60s4、柔性产线推出速度与比例大幅提升：不同外径电机，更换工装夹具（200万左右）就可以在同一条产线上生产，大辐节省一次性投资费用举例：一条扁线定子自动化产线一次性投入3000万元，节拍90s，按照85%开工率，年最大产能30万台，考虑10年折旧，每年设备折旧费用300万元，每台分摊100元，制造费用100元，考虑质量成本降低，较圆线电机最少减少100元直接成本。I-PINHair-PINX-PINS-winding端部尺寸长中短短工艺复杂度低中高高铜损高中低低专注创造奇迹执着成就梦想1.

现在，

SiC是IGBT的

3-5倍；2.两年内，预计会降低到2-3倍；3.2030年，预计会降低到1.2-1.5倍4.SIC单管会先于模块会得到快速应用5.高电压应用将优先于低电压应用。

800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化2-SIC/GaNl

2022年，Si:SiC

比例

99%：

1%l

2030年，Si:SiC

比例

50%：

50%l

2035年，Si:SiC

比例

10%：90%SiC与IGBT应用

占比趋势2022

2025

2030

2035120100806040200专注创造奇迹执着成就梦想

Si

SiC综合SiC器件的成本和因节能而减小的电池容量降低而带来系统成本降低，从经济可行性角度，在车辆电驱动系统中批量使用顺序如下：首先，

SiC将会在电池容量大于300度电的车型上批量使用，比如大巴车、重卡等;其次，

SiC将会在带有BUCK-BOOST的混合动力控制器和氢燃料电池系统中使用；

再次，

SiC将会在所有乘用车中从高级别到低级别逐步普及。

800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化2-SIC/GaN专注创造奇迹执着成就梦想纯电动轿车混合动力800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化2-SIC/GaN专注创造奇迹执着成就梦想1、

SIC

MOS

Ron产生的VdsON（电流与

Ron）乘积需要与IGBTVces平滑切换2、供应商必须有两种器件的设计开发能力或者匹配能力，成本压力大3、驱动统一控制，控制简单，但是对器件要求高，可靠性差；如果分别控制，成本高混合器件=SIC/GaN

MOS+IGBT

800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化3-混合器件专注创造奇迹执着成就梦想方案1（最理想构型）：前后驱方案前驱小功率永磁同步电机（峰值功率＞70KW）

+SIC/GaN

MOS驱动系统后驱大功率大扭矩异步（优选）/永磁同步电机+离合器（峰值功率＞

120KW）

+IGBT驱动系统优点：系统成本最低

，可靠性最高方案2：一个电机双绕组方案一个绕组采用峰值功率＞

120KW

+IGBT驱动系统+另外一个绕组70KWSIC

MOS驱动系统技术难点：采用同一个CPU

，

12个PWM控制

，扭矩平滑切换

，CLTC系统效率较方案1提升较大。缺点是电机成本略高。方案3：双高速电机方案

800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化4-混合系统专注创造奇迹执着成就梦想800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化5-Y/△转换专注创造奇迹执着成就梦想采用SIC实现高效buck/boost交错并联装置（2）

MCU采用IGBT，实现成本均衡（3）根据电机运行速度决定母线电压，控制目标电机系统效率最高（4）高效母线电压自动控制模式，将系统效率提升5-10%以上（解决高速续航里程低、低速效率低问题），相比SIC成本低，效益突出。

800V高压电驱系统降本实践4—电驱系统高效化6-变电压控制专注创造奇迹执着成就梦想电机高速化，带来减速箱同步高速化，减速箱高速化因为偶NVH带来的成本非线性上升：（1）加工精度（2）良率下降怎么办？减速箱高速传动轴无齿轮化800V高压电驱系统降本实践5—减速箱高速低成本化专注创造奇迹执着成就梦想

800V高压电驱系统降本实践5—减速箱高速低成本化两档箱/多档箱是一个很好的选择高速行驶的能耗问题低速爬坡能力提升电机高速化，带来减速箱变比增加，CLTC效率下降问题，怎么办？专注创造奇迹执着成就梦想对于B级或更高性能车，最高车速越来越高，峰值功率（

150-200kW）与持续功率要求高、对应持续时间长、运行工况恶略如多次急加急减等组合运行工况，电机的持续性能与温升表现相对关键。另外，一些混动等对结构空间布置、轴向尺寸等要求苛刻的场景，油冷电机表现出一定的竞争力；此外，

20000rpm以上超高速电机会成为后续技术趋势，对应的转子润滑与冷却成为技术瓶颈，此时定转子油冷或定子水冷

+转子油冷成为不可或缺的解决方案。1、降低电机定子温度，减少铜损，提高效率2、减小转子温度，提高永磁体的可靠性，

降低牌号降本3、提高商用车电机过载能力，实现轻量化、整体低成本4、解决高速轴承润滑问题，提高轴承可靠性5、电机、减速箱一体化散热设计，减小结构成本6、存在高速搅油损耗与低温启动预热问题

800V高压电驱系统降本实践6—油液混合冷却技术普及油冷系统的综合成本低，可靠性高，是今后新能源汽车电驱系统主力发展方向。专注创造奇迹执着成就梦想1、电机系统需要增加主动加热功能：难点在于同时实现发热量精确控制、扭矩精度控制、

NVH及温度检测与控制2、取消或者减小PTC加热装置，节省系统硬件成本3、

PTC改为感应加热提高效率30%以上。4、增加新电路，动力电池与DC/DC实现脉冲加热；

800V高压电驱系统降本实践7—一体化热设计与热管理专注创造奇迹执着成就梦想1、产品可靠性是企业长治久安的必要条件2、开发完全国产自主可控、高可靠性低成本的电驱系统核心零部件，彻底解决“卡脖子”问题，将成为最核心的新技术800V高压电驱系统降本实践8——提高可靠性降本专注创造奇迹执着成就梦想

800V高压电驱系统降本实践8——提高可靠性降本凯迪拉克

电驱控制器采用的IGBT通用第二代Voltec电驱控制器采用的IGBT丰田THS

IV电驱控制器专注创造奇迹执着成就梦想双面冷却方案双面冷却方案CT6

PHEV关于整车开发的一点思考专注创造奇迹执着成就梦想汽车市场发展趋势燃油车纯电动车HEV20282030

2032

2034

2036（1）2035年纯燃油车的消亡（2）采用氢、甲醇等零排放环保燃料汽车占比20%，采用环保燃料混合动力汽车占比40%，纯电动占比40%

关于整车开发的一些思考—汽车市场发展趋势160014001200100080060040020002022专注创造奇迹执着成就梦想20242026根据应用场景进行开发，没有十全十美的技术方案，只有更好，没有最好。乘用车：家庭第一辆车——混合动力汽车城市代步——EV纯电动城市出租/网约车——EV纯电动换电-PHEV-HEV/纯电动城际——EV纯电动换电-HEV-PHEV长途——HEV（环保燃料）

-PHEV商用车：城市运输——EV纯电动，包括渣土车、垃圾车、公交车、轻卡物流车、面的城际运输——EV纯电动换电-纯电动-PHEV，包括重卡、公交、轻卡

省际运输——加氢去碳环保燃料汽车、

HEV（替代燃油）、项目纯电动混合动力1、环保使用过程无排放，环保？有排放，降低40%左右2、续航里程短，充电慢无续航里程焦虑3、投入产出比小，投资回收期长大，投资回收期短4、性能相当相当

关于整车开发的一些思考—根据应用场景定义汽车专注创造奇迹执着成就梦想1、产品可靠性是企业长治久安的必要条件2、开发完全国产自主可控、高可靠性低成本的电驱系统核心

零部件，彻底解决“卡脖子”问题，将成为最核心的新技术3、整车结构安全可靠性-碰撞实验分级：

车辆碰撞试验的车

速，

一般规定为48km/h

，

除正面撞车试验外，还进行侧面

撞车试验和斜角撞车试验。

48km/h依据何在？

120

km/h

怎么样