2022年9月21-22日，由NE时代主办，巨力自动化总冠名，巨一动力、中车时代电气、华域电动、上海电驱动战略合作，华为数字能源、智新科技生态合作的“2022（第二届）全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

在22日的分论坛上，华域汽车电动系统有限公司技术中心总工程师宋志环分享的是800V高效辅驱电机设计。整车是一个系统的工程，整车功率越来越大，四驱车型越来越多，这样的情况下除了主驱其实还有一个比较重要的驱动单元，辅驱电机。华域电动直观地展示了主驱电机和辅驱电机的区别，也介绍了辅驱电机的设计核心要素，系统呈现了一些先进的技术储备。

以下为现场实录：

大家下午好！今天分享的内容分为四个部分。

首先是华域电动简单的介绍。

我们公司隶属于华域汽车，成立于2011年，专门从事新能源驱动电机和控制器的研发制造，现在公司拥有两个生产基地，分别在浦东和宝山。浦东基地主要是小批量多样柔性生产，宝山基地，已经拥有多条全自动化生产线，年产能规模达到百万级。目前，公司主要客户包括：大众、通用、上汽、飞凡、智己、哪吒、大通、沃尔沃等国内外知名车企。

第二部分，跟大家分享驱动电机的技术发展趋势。

驱动电机的指标本身都是承接上一层的技术需求，早期驱动电机都是整机结构，因此技术指标直接跟整车相交互，但现在，由于多合一的出现，电机的层级又往下降了一个级别。但不管怎么说，从做新能源汽车到现在，对驱动电机的需求基本还是围绕着四点：高效率、高功率密度、低成本和低噪声。

如何实现这些需求？还是要通过材料、工艺和技术的更新。对于新材料，为了降低电机的损耗是不是要用更薄或损耗更低的硅钢材料？对于新工艺，为了降低电机的NVH和铁耗，铁芯采用粘接的工艺形式。对于新技术，传统电机，尤其工业电机，大多采用圆铜线绕组，但在新能源汽车上，尤其近四五年，基本都是在围绕着扁铜线技术在研发，这个技术现在已经普遍应用到驱动电机上了。为什么扁铜线技术会应用在驱动电机上？影响电机的因素有很多，如磁钢，铁芯或绕组，为什么只有扁铜线被大家认可？究其原因也是围绕着效率和功率密度。由于电池技术还有一些技术难点需要攻克，因此需要电机的效率进一步提升，弥补电池方面的不足。而如何做到高效率，业界把电机不同参数对效率的影响做了一个汇总，发觉还是绕组部分对效率的贡献度是最高的。所以扁线电机一提出，就被大家所认可。

华域电动在扁铜线电机研发的里程碑是从2014年开始的，这一年我们正式开始扁铜线电机的研发；2017年华域电动的四层扁线电机正式量产，这也是国内最早实现量产的扁线驱动电机；2019-2020年油冷扁线电机和八层扁线电机分别问世，获得了良好的市场反馈；目前，华域电动的第四代高性能8层扁线平台系列已经推出，可以满足新能源汽车和节能汽车多样化的动力总成的需求。

当然，扁铜线在制造过程中也有其特点，如产线投入大，柔性化比较差等。为此，华域电动推进平台化的设计思路，目前我们公司一共有SD、MD和HD三个扁铜线电机平台，对于每个平台，可以覆盖到永磁和异步电机的无缝切换。包括高压、低压，比如现在正在做的800V的高压，都可以在同样的一条产线上实现量产。还有水冷和油冷，高速和低速，因为后续转速也有一个逐步提升的趋势。我们用平台化解决产线投入大和柔性化差的不足。

第三部分，驱动电机关键技术分析。

上午和昨天很多专家都提到过，目前新能源汽车驱动电机主要的几个发展方向，那就是高压、油冷以及高转速三个方向。

首先高压，高电压的提出并不是驱动电机本身的一个技术需求，而是为了满足整车的快速充电，但高电压的应用为驱动电机绝缘系统带来了比较大的挑战。

油冷技术目的是解决高功率密度问题。可以提升持续工况电机的持续功率，与水冷系统相比可以提升20-30%。

高转速技术。早期驱动电机的转速都在10000rpm以下，逐渐发展到15000rpm，华域电动的驱动电机最高转速为18000rpm，正在研发最高转速超过20000rpm的驱动电机。高转速可以进一步提升电机的功率密度，当然也会带来动力系统的其他问题。

下面，将针对刚才提到的三个方面把和大家分享一下我们的一些想法：

（1）800V绝缘系统。

目前，国内多个汽车品牌推出800V高压新能源汽车，高压化成为了大家的共识。电压的提升给电机带来了绝缘系统电、热、机械、环境的影响。早期，我们做新能源汽车，比如400V，对绝缘结构系统的研究较少，原因很简单，原有绝缘系统冗余度较高，可以满足整车的需求，但把电压提升将近2倍以后，绝缘系统的设计将发生比较大的变化。

对于绝缘系统的研究从以下几个方面开展：首先是材料级别的研究和选型。第二是电枢级别的验证。800V的绝缘系统到底做成一型绝缘还是二型绝缘？目前大家思路可能也不一样，个人认为，一型或二型绝缘系统在800V的应用理论上都是可行的，但还要考虑一点，未来的电压等级可能还会进一步提升，现在说的是800V，其实真正的使用电压在750V左右，但未来是不是提升到1000V？那个时候是不是还能做一型绝缘？我觉得要打个问号。所以两种绝缘系统，我更倾向于做成二型绝缘系统。

我们的研究分为三步，首先是材料级研究，如：电磁线的材料级验证，仅仅一个材料级的验证可能就要包含很多内容，包括耐油、耐高温等。

其次是电枢级别的验证。从第一轮筛选出优异的绝缘材料，然后应用到我们认为比较可行的绝缘系统里，对绝缘系统再进行老化以后的验证，可以看出不同老化阶段的衰减水平，从中选出最适合的绝缘系统。

最后就是DVPV试验，目前，华域电动的HD平台高压产品即将完成试验验证，明年实现量产。

（2）油冷技术。

对驱动电机来说，冷却形式包括风冷、水冷、油冷。风冷一般应用在比较小的功率等级上。水冷目前应用得最多，但近几年随着功率等级和功率密度的提升，油冷系统的应用也越来越多。

这是油冷和水冷系统的对比。水冷电机的好处就是结构和设计简单，但缺点是冷却效果不如油冷。毕竟油冷是直接冷却形式，直接把油喷淋到发热部件上，这样散热效率最高。水冷因为需要一级级的热传导，并且加工和制造的误差都会导致热阻的增大。所以油冷系统现在已经被大家所认可。

市面上主流的冷却形式一般为:在定子上增加一些油管或冷却油路，这样可以直接喷淋铁芯、端部，好处是结构相对比较简单，但缺点是要外加一些部件，会受到加工精度和装配工艺的影响，但最近比较多的是直接把油路和铁芯做到一体，如特斯拉的油路结构，为直瀑式冷却结构，冷却效果更好，缺点就是设计比较复杂，而且铁芯加工制造也会有一定的难度。转子就比较简单，一种是在轴里直接通油，结构简单。第二种是在轴上开油路，冷却转子铁芯，再从其他部位将油甩出来，好处是既冷却了转子还可以进一步冷却电枢端部的内侧。

刚才说的都是好处。但其实油冷也带来一些问题。一是开发设计难度大，喷油嘴的高度、角度、位置和形状，都会对冷却效果都有比较大的影响，为仿真分析带来较大的难度。第二是兼容性，ATF油与电机绝缘材料直接接触，两者的兼容性必须要考虑。第三是清洁度问题。若是水冷电机，清洁度稍微控制得不足影响还可接受，毕竟是在电机本身的腔体内，但如果做成油冷，因为是共用整个油路，电机内的很多颗粒，包括非金属和金属颗粒，最终可能都会进入油路中，这样影响还是比较大的。如果是非金属颗粒，有可能影响到油路的畅通，比如堵塞油路；金属颗粒因为会随着油喷到电机裸露的部件上，可能会引起绝缘上的一些问题。

（3）高速化。

汇总了近一年市面上的新研发的驱动电机的转速需求，可以看出对转速是呈现一个逐渐增高的趋势。15000rpm应该是目前量产驱动电机比较常见的能力，但新研发的驱动电机最高转速将超过18000rpm，甚至很多都要超过20000rpm。由于转速的进一步提升，已经接近硅钢本身材料的强度极限，当然也可以增加磁桥的厚度，但会带来磁钢漏磁的增加，成本上不划算。之前特斯拉推出了一款用碳纤维的形式进行转子强度加固的产品。碳纤维的好处很多，比如强度高、重量轻，高速下不产生涡流。其实这种技术并不是最近才出现，在很多高速电机中已经有应用的案例。应用到驱动电机中主要还是要解决量产性的问题。目前，国内还没有一个比较完善的生产设备供应商。如果真的要推广碳纤维的技术，后面制造上可能是一个比较大的问题。当然，这个技术到底用不用，跟动力系统的转速是否能够在大幅提升关系密切，因为转速提升以后，对减速器的噪声、加工精度以及高速轴承都提出了挑战。

第四部分，辅驱电机的技术应用。

讲到主驱电机，对应的，就一定还有一个辅驱。为什么要用两个电机？做一个对比。如果只有一个电机，对于整车来说，这个电机既要有高扭矩又要有高转速，平时大部分时间在低负荷下运行。这样就是一个“大马拉小车”的过程，很多工况其实不需要这么大的扭矩、功率，但只有这么一台电机，那就只能用它满足需求。这个时候电机的性能无法在最优条件下运行。如果用两台电机配合使用，比如负荷不高的时候只有一台工作，需要大扭矩或高速的时候，两台电机共同工作，这个时候整车的运行可以达到一个相对最优。

主驱电机和辅驱电机虽然都是驱动的，但关注点还是有差异。首先，正常情况下，因为辅驱电机不是时时都在工作，所以对持续功率、效率，关注度没有那么高，当然不是说不关注，而是关注度相对低一点，但反而对尺寸和成本的关注可能更高。

这里是市面上可以见到的双电机匹配应用。

第一种，两个异步电机，早期特斯拉用的就是这种匹配。异步电机跟永磁电机比起来成本偏低，但效率不如永磁电机。

第二种是两台都为永磁电机，好处是效率可以做高，但做得高也有一个前提条件，当辅驱电机不工作时，需要增加一个离合器，减少该电机在不工作时产生的附加损耗，影响整车效率，缺点是要增加额外成本。

第三种是主驱用永磁电机，辅驱用异步机。这种形式目前用得比较多，比如大众MEB平台或者通用的BEV3平台都是这种配合。主驱用永磁，辅驱用异步，其好处是比较均衡，效率和成本达到一个比较合适的匹配，因此目前市面上用的相对比较多的。

对异步电机从转子导条来分，可以分为铜转子和铝转子两种。特斯拉电机采用的就是铜转子结构，好处是铜的导电性好，电阻更低，这样效率更高，当然成本肯定比铝高。异步机作为辅驱电机使用，适当的降低一些效率，把成本降下来也是一个比较好的选择。现在应用比较多的还是铸铝转子，该电机工艺成熟、成本低，缺点就是效率不如铜转子高。

近些年也在研究在铸铝转子的纯铝材料里添加其他元素，用来提升铸铝转子的电导率和强度，从而提升电机的效率以及运行转速。总的来说，铸铝转子方面还有很多研究工作可以开展。

华域电动目前获得了三家国际主机厂的辅驱电机业务，其中包括已经问世的大众ID系列辅驱电机，采用的是铸铝转子，冷却形式为油水冷却，可靠性高、成本低。谢谢！

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