迎接800V“平权”挑战哪吒发布高性能电驱战略

日前，何忠新能源动力总成总工程师刘平洲在盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会上指出，伴随着电驱动系统性能指标要求的不断提高，整个电驱动系统发生了以下变化:高速系统逐渐普及，高压，碳化硅技术路线逐渐上车扁线电机，油冷电机，高集成度也成为主流技术发展趋势

可是，驱动电机的发展也面临着许多技术挑战以碳化硅高压电机为例，SiC的开关频率高，对漆包线的绝缘影响很大其次，要实现更好的EMC兼容性，避免高低压电磁干扰此外，整个碳化硅高压电机仍然要面临绝缘系统要求，轴承寿命，成本等方面的挑战，整个行业仍然需要对相关技术进行攻关

刘平洲提到，面对当前电驱动系统的发展趋势，哪吒汽车发布了昊志战略，旨在布局全产业链，用技术打造颠覆性体验，形成整合优势其中，战略包括布局中央超级计算机平台，基于SiC技术的高集成度电驱动系统平台，哪吒研发的高效增程器等

何忠新能源动力总成总工程师

组织以下演讲内容:

哪吒汽车游戏攻略

何忠新能源成立于2014年，是一家基于创新技术研发，智能制造，全渠道销售服务的软硬件一体化创新科技公司公司分别于2017年4月和2018年6月申请了国家发改委和工信部的双资质哪吒汽车是何忠新能源旗下的汽车品牌

2014—2017年是哪吒汽车蓄势待发的时期2017年4月获得国家发改委车辆资质2018年正式开启新能源市场车型交付模式2018年11月，首款哪吒N01上市2020年，哪吒U和哪吒V相继上市，同时完成C轮融资2021年，与360，华为，地平线，当代安培科技有限公司，泰国PTT等合作伙伴签署战略合作协议同年，哪吒的UPro和哪吒的S亮相2022年是哪吒汽车的亮点到2022年11月，哪吒汽车年产销量已超过13万辆，累计产销量超过20万辆11月，数百款哪吒S高端机型交付

目前公司有三个工厂和三个基地同时投产按双班计算，目前产能已达50万辆从数据可以看出，哪吒汽车已经成为最值得信赖的新势力汽车品牌之一

驱动电机技术的发展趋势

节能与新能源汽车技术路线2.0涉及电驱动系统，电机，控制器的性能指标从2025年到2035年，新能源汽车的性能要求越来越高伴随着性能要求的不断提高，电驱动系统发生了以下变化:一是高速系统的逐渐普及，第二，高压和碳化硅技术路线的逐步尝试，此外，扁平线电机，油冷系统和高集成度已成为主流市场发展趋势

从扁线电机在新能源汽车上的应用来看，用扁线代替圆线可以提高电机的槽满率20—30%，绕组电阻低，铜耗可降低20—25%，驱动效率可提高2%扁平线的直线排列使得导热性更好，结构刚性高，NVH明显提高与原电机相比，功率密度和转矩密度也提高了20—30%

油冷电机是这几年大家都在努力的技术路线比亚迪，广汽，蔚来都有相应的R&D和产品布局其明显的技术优势是，第一，散热效果好，介电常数高，有利于绝缘性能的提高与普通扁线电机和油冷电机相比，其功率密度和转矩密度进一步提高

目前高速电机是大家都在探索的发展趋势至于速度应该多高才能满足需求，目前还没有定论但是，既然大家都在探索这条路线，那一定是因为它有明显的优势第一，功率密度在相同功率下，高速电机的体积更小，因此功率密度更高其次，功率密度的增加也使得电机体积更小，重量更轻，同时可以节省材料的用量，尤其是稀土材料第三，高转速可以使电机或系统效率更高

与低速电机相比，在整车相同动力性能要求下，高速电机转速提高3500转/分，对应扭矩降低60Nm，电机成本可降低20%左右减速机速比的增加，增加成本约3%—5%总的来说，驱动系统的成本已经显著降低

目前市面上大部分高压电机都是650V，700V，真正实现800V的很少说到800V，大家都会想到SiC高压系统，SiC的出现对整个电机的影响很明显对于整车系统来说，解决了充电的问题对于电机来说，对电机效率，温升，NVH都有明显的优化在高压系统中，SiC的引入将对整个绝缘系统的寿命有很大的帮助由于高压的出现，在相同功率下电流会更小，同时由于整个系统的一体化结构，母线电流也会降低，因此可以优化整个动力系统的线束尺寸同时，全速范围内高速区间的效率会大大提高，续航里程也会增加

不仅碳化硅，IGBT也可用于高压但与SiC相比，高压段的IGBT损耗会更高在相同的功率下，SiC系统的损耗会比IGBT低50%—70%，这对于提高整个系统的效率非常有帮助

驱动电机的技术挑战

驱动电机存在一些技术挑战扁线电机的挑战首先是复杂的制造工艺，一个扁线定子大约需要12道工艺流程才能完成整个设备投资很高，灵活程度低另外，在成型工艺方面，成型工艺会对整个保温系统造成很大的破坏，包括表面的保温层此外，扁平线的交流损耗较大第四，它的接线方式不同于传统电机如果绕组的布置和接线不合理，容易造成支路间环流的影响和电机的局部过热

虽然油冷电机的性能和容重相对于水冷电机会有明显的提高，但对油的相容性会提出更高的要求此外，绝缘材料的耐油性也将是一大挑战再次，为了达到更好的油冷效果，油路的设计会比较复杂，油冷电机专利的限制也会给后来者带来很大的麻烦第四，其热分析涉及液体，固体和气体，分析难度大，准确度低

高速电机对材料的要求更高，价格也更高，这将给电驱动厂商带来一定的成本挑战此外，转子的强度影响很大，转速越高，转子的离心力越大，所以对材料的要求更为严格如何在冲压过程中选择材料，更好地利用材料的比例，控制材料的分布也是关键的挑战第三，转子动平衡标准需要重新考虑第四，在高速轴承的选择上，目前高速轴承的市场基本被国外厂商占领，获得更低的轴承价格会更加困难第五，轴电流会损坏轴承管路，轴电流有可能击穿油膜，导致最终轴承失效最后，就是高速损耗高速电机的损耗很难计算目前业界还在探索精确计算

目前SiC电机已经普及，但仍有很多挑战首先，SiC的开关频率高，对漆包线的绝缘影响很大其次，在电磁兼容方面，如何避免控制器受到高低压的电磁干扰，如何实现更好的电磁兼容也是目前面临的较大挑战第三，对保温系统的要求大大提高第四，轴电流也会影响轴承寿命此外，目前SiC的成本仍然较高，难以普及目前我公司也完成了SiC电驱动系统的样机设计和制造，但是SiC也给我们带来了很大的成本压力我们计划明年完成整车装车测试，市场整体趋势以及成本是否有利于整车装车，我们会继续观望

电气传动系统的发展趋势

无论软硬件，电机，轴承，控制器，电驱动系统的发展都趋向于平台化，模块化电机的平台化和模块化主要是扁线定子系统的平台化设计，包括导线成型的平台化要尽可能减少改动，通过串并联实现电机的设计通过转子的平台化和差异化设计，可以满足动态性能的需求

电控的平台化包括控制器结构的平台化，即外壳不变，需要在有限的外壳内满足高低压要求，二是硬件平台，比如切换SiC和IGBT，尽量减少对其他组件的改动，第三是软件平台，这是发展的大势所趋。

减速器也需要平台化，轴承尽量平台化，用一套轴承满足平台化设计。

目前一体化系统的主流是电机，电控，减速器三合一技术此外，也有领先厂商推出了七合一和八合一的动力总成未来会形成N位一体的系统，通过几个模块的整合，形成一个大底盘动力系统目前业界都在讨论Tier1是否有机会，或者说有多少机会可以在这个市场上发挥作用其实这个技术基本上需要主机厂来主导

分布式和多档位也是电驱动系统的发展趋势目前已经有很多关于分布式轮毂驱动系统和多档驱动系统的技术讨论，也有很多案例和实车验证从应用情况来看，目前轮毂驱动系统还存在一些困难和挑战，主要受到几个因素的制约:一是轮毂的空间较小，而轮毂驱动系统要求电机有较大的功率输出，因此体积和空间的约束是矛盾的第二，轮毂内的工作环境，振动，密封，温度都是很大的挑战第三，驱动系统的可靠性另外，在轮毂电机技术领域，轴向和径向哪种方式更合理，需要不断讨论轴向电机的NVH仍需不断探索和优化，以满足轮毂驱动的需求此外，差分匹配需要不断优化

多齿轮传动系统目前已在乘用车上得到应用，但仍存在一些挑战目前对于多速驱动系统来说，动力经济性和驾驶舒适性，尤其是舒适性仍然是很大的挑战对于双速驱动系统，皮卡，越野车等的应用场景会是一个不错的选择，但是对于一般家庭乘用车的接受度不是很高轮毂驱动和多挡驱动能否广泛应用于乘用车，还需要市场的验证

高压系统的优势是显而易见的高压快充可以解决充电效率低，充电速度慢的问题，给用户带来更好的充电能量体验同样功率下400V和800V电压平台的充电电流和充电速度会有很大差别相比400V，800V充电时间缩短一半如果实现1000V甚至1200V，充电时间会大大缩短，可以接近燃油车的加油速度

800V电气传动系统技术分析

800V可以带来优势，首先是充电速度，可以大大提高充电效率二是电机转速，800V可以轻松实现20000rpm的运行速度第三，可以大大提高电机和电控的功率密度在效率方面，800V驱动系统的CLTC综合效率可达91.5%以上续航里程方面，在SiC技术的加持下，续航里程可提升5%—8%以上此外，母线轨距的选择更加友好，线径会减小，整车底盘空间布局也能得到优化

目前800V系统的充电桩相对较少为了满足800V系统的充电要求，有几种路线可供选择一是控制器自带升压功能，二是在中央充电桩上配备了升压功能800V充电需求也可以通过400V充电桩+800V升压模块解决三是高压充电桩布局，几百千瓦的超快充电桩目前800V的资源布局比较少，后续800 V是否会有换电模式也值得探讨

虽然800V系统具有明显的优势，但其常见的绝缘挑战也不容忽视原来的400V绝缘不能满足800V的要求，800V的绝缘要求可能是传统400V系统的1.8 —2倍800VOBC，DCDC，高压继电器都需要升级，所以设计验证周期长，短期内验证成本高，经济性差

800V系统对电机的挑战首先是前面提到的轴电流的影响虽然目前有解决方案，但后续的可靠性还有待验证另外对保温系统的要求更高，对保温材料的要求更高，会导致整个保温系统的成本增加对于绕组而言，绕组在高速，高频下的趋肤效应和临界效应会导致绕组的交流损耗迅速增加，但交流损耗的计算精度仍然较差线间电压差的增加也是绝缘系统PD的挑战机械强度方面，高速时对轴系和壳体强度的要求提高，设计难度增加需要选择合适的材料和合理的结构设计，通过CAE分析提前规避风险

对于控制器来说，800V带来的挑战涉及EMC，绝缘，可靠性和结构设计在EMC方面，800V电压和SiC逆变器频率的提高将导致逆变器中du/dt的显著增加，这将给控制器的EMC设计带来巨大的挑战绝缘系统中的电气间隙和爬电距离需要重新设计对于可靠性，高功率密度，高耐热性和高频开关应用，需要进行深入分析在结构设计上，磁环，屏蔽板的布局以及高低压线路的布局都会影响到整个控制器的结构设计

NVH是800V减速器面临的第一个挑战800V系统的减速齿轮需要完全重新设计，细高齿的设计噪音会比标准齿大大降低对于齿轮的加工精度，齿轮在2000转及更高转速下需要更高的加工精度此外，在齿轮强度方面，需要关注高转速，大扭矩和齿轮模式对NVH的影响，需要进行更细致的设计和分析在加工设备方面，更高精度的齿轮会对加工设备的精度和一致性提出更高的要求

80V电传动系统的架构可分为三种类型一个是整个800V高压架构，电池，电动机控制，OBC，DC/DC，PDU，热泵和空调都需要800V系统短期内高压设备安全可靠性验证工作量大，投资成本高但伴随着产业链的不断完善和规模效应，长期成本可能会得到更好的控制

第二，800V高压架构的一部分，具有800V电池，400V或800V电动机控制，以及用于OBC，DC/DC，PDU，热泵和空调的400V系统车辆改装小，短期内实用性高虽然能量转换效率低于整个800V架构，但相比传统400V架构还是有明显提升

第三，全部采用400V中压架构，充电800V，消耗400 V，整车电气架构不需要大的调整，但是整个电气架构的转换效率并没有得到提升，充电效率的提升有限它的好处是短期内成本更低

哪吒汽车电驱动系统规划

前段时间哪吒汽车发布了品牌战略昊志战略，其初衷是布局全产业链，用技术打造颠覆性体验，形成整合优势该战略由几个模块组成第一个是昊志超算平台，是哪吒汽车下一代智能汽车的中央超算平台，包括智能驾驶，智能驾驶舱，智能控制第二部分是昊志电驱动，基于800V技术平台，形成高度集成的电驱动系统第三部分是昊志增程，是哪吒汽车研发的高效增程器

基于800V平台，我们也做了一系列的平台规划，包括400V和800 V两个电压平台，定转子，控制器硬件，减速器都将是模块化，平台化的。

在800V平台，规划240kW以上的永磁电驱动SiC平台，希望是180kW的异步电驱动系统还有基于SiC平台规划的270kW甚至300kW以上的永磁电驱动产品

对于400V平台，目前我们在成熟的IGBT基础上规划了170kW—200kW的永磁电驱动系统2024年，我们将陆续推出135kW—170kW永磁和异步IGBT电力驱动系统2025年，我们希望将SiC应用于170kW—200kW的永磁电驱动系统，对整车续航能力有进一步的帮助

哪吒今年推出的两款原型机正在测试中明年希望170kW—200kW永磁电机顺利装车，240kW—250kW电传动系统2024年装车投入市场