推动电驱动技术，助力汽车电动化降碳。
文 | 智库君
9月1日哈尔滨理工大学博导教授、俄罗斯工程院外籍院士、精进电动创始人蔡蔚在2024泰达论坛发表了题为 “助力电驱动产业升级的技术进步和产品创新”的演讲，分享了汽车电动化降碳的重要性、新能源汽车电驱动技术趋势以及产业链创新支撑电动化技术进步。
核心观点：
1、电动化降碳实际是一个公益项目。我国二氧化碳年排放全球第一，60年累计排放全球第二，单位GDP排放全球第五，人均排放除以很大的分母以后还是第九，是全球平均数的1.8倍。电动化是实现降碳的重要途径，作为全球最大的二氧化碳排放国，我国面临着巨大的减排压力。
2、交通行业是二氧化碳排放的主要来源之一，电动化可以有效降低这一领域的排放。即使在完全依赖煤电的情况下，电动汽车相比燃油车仍能减少二氧化碳排放。
3、产业链的创新对于电动化技术的进步至关重要，包括新材料的开发和应用。非晶碳纤维和发卡式扁线绕组等技术的应用，以及对稀土永磁材料的替代和优化，是降低成本和提高效率的重要方向。超级铜和碳化硅等新材料的应用，有望进一步提高电驱动系统的效率。
4、产业链的创新对于电动化技术的进步至关重要，包括新材料的开发和应用。非晶碳纤维和发卡式扁线绕组等技术的应用，以及对稀土永磁材料的替代和优化，是降低成本和提高效率的重要方向。超级铜和碳化硅等新材料的应用，有望进一步提高电驱动系统的效率。
5、根据我的经验，叠压系数不是越大越好，0.86、0.89、0.92，我们通常希望叠压技术紧点好，但是非晶技术下，叠压系数太大的话，反而磁力下降，损耗在高速会差一半左右，叠压系数叠得太紧，损耗反而会增加。我这句话可能值上千万上亿。
蔡蔚
以下为演讲实录，有节选。
今天讲三个方面的内容。
一、汽车电动化降碳
电动化降碳实际是一个公益项目。降碳可能是大家都熟悉的事，我国二氧化碳年排放全球第一，60年累计排放全球第二，单位GDP排放全球第五，人均排放除以很大的分母以后还是第九，是全球平均数的1.8倍，这是我们国家二氧化碳的主要的情况。一说二氧化碳就说到中国，中国自己说的是占1/3，但是有的人说我们占了全球一半的二氧化碳排放，所以这个确实是大事。
降碳为什么不把碳降下来？关键问题是GDP排放的碳挺多，所以没办法，GDP不能砍下来。去年全球与能源相关的碳排放增长了1.1%，全是中国增长的，中国增长超过了全球增长的总数。哪些地方是二氧化碳主要排放，基本就是这些行业，显然交通占了挺大的一个比例。
我国占据全球将近一半的二氧化碳排放，而我们国家发电的排放占了我们国家一半的二氧化碳排放。也就是我们国家发电占了全世界的1/4左右，但是国家统计的总数据不是这个数，比这个数低一些，我是从科学报道的角度看到的结果。
中国碳排放来源主要是煤电，每发一度电就排放838g二氧化碳，消耗305g煤，光伏大概是煤电的1/10还不到，水电就更少，风电就更进一步少，核电是几十倍。所以，大家就知道该如何减少二氧化碳排放这个问题。
2023年，热电占了66.3%，我们规划的是热电和煤电在2025年占比是53%，要减10%还是压力比较大的。到2060年热电就只占9%，而煤电只占3%。所以压力是挺大的。
究竟二氧化碳的排放是多少？
我们拿油车百公里6.31L和电车百公里14度电相似的车进行比较，之所以运煤的排放不一样，是因为有的时候从澳大利亚买煤，有的从山西拉煤所以不一样。
总而言之，这个油车大概从油井到油箱之间，每开1万公里大概排放0.126吨，车辆运行的大概1.5吨左右，加起来1.26吨。电刚才说不同地方肯定不一样，从煤井这一段开1万公里，大概排放0.9吨二氧化碳。开车不排放二氧化碳，一样得出来还是0.9吨，最后的结果是降碳大约45%，也就是说按照我们2023年66.3%的煤电的比例，电车比油车降碳45%。
我们再做一个假设，假设2023年没有任何清洁能源，全都是煤发电，结果发现还降碳了16%，即使全部用煤发电也比油车减少二氧化碳排放。这是从油井、煤井到车轱辘这段的排放，没包括制造与回收，这一点需要大家重新计算加到全生命周期。
大家都知道能源跟动力有关，因而是我们这一块的排放、动力目前国内有了很大的进展，国产水平在不断提高。但是前10的企业，不管国产还是外资，加起来到70%到80%左右。我们工信部目录的有278个电动化的企业，这278个当中，前10%占80%，剩下的那些干什么，就是降个价，就干那个活，或者做一些小的企业贡献。
二、新能源汽车电驱动技术趋势
首先，面向碳中和混合动力用的零碳燃料，未来要零碳，烧油不可能零碳，那烧什么？烧氢的话，氢是用绿色的氢，是用绿色的电制作的氢，氨燃烧不排放二氧化碳。还有一种，用绿色的氢加上二氧化碳，消灭二氧化碳，最后制造出甲醇来。但是缺点就是甲醇燃烧还产生二氧化碳，因而是一个循环的。但是无论如何，制造甲醇需要二氧化碳，从循环角度来说可以减少二氧化碳的排放。
烧氢产生水，第一，电解水没有问题，关键问题就是产生电解水要产生二氧化碳的排放。第二，燃烧也没有问题，燃烧产生了水，这也没问题。第三就出现了问题，（氢的）沸点是零下253度，车能装253度吗？肯定能装，但是我们花不起那个钱，氢没办法以液态的方式存在放到我们车上。
既然没有办法用液体就用气体，但气体不能弄一个无限大的罐放到车上。如果寄希望把罐的压强增加，是需要70到100兆帕，这么大的压强，肯定费财费力。运输的过程中，我听说我国有建运送氢气的一个管道，估计只有中国能建设，全世界任何别的国家都不可能建设。所以我想说的是没有经济性。
从业态的角度来讲它的密度也不够大，但是还有一个问题就是可燃极限，4%到74%，这是好事，一点就着，但是泄露出来在密闭空间一点就着的话，可能要把楼变成平地，车都放地下，所以这个问题也需要解决。其次，汽化热也很大，容易产生爆炸，所以这些问题都需要彻底的解决了以后，氢才可以大批量的生产。
氢在储能方面没有任何问题，放到空间开放的地方，放到大的地方，都没有问题，而且储能比其他的电池储能便宜多了，就是放到密闭的空间出问题。另外，我国氢燃料电池汽车销量去年最多是5800辆，距离产业化还很遥远。
因此，电驱动系统主要的发展方向，一是功率要提高，电压要提高，电压提高不是我们电驱动需要的，是充电需要的，但给电驱研发动干了一个好事，使我们可以提高功率密度，电机从圆线向扁线方向发展。第二是从IGBT硅基的功率模块，向宽禁带功率碳化硅基的方向发展。第三是水冷向油冷和油水复合冷却方向发展。最后是由单减向单减/变速发展。尤其是像大型商务车没有变速是无法运行的，电机本身也是不行的，所以这是非常重要的发展方向。
沿着这个发展方向，人们又提出了滑板底盘，把平的地方放到电池去，车变宽了，轴距变长，长段、宽窄都是一个底盘，这是一个好事，正好把电机装车轱辘上，因而出现了轮毂电机。
但是没有任何一个企业量产轮毂电机，一个都没有，那就是问题，在降低重量的同时，我们不能像过去重点专项只研究电机降重。
因此，我们要把电驱动的这套系统和整个车轱辘的重量都降下来才可以解决问题。所以，量产是一系列的事情。
另外，通常轮毂电机放到轮毂上，跟转向、制动还有悬架这些都连起来，现在制动转线控的自动转向和悬架占比很少，但这是未来发展方向，需要融合和集成到一起去。
无论如何，我们最后总是希望电驱动系统越小越好，电机大小和转矩成正比，因而我们就把电机的转矩降下来，正好转矩乘上转速就等于功率，所以提高转速可以使功率不变，但是电机变小，大家不断在提高转速。当你的电机的转矩太小的时候，低速的大转矩就需要很大的齿轮箱，这个齿轮箱在高速旋转的时候照样效率很低，尺寸很大因此不能无限度增加地电机的转速。
电机转速增加了，电机频率也要增加，过去用的IGBT就不够，又产生高频的第三代宽禁带功率半导体，就像碳化硅、氮化镓之类，以及解决高速齿轮这一系列的问题。
电机电压提高之后，又跟绝缘、电容产生一大堆的问题，这些问题需要我们先解决后提高，或者一边做这个事情，一边解决整个产业链的问题。
除了设计和材料之外，我们基本上有以下几个途径。第一是提高电机的转速，可以使电机变得更小一些。第二是提高电压。另外是缩短运行时间，我们过去一直要求乘用车必须30秒，商用车至少1分钟，现在新版国标把时间降下来，但是仍然要满足需求。
但这存在一个很大的问题，当把电机、电驱动做小，冷却又成了卡脖子的问题，液冷该怎么调整、优化都变成重要的问题。
举例而言，创新设计的案例，这个大家比较熟悉的，就是Lucid Air电驱系统，它做到了74公斤，500千瓦电驱动总成，比国内仅做电机还轻很多，这就是水平；第二，包括行星台等等的使用，采取了一系列的技术，它在永磁体的使用方面，他把烧结铝铁硼和粘结铝铁硼均用到这里面去，从而提高功率密度。
另外，美国北卡罗来纳州立大学，做了美国的DOE的项目，电机要求50kW/L，控制器要求每100kW/L，这个数只有北卡罗来纳大学实现了，在电机中实现了。它的主要表现是超级铜绕组，比铜的电导率要高多了，这个材料把表面的碳纤维绑扎的方式，不是特斯拉内置的，而是表贴的。为什么是表贴的？因为表贴的加上集中绕组才能使电机调速范围更宽。
按照数据来说，Lucid Air当之无愧的世界第一，还有昊铂等企业等。
三、产业链创新支撑电动化技术进步
昊铂广汽做了非晶碳纤维，左边是用的非晶材料，表面用的碳纤维绑扎。
2000年，我为通通用汽车设计电机，2007年通用汽车批量生产，现在小米用的也是发卡式扁线绕组加上转子双轨一线的永磁体，完全一样，没有任何的区别。
所以我称它为“20年的技术”和“百年技术复兴案例”。它是我20年前发明的技术，我是世界第一个发明的，发卡式绕组名也是我给的，全世界没有一个企业不使用这项技术，我感到非常欣慰能为这个行业做了小小的贡献。
另外，永磁电机是稀土永磁是1983年发明的，一定是在此之后的，而这个（案例）是百年以前就有的，这个电机把永磁体拿掉，用绕组的直流电，就需要电刷放上去，下面说电刷不好，因而我就用高频的方法把这个电感应到转子上，在转子上整流变成直流。总而言之需要直流电产生永磁体，我称其为“百年技术复兴的案例”。
对于产业链支撑技术发展，现在整个产业链都在支撑技术发展，关于我们新的技术路线图，这个技术从1.0、2.0、3.0电驱动，我是专家组的组长，现在也有二百多家企业在参加这个研究。基本上搞电驱动的和整车厂都参加了这个研究，分为驱动电机、控制器、电力电子总成系统、电驱动总成系统。现在增设绿色制造，这是新的路线图和过去不同之处。
既然讲材料，刚才讲了非晶，讲到广汽用的非晶，我们和部分的企业人士花了大量的钱做出来的东西，我还是想告诉大家一下，大家可以看铁芯，由于加工方法不同，产生损耗可以差7、8倍。幸运的是，电机冲片仍然是低损耗的方法，可是太薄又不好冲。
举一个例子，我们冲非晶的8万次，通常的做硅的片机充300次，所以我们遇到一些挑战，而且这些加工的方法也不一样。非晶的磁力较低，因而就必须用高速的方法来解决，因此只能增加高转速来解决问题，没有高转速是没法出功率的。
根据我的经验，叠压系数不是越大越好，0.86、0.89、0.92，我们通常希望叠压技术紧点好，但是非晶时期，叠压系数太大的话，反而磁力下降，损耗在高速会差一半左右，叠压系数叠得太紧，损耗反而会增加。我这句话可能值上千万上亿，我个人认为，不信你做研究的时候就会发现了。
究竟成本是多少？降成本怎么办？先朝成本较大的方向进，是否是对的？
我们当时做企业也是这样干的，我们通常说卡别人的脖子，可以卡别人的脖子，千万别卡到自己的脖子，大家可以看到美国的稀土当中用到的永磁占7%，日本占23%，中国占42%。
既然这样要降什么？重稀土是我们要降的，过去用的办法是均匀的往里渗重稀土，把它当成面揉到里面，我们现在把它当花椒面，是均匀地撒在里面，哪里需要花椒面就撒到哪里去。这些方法就需要我们跟永磁体的公司联合起来，告诉他往哪渗，渗完了以后再装入到电机上。
为了减少稀土的使用，因而采用了铁氧体。缺点是正反转不一样，控制的代码会不一样的，优点是大幅减少了稀土22.4%，增加了铁氧体11.6%，铁氧体非常的便宜。
大家注意，在高速运转的时候，8号发卡式绕组损耗是第一号的好多倍，因而大部分的导体造成了槽口的发热电机出问题，是因为顶上涡流损耗太大而产生的。
显然，我们要解决问题，转子要喷油，冷却内层，冷却定子内层，而不是外层。另外解决油品也可以提高效率，大概提高0.7%到1.4%。请大家注意，想把电机控制器效率提高1%，有可能吗？我认为有很大的潜力可做。
值得一提的是超级铜，现在已经可以做到在全温度范围内都比铜的电导率高，甚至高于银的电导率。而且，在各种各样的随着频率的增加，通过变化时交流电阻并没有增加，这是我们很难解决的。所以超级铜有石墨烯铜，还有碳纳米管铜是铜的电导率很多倍。
所以，美国人已经把它做成了样件，他们也做成了发卡式扁线绕组，而且用到的控制器上，可以提高效率0.8，用到电机上可以提高效率0.5左右。所以材料的改变是如此重要。
碳化硅最主要的优点是低载，轻载的时候碳化硅比IGBT的效率高5%到8%，所以这个是乘用车最重要的。乘用车90%都是轻载，满载的时候并不多，因而乘用车有了极大的好处，而我们得出的结果是，如果能用低电压不要用高电压，高电压会使控制器的损耗增加。
所以低电压够了，为什么要用高电压？因为充电没办法，所以才开始做这个东西。
为什么要用烧结？要把铜焊起来需要1000度，怎么办？用锡，锡是200度左右就化了，现在的碳化硅要280度运行，碳化硅没坏，焊锡膏已经化了，这肯定不行。所以我们必须解决这个问题，我们发现纳米烧结的时候，可以使运行的温度在170度到210度之间，而它运行的时候可以在1000度上运行。当然，碳化硅只需要几百度，这就是它的优点。过去全世界采用的都是银烧结，我们把它改成了铜烧结，取得了长足的进步，成本大概是银的几十分之一。
我们认为这是世界上最领先的，到现在为止已经做了产业化的认证。虽然到现在全世界没有用的，但是我们已经在做产业化认证。
哈尔滨理工大学，我的课题组已经在做这样一些验证我们性能的参数。我们的结论是，最低的烧结温度可以到170多度，最低的压力可以是0，可以不用压力。
最后，在发改委的支持下，我们建了一个2.5万平方米的新能源电机和关键材料的实验大楼，我们希望跟更多的企业一起把新能源汽车的电驱动做好。
谢谢大家。
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附：中国汽车三十人智库专家成员（排名不分先后）
付于武 中国汽车工程学会名誉理事长
王秉刚 国家电动乘用车技术创新联盟技术委员会主任
安庆衡 中国汽车工业咨询委员会主任、原北汽集团董事长
左延安 前江淮汽车董事长
赵福全 清华大学汽车产业与技术战略研究院院长
董 扬 中国汽车动力电池产业创新联盟理事长、中国电动车百人会副理事长、中国汽车芯片产业创新战略联盟联席理事长、德载厚资本董事长
沈进军 中国汽车流通协会会长
赵 英 中国社科院工业经济研究所研究员
陈玉东 博世集团董事会中国事务顾问、资深汽车专家
林 雷 大钲资本合伙人、董事总经理
梅松林 汽车行业资深分析师
何 仑 网通社汽车研究院院长
钟 师 资深汽车媒体人
张君毅 奥纬咨询董事合伙人、亚太区汽车与工业品业务负责人
刘小稚 亚仕龙科技有限公司创始人兼CEO
徐向阳 北京航空航天大学教授、国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任
蔡 蔚 教育部汽车电子驱动控制与系统集成工程研究中心首席科学家、哈尔滨理工大学头雁教授、精进电动创始人
吴松泉 中国汽车技术研究中心资深首席专家
施雪松 腾讯车联副总裁、南京隼眼电子科技有限公司CEO
顾剑民 法雷奥集团中国区CTO
崔东树 全国乘用车市场信息联席会秘书长
郑 赟 罗兰贝格管理咨询公司全球高级合伙人
杨殿阁 清华大学学科办主任、车辆与运载学院首任院长
徐大全 博世（中国）投资有限公司总裁
朱西产 同济大学汽车学院教授、博士生导师、汽车安全技术研究所所长
原诚寅 国家新能源汽车技术创新中心总经理、中国汽车芯片产业创新联盟秘书长
金伟华 华登国际风险投资合伙人
余 宁 众擎资本管理合伙人
