由天津市人民政府、中國汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國汽車工程學(xué)會(huì)、中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國汽車報(bào)社共同主辦，天津市工業(yè)和信息化局、天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、德國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合協(xié)辦的第十九屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))國際論壇(以下簡稱“泰達(dá)汽車論壇”)于2023年9月1-3日在天津市濱海新區(qū)召開。本屆論壇以“高質(zhì)量·新未來”為年度主題，邀請(qǐng)重磅嘉賓展開深入研討。

  在9月3日“電動(dòng)化論壇二：提升新能源汽車產(chǎn)業(yè)競爭力的思考與實(shí)踐”中，哈爾濱理工大學(xué)博導(dǎo)教授，俄羅斯工程院外籍院士，精進(jìn)電動(dòng)創(chuàng)始人蔡蔚發(fā)表了題為“電驅(qū)動(dòng)前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”的演講。

  哈爾濱理工大學(xué)博導(dǎo)教授、俄羅斯工程院外籍院士、精進(jìn)電動(dòng)創(chuàng)始人 蔡蔚

  以下為演講實(shí)錄：

  各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓：

  大家好!

  今天是命題作文，電驅(qū)動(dòng)前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，講講幾個(gè)主要發(fā)展方向和大家做了什么，也講講我們國家一些不足的地方。

  先講一下“雙碳”戰(zhàn)略下的電能清潔和汽車電動(dòng)化，這個(gè)圖是我們國家規(guī)劃的新能源汽車，我們國家的發(fā)電，左側(cè)這兩個(gè)圖一個(gè)是占有率的百分比，另外一個(gè)是實(shí)際的數(shù)據(jù)。是我們國家未來40年當(dāng)中發(fā)電的規(guī)劃，怎么規(guī)劃，未來40年過程中我們國家的發(fā)電裝機(jī)量將增加4倍，由現(xiàn)在的20億kW變成80億kW，我們的發(fā)電量右邊這個(gè)數(shù)大概是增加2倍。為什么裝機(jī)量增加4倍，發(fā)電量增加2倍，最主要的原因是新能源發(fā)電，光伏和太陽能未來是主力，他們不是24小時(shí)都能發(fā)電，所以裝機(jī)量的增加和發(fā)電量的增加不太一樣。

  第二個(gè)，水電和核電將緩慢增長，40年當(dāng)中翻一番，到2060年的3/4的裝機(jī)量是風(fēng)電和光電。這個(gè)時(shí)候發(fā)電量有60%來自于風(fēng)和光。整個(gè)熱力發(fā)電將低于10%，煤電將低于10%。為什么講這個(gè)，因?yàn)槎趸嫉呐欧鸥檬裁窗l(fā)電有直接的關(guān)系。

  這兩個(gè)部分的情況我們基本上可以看到6.31L/100km的A級(jí)燃油車和電耗14kWh/100km A級(jí)電動(dòng)車進(jìn)行比較，我們得的結(jié)果油車從油井到油箱這段大概是0.126噸，每開1萬公里，車輛運(yùn)行排放1.5噸，加起來1.626噸。同樣的道理從煤井到電站然后到電池，大概是不到1噸二氧化碳的排放，車輛運(yùn)行電動(dòng)車是不排放二氧化碳，加在一起是0.91左右。因而得的結(jié)論是這兩個(gè)車進(jìn)行比較，如果按照2021年煤發(fā)電占67%計(jì)算，一輛電車將減少44%二氧化碳排放。

  按照同樣的計(jì)算總結(jié)一下，假設(shè)2021年是67%的熱力發(fā)電，假設(shè)2021年全都是煤發(fā)電，按照剛才同樣的計(jì)算方法得出的結(jié)論，即使100%用煤電，這輛電動(dòng)車也比油車減少二氧化碳排放將近12%，這就回答了很多行業(yè)的人士懷疑新能源汽車是否減少二氧化碳的問題。

  A級(jí)車和B級(jí)車春夏秋冬加起來最多大概是耗30度電，一般情況是15度電左右，我們就看看30度電的耗電量排放多少有毒氣體和PM2.5相關(guān)微顆粒。上邊這個(gè)圖我們國家每發(fā)1度電排放多少有毒氣體和PM2.5的相關(guān)微顆粒，2016年的時(shí)候大概是1度電排放1g，這個(gè)是2016年統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

  我們現(xiàn)在實(shí)行的是國六排放標(biāo)準(zhǔn)，按照國六b的排放要求我們要求是每1公里排放0.665g有毒氣體和PM2.5的相關(guān)微顆粒，按照這樣計(jì)算我們到2015年的時(shí)候即使耗30度電的電動(dòng)車也比國六標(biāo)準(zhǔn)少排放一半。如果是耗15度電大概還不到1/3，即使我們100%用煤電電動(dòng)車也比現(xiàn)在的油車減少二氧化碳的排放，也減少有毒氣體和PM2.5的相關(guān)微顆粒的排放。因而，國家大政方針就是能源清潔化，也就是綠色發(fā)電和汽車的電動(dòng)化。

  我們的混合動(dòng)力或者節(jié)能汽車目前沒有達(dá)標(biāo)，數(shù)量沒有達(dá)標(biāo)，我們?nèi)ツ曛挥?.3%，按照規(guī)劃我們到2025年的時(shí)候要有40%。

  第二個(gè)，我們?nèi)剂想娷嚻囘^去5年來統(tǒng)計(jì)最多是2022年3000多輛，燃料電池汽車還有很大的空間需要努力，否則我們沒法完成100萬輛的任務(wù)。

  零碳燃料零碳發(fā)動(dòng)機(jī)，我的建議是未來我們只研究適合混合動(dòng)力的零碳燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，不要研究純零碳燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)榛旌蟿?dòng)力一定節(jié)省燃料，應(yīng)該做的是有用的事情。

  究竟應(yīng)該是氫燃料還是氨呢，還是甲醇呢?這里面我們會(huì)簡單的提一下，氫燃料是直接通過電解水來的，只要我們用綠電得出氫就是綠氫，換句話說是用光和太陽能風(fēng)電制造出來的氫就是綠氫。而氫要變氨是由氫來做，氫加上空氣中的氮?dú)庑纬闪税?，而氫加上空氣中的二氧化碳形成了甲醇，所以它們兩個(gè)是另一種原料。

  我們可以看氫燃燒不產(chǎn)生二氧化碳，但是甲醇的燃燒產(chǎn)生二氧化碳，并且制造甲醇也用二氧化碳，因而它的全生命周期可能是一個(gè)零碳的燃料。氨也是這樣，但是我們重點(diǎn)看氫，氫的沸點(diǎn)是零下252度，也就是說氫基本上沒法以液體的形式存在。氫用氣體的方式存在，這樣一來小的空間要多放氫，就需要罐的壓力，不管是運(yùn)輸還是放在儲(chǔ)氫罐壓力都要達(dá)到70～100MPa，這是一個(gè)很大的數(shù)，需要很大的努力。還有密封容易爆炸的問題，因?yàn)闅涞臍饣a(chǎn)生的能量是很大的，一旦發(fā)生泄漏爆炸，這是很危險(xiǎn)的一件事。

  因而，這些問題都要解決后，我們才能直接用氫做發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，否則我們最好還是做成液體燃料，既方便運(yùn)輸也容易做，當(dāng)然這些問題都解決了之后，我們直接用氫是最省的。

  新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一些創(chuàng)新的產(chǎn)品，左邊這個(gè)是集中驅(qū)動(dòng)，關(guān)鍵的問題是我們有一個(gè)差速器的東西可以把左右輪進(jìn)行分配解決轉(zhuǎn)向等一系列的問題。右邊是分動(dòng)驅(qū)動(dòng)，輪邊或者輪轂電機(jī)，按照這個(gè)定義，我們得出的結(jié)論右邊這個(gè)需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行很好的控制才能達(dá)到差速器要做的事兒，不這樣做就掉到溝里，這是一個(gè)很大的問題。

  無論是集中驅(qū)動(dòng)還是分布驅(qū)動(dòng)，一個(gè)非常重要的問題都是需要電機(jī)系統(tǒng)小，電機(jī)系統(tǒng)要想做小現(xiàn)在有兩個(gè)辦法，第一個(gè)辦法是把電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高就需要一個(gè)車輪，需要減速器或者是一個(gè)變速器，這樣一來就需要齒輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)。如果想把轉(zhuǎn)速提高還需要增加開關(guān)頻率，現(xiàn)在的開關(guān)頻率不夠那么高，將來隨著高速發(fā)展開關(guān)頻率需要第三代寬基帶功率半導(dǎo)體碳化硅大概是現(xiàn)在開關(guān)頻率的5～10倍，這就解釋了對(duì)減速器、變速器的要求，和我們對(duì)第三代寬基代功率半導(dǎo)體的需求。

  總而言之電機(jī)的尺寸要想下降必須把轉(zhuǎn)距降下來，而功率又不能下降，因?yàn)楣β实扔谵D(zhuǎn)距×轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)距下降只有提高轉(zhuǎn)速才能保證功率不變，這是電機(jī)開發(fā)的一個(gè)主線。

  我們剛才講了分布驅(qū)動(dòng)的問題，機(jī)、電、熱的問題要得到很好的解決，現(xiàn)在全世界沒有大批量的生產(chǎn)。另外一個(gè)問題是簧上質(zhì)量下移造成操控性問題，這個(gè)要解決一系列的問題是降重，車轱轆降重。有人做了測(cè)試認(rèn)為簧下質(zhì)量每增加1公斤等于簧上質(zhì)量增加3～5公斤，如果一個(gè)車轱轆增加30公斤，4個(gè)車轱轆120公斤，相當(dāng)于簧上增加360公斤，而簧上整個(gè)車的質(zhì)量要增加的話就等于操控性要下降，就等于能耗要增加，因?yàn)檐嚨馁|(zhì)量每增加10%，車的能耗將增加6%～8%。

  我們國家在“十四五”的重點(diǎn)專項(xiàng)正在申報(bào)過程中，這個(gè)輪轂電機(jī)專項(xiàng)，不僅僅只研究電機(jī)，還要研究電機(jī)控制器、加速器、制動(dòng)器和輪轂軸承，從而使整個(gè)的車輪降重，只有這樣才能量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

  另外一個(gè)問題我們的電驅(qū)動(dòng)未來朝什么方向發(fā)展，橫坐標(biāo)是功率的提升，縱坐標(biāo)是電壓的提升，大家可以看到功率越大通常對(duì)電壓的需求有一定的增加，電機(jī)基本上在小功率低電壓的情況下仍然用傳統(tǒng)的圓股線、硅基IGBT和水冷方式。如果變成大功率和高性能的車，我們就需要改成發(fā)卡式扁線和碳化硅、油冷等等。

  另外一輛車有多少電機(jī)呢?一般來說我們純電動(dòng)汽車按照過去3年的平均數(shù)來說基本上純電車一輛車有1.1臺(tái)電機(jī)，平均起來一輛車就1臺(tái)電機(jī)。如果是混合動(dòng)力，至少在過去的3年當(dāng)中，由平均每臺(tái)車1.52臺(tái)變成2022年2.06臺(tái)，也就是說每臺(tái)車當(dāng)中超過了2臺(tái)電機(jī)。我們按照平均數(shù)計(jì)算大概每輛車1.32臺(tái)電機(jī)，我們就得出這樣的一個(gè)結(jié)論，到2022年的時(shí)候大概是688萬輛汽車900萬臺(tái)電機(jī)系統(tǒng)。

  過去從2016年中國的IGBT 100%的依賴進(jìn)口到2022年已經(jīng)做到了51%靠自主，但是我們的碳化硅的功率芯片和控制芯片只占5%左右，所以我們還有很大的努力空間。

  我們看全世界的發(fā)展，重點(diǎn)看我們國家的，我們國家有兩個(gè)樣件，功率密度已經(jīng)做到了在高電壓下達(dá)到了每公斤12kW，美國已經(jīng)達(dá)到了將近16kW，因而在高端產(chǎn)品層面我們離國外還有差距。他們解決兩個(gè)問題，一個(gè)是從永磁體方面，他們既采用了燒結(jié)也采用了粘接，從而把整個(gè)的空間利用上。因此得出的結(jié)論他們作為整個(gè)電驅(qū)動(dòng)總成可以每公斤出6.76kW，我們國內(nèi)最好是2.4kW，所以我們并不是世界上的領(lǐng)先，我們可以說我們比較先進(jìn)，但是我們不是領(lǐng)先。

  全產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展的問題，大家都熟悉扁線繞組Hair-pin，。按照這個(gè)來理解我們首先看到有4層到8層的，逐步提高是為了減少渦流損耗。我在這里只計(jì)算了4層，我們得出的結(jié)論是越靠槽口的地方損耗越大。右下角這個(gè)圖我們把四個(gè)導(dǎo)體給大家看了一下，隨著頻率的升高或者轉(zhuǎn)速的升高會(huì)看到損耗是不一樣的，這樣一來就造成了四個(gè)導(dǎo)體發(fā)熱不一樣，就要產(chǎn)生熱的問題，所以我們解決的另外一個(gè)問題是采用這樣的結(jié)構(gòu)導(dǎo)體是變的，四根頂一根，兩根頂一根，下一代的發(fā)展是這樣的電機(jī)。

  尤其要解決本田雅閣這個(gè)，大家都看起來像一個(gè)藝術(shù)品，但是它把渦流損耗變成了環(huán)流損耗，也是錯(cuò)的，我是從科學(xué)的角度來講，從技術(shù)的角度來說，這種方法是不好的，應(yīng)該是用其他的方法解決這個(gè)問題。

  制造的問題，怎么使端部變短，這邊有一個(gè)伸出端焊接當(dāng)然更可靠，現(xiàn)在有人說不把伸出端砍掉直接從下面焊接，這樣一來就給焊接增加了很大的麻煩，這上面四個(gè)定義我認(rèn)為是誤定義，時(shí)間關(guān)系我在這里不詳細(xì)解釋了。

  我們?cè)谛袠I(yè)當(dāng)中有很多錯(cuò)誤的東西，需要認(rèn)真更新解決。另外一個(gè)是不含稀土的材料，因?yàn)樘厮估f它要做永磁電機(jī)不含稀土，所以造成了稀土產(chǎn)業(yè)當(dāng)前下滑8%市場(chǎng)，又說要減少碳化硅的使用，又造成了很多硅片產(chǎn)業(yè)當(dāng)天下降了10%的市值。這一系列的事件原因有兩個(gè)，因?yàn)樗f不含稀土的永磁材料基本上有兩個(gè)，鐵氧體和氮化鐵，鐵氧體已經(jīng)用了很多年沒有什么問題，但是磁能機(jī)比較小。氮化鐵磁能機(jī)很高，但是到今天還不成熟，我請(qǐng)教過很多材料的專家他們認(rèn)為短時(shí)間內(nèi)不可能量產(chǎn)。少重稀土主要是碲鎘，有資源的問題，因?yàn)槲覀円獪p少使用，而且價(jià)格也貴。我們采用的方法原來把它融到整個(gè)的磁體中，現(xiàn)在是哪里需要放到哪里去，要求制造和材料的企業(yè)合作起來運(yùn)行。

  氮化鐵的問題，氮化鐵是美國做出來的，我們可以看到氮化鐵的確可以和雪佛來基礎(chǔ)的電機(jī)性能差不多，它主要是需要穩(wěn)定解決材料的問題，如果取得突破的話是可能用的，但是到現(xiàn)在為止沒有看出突破的跡象。

  根本沒有永磁體、永力磁，大家知道充電電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)跟永磁體是一回事，采用這種方法來解決，包括寶馬、奧迪用的，需要電刷，這樣是有接觸的傳遞，在高速的時(shí)候會(huì)有一些問題，但是寶馬說它基本上解決了。

  另外一個(gè)是馬勒，馬勒采用的方法轉(zhuǎn)子不一樣，跟無線充電是一個(gè)道理，先把交流電充過去，然后在轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行整流，畫的原理圖是這樣的。

  總而言之，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、永磁電機(jī)仍然是主流，稀土永磁還是主流，但是油冷和扁線是發(fā)展的趨勢(shì)。功率控制器IGBT是主流，碳化硅是未來發(fā)展的趨勢(shì)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減速器是主流，但是變速器和繞組重構(gòu)都成為未來的選擇方向。三合一是主流，多合一是趨勢(shì)，但一定要注意售后的問題。系統(tǒng)的電壓問題，280～400V是主流，800V是趨勢(shì)，實(shí)際上在“十三五”的時(shí)候比亞迪提出了1500V，當(dāng)時(shí)我是專家組的組長我沒有同意。冷卻系統(tǒng)，間接冷卻是主流，水冷、直接冷卻是趨勢(shì)。

  我們必須要打造全球競爭力，不能只跟國內(nèi)競爭，我們具有了全球競爭力，給全球主要的客戶供貨才是中國的競爭力。

  最后介紹一下我們最近在發(fā)改委的支持下建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，將成為我們國家高校當(dāng)中在電機(jī)領(lǐng)域和材料領(lǐng)域當(dāng)中最好的實(shí)驗(yàn)室，不是之一，我希望是NO.1。

  謝謝大家!