中國中車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所首席專家 郭淑英

陳主任，丁院士,，各位專家,，大家好！

我匯報的題目是“聚焦電力電子,，突破電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)核心技術(shù)”。我的報告分三個部分,，首先簡單介紹一下電動汽車對我們電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)有那些需求,。我們都知道電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是把電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵部件，它的性能直接決定了我們整車的性能,，所以說它跟電池,、電控一樣是支撐我們電動汽車技術(shù)體系的三項關(guān)鍵共性技術(shù)之一。

整體對我們電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)提出的要求,，首先,，高性能，效率要高,，高功率轉(zhuǎn)矩密度,，良好的性能確實是能夠保證車輛的動力性和操控性，同時增加車輛續(xù)駛里程,。從可靠性,、安全性方面，直接影響到車輛的可用性和用戶的接受程度。低成本,，現(xiàn)在提的非常高的一個指標(biāo),，直接影響到我們汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和我們客戶購買率。這是整車對我們電力系統(tǒng)提出的要求,。

目前我們國內(nèi)的電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的現(xiàn)狀,，從整車來說，我們?nèi)ツ甑漠a(chǎn)銷量分別是50多萬輛,，排名世界第一,，到2020年我們總的產(chǎn)量將會達(dá)到200萬輛，我們國產(chǎn)的車輛主要還是與我們國產(chǎn)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)配套的,，這點也是值得我們這行驕傲的,。但是我們都知道，電機(jī)控制器里頭所用的關(guān)鍵核心部件IGBT,，還有一些軸承,，這些部件大部分還是有賴于進(jìn)口。

第二部分,，談一下國內(nèi)外電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,。總的來說,，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是向著高效率,、高轉(zhuǎn)矩、高功率密度以及高集成度這個方向發(fā)展的,，整個階段經(jīng)歷了從分離式,、到集成式到現(xiàn)在的機(jī)電一體化和高度集成的發(fā)展?；谶@個要求,，對我們電機(jī)控制器和電機(jī)方面的材料、器件和我們的熱管理,、控制技術(shù)都提出了更高的要求,。從控制器來看我們的發(fā)展分這么幾個階段，第一個是傳統(tǒng)模塊,，第二個階段是汽車級模塊,，第三四個階段基本上過渡到定制化的模塊，還有多功能單元集成化,、機(jī)電集成這么一個階段,，我們下一階段就開展一些新材料、深度集成方向發(fā)展的,。國內(nèi)來看我們的產(chǎn)品四個階段都有,，但是新的階段我們正在開發(fā),。從國外來看，國際上第一階段現(xiàn)在已經(jīng)拋棄了,，多半處在二,、三、四階段和下一階段的研發(fā)當(dāng)中,。

IGBT器件的發(fā)展趨勢,，從鍵合方式和引線發(fā)展來看，國際公司采用定制封裝汽車級IGBT,，我們國內(nèi)采用標(biāo)準(zhǔn)封裝IGBT,。

談到器件，談到下一階段的新型器件,，目前以硅基為基礎(chǔ)的IGBT器件,，它的耐壓頻率等等已經(jīng)發(fā)展到一定程度、受到一定限制,，所以新型的材料,，像碳化硅、氮化鎵新型材料的器件就應(yīng)運(yùn)而生,，相對于硅基材料來說碳化硅有什么好處,，工作電壓是比較高的，大概20kv,，更高工作溫度和抗輻射能力,，更高工作頻率，提高能量變換效率,，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的高溫,、高效和高速運(yùn)行。

目前碳化硅的半導(dǎo)體器件國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀可以看,，國內(nèi)碳化硅基礎(chǔ)已經(jīng)起步,，像我們中車株洲所、電工所等等都已經(jīng)開始做研究,，國家也設(shè)了一些課題。目前可以看,，芯片模塊來看,，國內(nèi)像科銳、羅姆都有相應(yīng)的產(chǎn)品,，采用碳化硅的電機(jī)控制器,，豐田和三菱已經(jīng)到了路試階段，我們國內(nèi)目前還是小批量的樣機(jī)產(chǎn)品,，還出于這種研發(fā)階段,，這就是主要的產(chǎn)品。

電機(jī)的發(fā)展，也是經(jīng)歷了這么一些階段,，從最初的采用異步風(fēng)冷,、永磁水冷，到現(xiàn)在各種導(dǎo)體形式,，包括油冷的,、矩形導(dǎo)體，還有異步,、鑄銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的,，這些技術(shù)都在進(jìn)步，目前還是朝著永磁化,、高速化,、集成化方向發(fā)展，現(xiàn)在電機(jī)和減速箱的集成,，電機(jī)和控制器包括三合一這種方式,，還有分散式驅(qū)動的輪轂電機(jī)還有輪邊電機(jī)，都在研發(fā)當(dāng)中,。

車用電機(jī)方面,，實際上剛才講到新型器件的誕生，碳化硅器件,，它的頻率高了,，實際上對電機(jī)來說也提出了一個新的要求，你這個高頻情況下?lián)p耗,，如何適應(yīng)這種高頻下的工作狀況,，對我們電機(jī)的材料，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計,，一些控制算法也提出了新的要求,，現(xiàn)在新材料、新結(jié)構(gòu),、新技術(shù)都在同步進(jìn)行,。

我們看一看國內(nèi)外的對比，應(yīng)該說國產(chǎn)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),、電機(jī)基本驅(qū)動性能是跟國外的相差不太大,，基本技術(shù)性能可以滿足我們的生產(chǎn)要求，但是在一些防護(hù)技術(shù),，噪聲振動,，電磁兼容，可靠性,、耐久性方面,，我們產(chǎn)品的程度還是有些參差不齊,，跟整車的需求還有一定的距離，所以我們科技部重大專項,，高效輕量化,、高性價比的電機(jī)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化這個課題已經(jīng)設(shè)立，是由我們精進(jìn)電動擔(dān)任這個課題的項目牽頭單位,。

下面的表格可以看,，通過指南的要求到2020年完成，基本上跟國際先進(jìn)水平不會有大的差別,。

后面跟各位報告一下目前我們中車株洲所做的一些工作,。我們中車株洲所是中車的一級子公司，1959年成立,，去年產(chǎn)值是310億,，其中汽車板塊產(chǎn)值達(dá)到了100億。我們2010年開始,，通過把軌道交通核心技術(shù)向電動汽車領(lǐng)域進(jìn)行拓展,，目前已經(jīng)形成了從器件到模塊，到總成以及到電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),，包括昨天我們看到新能源整車,，我們是這么一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

我們中車株洲所下屬的三個業(yè)務(wù)單元來從事跟電動汽車相關(guān)的一些業(yè)務(wù),，比如說中車時代電動,，是商用車整車動力車系統(tǒng)，還有功率半導(dǎo)體器件及乘用車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),，還有電機(jī)制造,，這是我們?nèi)齻€業(yè)務(wù)單元從事這些工作。

我們整個系統(tǒng)發(fā)展也是從2010年開始承擔(dān)863項目,，到小批量的制作,、生產(chǎn)到“十城千輛”，一直到完成幾代產(chǎn)品的開發(fā),，目前我們驅(qū)動系統(tǒng)的產(chǎn)品可以說形成了兩類平臺,，一個是乘用車的，像這個乘用車DM11在外面可以看到,，乘用車三合一電機(jī)控制器已經(jīng)實現(xiàn)了SOP,，我們TP5商用車，昨天發(fā)布的八合一高度集成的控制器已經(jīng)批量生產(chǎn),。從控制器的產(chǎn)業(yè)化能力來說,，我們現(xiàn)在有兩條專業(yè)化生產(chǎn)線,，一條是商用車,，一條是乘用車,，年產(chǎn)可以達(dá)到10萬臺，我們目前正在建設(shè)一個50萬臺電機(jī)控制器的制造基地,，這是下邊我們廠房內(nèi)部的圖片,。

我們電機(jī)方面，株洲電機(jī)中試基地還有襄陽制造基地,，襄陽目前的規(guī)劃和產(chǎn)能達(dá)到每年20萬臺,。總的來說,，我們在驅(qū)動系統(tǒng)方面還形成了部件級,、總成級、系統(tǒng)級的完善實驗體系,，我們這個實驗室通過了國家認(rèn)定為CNAS的認(rèn)可,，成為新能源汽車領(lǐng)域?qū)I(yè)試驗檢測基地，能力都還是完全具備的,。

我們的技術(shù)路線,，一種是基于通用IGBT模塊技術(shù)路線開發(fā)，一種是基于定制IGBT芯片高級程度的技術(shù)路線,，這兩種技術(shù)路線的控制平臺都是統(tǒng)一的,。

我們IGBT的模塊控制器，開發(fā)了基于定制標(biāo)準(zhǔn)的功率等級,，從55千瓦到140千瓦,，目前功率密度可以達(dá)到20千瓦/升。另外一種基于定制芯片的控制器,，目前我們功率密度可以高27千瓦/升,，這個是采用雙面水冷、雙電機(jī)控制器,，這個產(chǎn)品外邊也有,，可以看得到的。

這是乘用車系列的一些電機(jī),，現(xiàn)在都處于在B樣和A樣的階段,。我們還和國外一家公司合作開發(fā)了一款一體化集成的系統(tǒng)，這個就是把控制器,、變速箱,、電機(jī)整個集成在一塊，這是具體的技術(shù)參數(shù),，將來這種集成式的我們認(rèn)為是發(fā)展方向之一,，還可以減少一些線束、管線等問題,。

這里重點講一下我們的TP5系統(tǒng),，昨天發(fā)布會我們也看到了,，外邊有這個產(chǎn)品。這個產(chǎn)品目前是能夠適用于純電,、增程插電,、無軌電車、燃料電池等產(chǎn)品,，覆蓋的車輛從6米—18米,，目前來說是一種高性能、高性價比商用車系統(tǒng)的綜合解決方案,，這個產(chǎn)品從TP1一直到TP5的發(fā)展,，從最早的異步永磁共存分離式，到現(xiàn)在永磁為主,，包括控制的集成,，加上網(wǎng)聯(lián)化、智能化這個產(chǎn)品,，應(yīng)該是現(xiàn)在我們推向市場的一個主打產(chǎn)品,。具體的八合一都有那些呢？雙電機(jī)控制器,、雙DC/AC,、DC/DC電源、整車控制,、絕緣檢測,、高壓配電，這八項功能都集成在一塊了,，控制板也是集成的,，控制算法包括一些散熱，統(tǒng)一處理,，應(yīng)該說做的我們自己還是非常滿意的,。這個產(chǎn)品的一些具體指標(biāo)，相對于TP4來說,，我們的體積重量大幅下降,，成本也下降了20%，目前這個產(chǎn)品下半年大概有幾十萬臺的訂單,。商用車的電機(jī),，有高速電機(jī)，包括無軌電車的電機(jī),，前面跟它配套的,。

下邊我再給大家匯報一下我們的核心部件IGBT這方面的研發(fā)情況。從產(chǎn)業(yè)化能力來看，我們從業(yè)務(wù)領(lǐng)域,，我們是覆蓋了從IGBT,、IGCT、碳化硅,、功率組建、晶體管等領(lǐng)域,，產(chǎn)品布局來看我們有4英寸,、6英寸、8英寸的生產(chǎn)線,，我們有林肯研發(fā)基地包括這里的研發(fā)中心,，還有具備這些重點實驗室、理事長單位的資質(zhì),。我們現(xiàn)在從事半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的員工有1100多人,，其中技術(shù)人員有400多人，境外員工有330多人,。

我們電力電子是這樣一個簡單的歷程,，從這個發(fā)展歷程可以看，從1964年開始,，我們自己開始研發(fā)大功率的半導(dǎo)體器件,，一直到2008年并購了Dynex公司以后我們進(jìn)入了IGBT領(lǐng)域，這是幾個重要的里程碑階段,，我們開始IGBT進(jìn)入地鐵和機(jī)車的市場,。到2014年我們自主研發(fā)了IGBT的芯片與模塊，已經(jīng)批量應(yīng)用我們的軌道交通,。目前為止我們的IGBT產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋了從650V到6500V全電壓系列的范圍,，實現(xiàn)了出口。

現(xiàn)在到2017年,，我們已經(jīng)實現(xiàn)了從工業(yè)級到定制化汽車級封裝技術(shù)的突破,，具備了汽車IGBT模塊的設(shè)計封裝測試的完整體系。芯片的性能,，通過對比我們看,，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并且根據(jù)市場的需求提供一些定制化的新品產(chǎn)品,。

還形成了我們碳化硅器件的完整技術(shù)開發(fā)平臺,，具備了碳化硅SBD和MOSFET等器件的研發(fā)制造能力，目前我們也牽頭執(zhí)行國家的重點研發(fā)計劃,、寬禁帶半導(dǎo)體電機(jī)控制器開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的課題,。

這里還介紹幾種芯片產(chǎn)品，我們的這個產(chǎn)品開發(fā)出來是三款汽車級的芯片產(chǎn)品,，分別是750V/200A,、1200V/200A,、750V/300A。從模塊來說,，我們從第一代標(biāo)準(zhǔn)封裝模塊到第二代標(biāo)準(zhǔn)封裝模塊,，到目前我們采用平面封裝的模塊，有這么幾種規(guī)格,。

最后談一點我們未來的規(guī)劃和展望,。我們采用的技術(shù)策略應(yīng)該是從芯片到模塊、到組件,、到控制器,、電機(jī)系統(tǒng)集成這樣集成推進(jìn)的技術(shù)策略。目前有這么一個技術(shù),，最近幾年“十三五”期間我們將實現(xiàn)雙面冷卻IGBT產(chǎn)品和車用碳化硅產(chǎn)品的批量應(yīng)用,，這句話說起來，路程還很長,，我們的工作都再繼續(xù),。推動電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)“中國芯”的技術(shù)進(jìn)步。

總的,，基于我們自身電力電子和電動技術(shù)方面的技術(shù)能力,，做大、做強(qiáng)我們電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),，打造性價比優(yōu)異的新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),，為這個行業(yè)做出我們一個國有企業(yè)應(yīng)該有的貢獻(xiàn)。

我的報告就到這里,。謝謝,！

（根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審閱）