联合电子程捷：高效率电桥系统解决方案

2020年12月3-4日，由盖世汽车主办，上海市嘉定区经济委员会特别支持的“2020中国汽车动力总成电气化国际峰会”在上海汽车城瑞立隆重召开。峰会期间，联合汽车电子电离驱动业务部产品管理总监程捷先生发表了精彩讲话。

联合汽车电子电离驱动业务部产品管理总监程捷先生

以下为演讲实录：

非常高兴来到这个会场，与这么多的同行交流，刚才华为的彭总做了一个很好的总结，我也非常高兴地看到我们不断有新的做电驱动系统的参与者一起进来把这个市场做大。

今天我讲的题目重点是效率。我们联合汽车电子（以下简称为“联电”）做电桥已经做了好多年了，近几年来我们在效率这个题目上的思考和总结，可能不像彭总说的这么宏大，我是就效率这个点上有一些总结，希望带到这里跟各位专家探讨一下。

说到效率，我们理解的主机厂在提出电桥这一开发需求时，它们有几个考虑的点，最高车速、加速性、爬坡程度和续航里程。这个地方我们就要提到效率跟续航里程，也就是成本最密切相关的。当然还有其他的因素，比如说峰值效率、工况效率、高效区面积等等，但是最终成本换算到电桥的技术指标上面其实就是效率，所以这是今天我的演讲题目中为什么把效率放到这么高的地位来讨论的出发点，因为它其实就是成本。这也是目前我理解的新能源汽车，主机厂最关注的问题，因为到现在为止整个行业都没有赚钱，不管是主机厂还是我们供应商都没有。所以我们要一起把这个成本做下来，帮助主机厂赚钱，从而实现大家一起赚钱。所以今天我们的题目定的是效率。

说到效率，其实可能有点虚，所以说我们举一个非常具体的例子。过去几年，联电分析了市场上一些主流电桥的样品，举其中一个样品的例子我们一起来看一下效率是怎么影响到成本。

大家可以看到，屏幕上的这张图是我们测试的一个市场中主流的电桥样品的效率，右边这张图是我们将这个样品与联电样品做了一个效率的偏差，我们在大于80%的效率范围和常温续航里程和低温续航里程上表现更优。你可以直观地感受到这个效率的偏差可能会在常温上带来15公里的续航里程差异，而在低温的时候两者差异还会进一步扩大。

我们做一些简单的数学运算，如果续航里程在常温下假设提升了3.2%的话，我们把它换算到电池成本的节约就是1,484块钱；如果用低温更大的差异来换算的话，甚至会节约2,100块钱。也就是说选一个效率高一点的电桥和效率一般的电桥，可能在主机厂的电池用量上会有1,500-2,100块钱的成本差距。

然后，我们专注到低温的性能上，这个可能是过去业界在讨论效率的时候没有特别关注到的一个点。刚刚我们说到，这个效率在常温和低温下会有差异，这种差异可能会导致差距进一步拉大，这个地方我想强调的就是效率的提升会实实在在带来电池成本的节约。这个是主机厂最看重的一点，也是我们开发电桥产品最重要的出发点。

回到我们三合一电桥的三个零部件加电桥系统，今天我们讨论电桥系统解决方案的时候首先还是要看到我们在三个零部件上分别能做什么样的工作？接下来再看在整个电桥系统上还有哪些可以进一步优化？所以我们接下来将围绕这四个点来展开讨论。

首先，我们看到的是控制器的优化。实际上我们展示的这个图片是我们联电自己在太仓厂自行封装的模块，这个是示意图。这个模块跟我们在市面上看到主流的模块有非常大的差异，黑色三块像塑料一样的东西我们叫它转膜封装，现在市场上大家能买到的主流产品都是所谓的引线框架结构，里面是灌胶的。所以说可以看到我们这个模块的特点，就是它最重要，它更强的散热性能和更低的寄生电阻，这两点都会是这个模块的效率贡献使得控制器的效率大幅提高，也就是我这个题目上面写的。实际上控制器的效率有70%由模块的效率来决定。

这边也可以举一个比较形象的例子，好比200kW比较重的SUV用的电桥产品，它在模块上的散热有可能会有6kW，也就是说这个模块工作的时候就是这么大的模块，它就像一个电磁炉一样会发出6kW的热量，而这些热量是完全被消耗掉的，所以模块的效率提升对整个系统的效率提升是非常重要的，这个也是为什么我们联电在做电桥、控制器、电机之外在模块上面也有投入的原因。

我们详细来看一下这个模块跟市场上主流的产品好在哪？或者说它为什么能够达到这么好的性能，这边列了两个图，左边这张图的红线就是我们这个模块采用的工艺，可以看到这个左上角的图片里面一些亮晶晶的铜板。我们在功率器件上面并没有采用市场上常用绑定线工艺，我们两面都是用铜片把这个产品的功率连接出去，这样我们在静态损耗上就比市场上常见的这种采用铝线绑定的要降低18%，所以说静态损耗的降低这是一个方面。

右边这张图说的是除了静态的损耗大家还要关注到瞬态的热阻。在模块出峰值功率10s、20s的时间，由于我们采用了非常大的铜片，能够快速把热带走，比如说我们加速的头0.1-1s的时候可以实现瞬态热阻降低33%，进而让我们的模块与市面上同类产品相比寄生电阻低90%。这也就奠定了我们整个电桥效率的基础。

下面我们再来看电机。我们其实是业内较早推动扁线电机方案的企业，与市面上普通的绕线电机相比，我们有两端激光焊接的工艺。对比最重要的槽满率指标，我们可以达到73%，而绕线电机仅有48%。在生产工艺上，联电较为看重生产稳定性，所以我们不光要去看它的设计还要看这样的电机在生产工艺上会不会有助于我们大批量生产。

大家可以非常直观地对比上下两张图片，绕线的电机实际上很难实现大批量稳定的生产，而下面这种我们可以用激光焊接工艺，可以用很多自动的工序来保证焊接质量，这一点对长期需要大批量生产来说非常重要。基于这一点，我们在电机效率上面从95%提高到97%，并且高效区间也有提高，从而在整体上可以做到三个点的提高。因此，采用扁线电机是联电在电桥设计中非常重要的技术选择。

第三块就是减速器。我们跟业界主流的减速器厂都有合作，所以左边这张图展示地就是采用不同的速比效率也会有区别。速比首先是我们跟主机厂要去探讨的，因为这会受到不同因素的影响，比如说车速、扭矩，所以我们需要在速比上找到一个合适的组合。

右边展示的刚才彭总也提到了，就是所谓的Ai多目标的优化，实际上我们也有在做。关于减速器，可能大家会理解这是一个纯机械件，但是这个纯机械键里面有非常多的考虑。举个例子，像NVH这种东西说实在的可以理解为一种玄学，但这同样需要严肃考虑，因为效率是需要考虑轴承的寿命和整个箱子的成本，所以我们做减速器设计的时候会做一个多目标的优化，就是说把这些参数全部弄到我们的仿真系统里面，我们去寻找几个最优的组合，接下来再去做样品和测试，这个是我们做减速器这一块的考虑。

所以虽然说可能从效率出发可以做一个非常高效的，但最后这个成品并不是客户最想要的，我们需要在这两者间寻找一个平衡。这是针对减速器，我想说的一点。

最后我们就到了电桥的整个系统上面。这里要举的例子其实是我们在控制策略上经历的一个过程，左图就是展示了逆变器在工作过程中的电压波形和电流波形。在这个过程中这些损耗实际上它发生在开通、关断和导通这三个过程，分别有开关和导通损耗。为了降低开关损耗，最重要的是就是要对频率进行优化，联电控制器的发展历程经历了从单一控制频率到两个控制频率可调，现在最新的一代是所谓的连续变频控制，所以右边这个图是一个map的例子。在不同的转速下不同的扭矩应该采取不一样的控制频率，这些控制频率是通过不同的匹配数据积累，我们所形成的一个很好的map，使得我们控制器在采取连续可调的控制频率时可以将电桥的工况效率提高0.6%-1%，这是电桥系统层面非常重要的措施。

这边做一个总结，我们说到在单独零部件级别，电机采用的是高槽满率的扁线电机，当然也要考虑客户的实际工况，这是一个。还有就是我们在功率模块上是完全自制的方案，它的特点就是采用转膜封装的功率模块，在模块上本身就可以达到了高的效率。然后是先进的控制策略，包括连续可调的变频还有过调制这些策略的加持。

基于以上这些，联电目前已经开发出三款产品，覆盖100kW、150kW和200kW。其中，100kw产品的重量59kg，最高效率可以达到93.2%，目前已装在在长城汽车的产品上，随着客户的上量我们也在快速爬坡，另外200kw和150kw的产品将会在明年上半年进行批产。

最后我们其实还有一个展望，就是在效率这个议题下面，下一代电桥需要做的工作就是要把电控里面的模块升级到碳化硅。实际上联电也做了非常多相关的预研工作，这里展示的这些图是我们的实测结果。我们可以看到效率的map，从硅到碳化硅以后大概是3%左右的提升，换算到循环效率上大概有一个翻倍的关系，因为不光是驱动，在发电的时候也会提高效率，所以右上角这张图展示的就是在500伏、800伏，从A00到大型SUV等不同车上，我们在电耗上面都可以实现5%-6%的节约，这是一个巨大的飞跃。

前面我们说了半天可能在电桥上，比如说通过控制策略的优化能够提升一个点，然后电机再提升一、两个点，但是这边光上碳化硅就能够提升五到七个点，我们现在就以5%这个相对保守的数字来计算成本，若按100度电的车子来算，电池成本就可以节约4000块钱。因此，我们认为碳化硅会随着大度数车辆，如100度电这种车辆率先导入，因为它省的电池成本足以平衡掉多付出买碳化硅模块的钱。随着它的导入，碳化硅就会慢慢上量，时间我们认为大概在2023年前后。

除此之外它还会带来更加静音的系统，因为碳化硅系统的驱动频率可以提升到20kHz，它会消除掉10kHz的噪音，使得逆变器噪音降低20db，所以说下一代的电桥会变得更高效、更安静。这也是我们一直在致力于做的下一代开发。

最后做一个总结，联电在新能源领域已经做了10年的工作，现在我们有两个生产基地，在上海厂主要做的是电力电子的控制器，包括直流转换器；在太仓，我们也做了大手笔的投资用于建设新能源专用工厂，现在已开始批量投产，其中包括明年要上150kW和200kW的电桥；电机的产量也在爬升中，其中包括功率模块从今年7月份开始，我们也已经完全实现了自主的生产，除了晶圆，其他的我们都会逐渐变成本地化的产品，包括给海外的主机厂供货。

总体来讲我们已经在这一块干了十多年，希望日后跟大家一起见证新能源行业的成长，谢谢大家！