蔡蔚：集成减速器的轮毂电机是未来降重的发展方向

滑板底盘凭借其可伸缩的设计，既适用于大车也适用于小车，这一共享平台理念广受关注。然而，伴随而来的是机械、热和电的问题，特别是簧上质量下移导致了操控性和舒适性降低。

对此，2024年10月25日，在第十二届汽车与环境论坛上，哈尔滨理工大学博导教授和终身荣誉教授/精进电动创始人、俄罗斯工程院外籍院士、国际汽车工程师学会会士蔡蔚指出，电机、控制器、减速器、制动器、轮毂轴承等电驱动系统组件均需减重，而非仅关注电机减重，以实现滑板底盘的产业化发展。带减速器的轮毂电机可能是未来进一步减重的发展方向，而非仅限于直驱方式，这也是当前产业研究的重点。

同时，线控技术的加持也至关重要，它要求轮毂电机与其他电机与线控系统协同工作。尽管目前线控技术在制动、转向和悬架等方面的应用占比不高，但有着巨大的发展空间。如果轮毂电机能与这些系统集成，将极大推动技术进步。

蔡  蔚 | 哈尔滨理工大学博导教授和终身荣誉教授/精进电动创始人、俄罗斯工程院外籍院士、国际汽车工程师学会会士

以下为演讲内容整理：

新能源汽车降碳与产业发展现状

从碳排放量来看，中国二氧化碳年排放量在全球是第一位，60年累计碳排放量排第二，单位GDP排放为全球平均值的1.68倍，人均排放为平均值的1.72倍。去年，全球二氧化碳排放量增长1%，而中国增长更多。其中，交通与电力是碳排放的主要增长源，需重点降低排放。

图源：演讲嘉宾素材

目前，国家已规划了碳达峰与碳中和的路径，电力系统的关键是减少煤电的比例，热力发电从67%逐步地降低至碳中和时的9.2%，使煤电最终仅占3.7%。

经对比分析，百公里油耗6.31升的汽车与耗电14度的电动车（尺寸和用户均相近），在行驶一万公里时，燃油车从油井到车轮的总排放为1.62吨二氧化碳，而电动车（2023年以燃煤为主的热力发电占比67%）则从煤井到车轮的CO2排放减少至约0.9吨（不含制造与回收过程的排放），减排约44%。即便全部依赖煤电，电动车仍能减排12%。因此，电动车是有助于降低二氧化碳排放的。

当前在新能源汽车政策与市场需求的双重推动下，2024年下半年新能源汽车的市场渗透率已超50%。全球前十的新能源车企中，中国车企数量占据半壁江山。A00级燃油车市场已被新能源汽车完全取代，A级燃油车市场因部分被新能源汽车取代也大幅萎缩，而B级及以上燃油车市场虽相对稳定，但新增销量主要来自新能源汽车。

在新能源汽车市场中，插电混动占比今年销售的一半，电驱动系统需求量大。从技术上来说，先进的电驱动技术追求高效、高功率密度和轻量化，未来规划应关注混合动力发展。我国混合动力总成的技术主要是DHT方向。吉利DHT EVO和长城Hi4等的混合动力技术目前已达到较高水平。

汽车电驱动的先进技术

滑板底盘因平台共享的优势受到行业广泛关注，但需解决机械、热和电的问题，特别是基于轮毂电机电动车操控性和舒适性下降的问题，要求电机、控制器、轮毂轴承、制动器、减速器（如果有）等电驱动系统所有部件都要降重。

另外，带减速器的轮毂电机可能是未来降重的发展方向。线控技术与轮毂电机结合有巨大的发展空间，可实现集成化。线控转向和制动需具备安全冗余设计，如双三相等多相电机等。市场总结显示，电驱动系统从分离器件到“多合一“集成是趋势，但多合一面临售后维保难题，这需要引起行业重视和共同解决。

就电驱动系统总成而言，不应局限于电机一维高速化，可通过动力分流、多档位等方式优化升级。

图源：演讲嘉宾素材

电压平台也在不断提升，重型商用车已有采用1200VDC，乘用车也在逐步跟进。阶梯槽+不等截面扁线+端部换位绕组可能成为匾线绕组未来发展方向。提高电压后，随着电磁功率密度提升，散热成为关键问题。冷却技术从间接水冷到直接油冷再到水油融合冷却不断进步。

高压平台和非晶电机等新材料的应用有助于提高电机效率。老技术的复兴，如双V永磁体和匾线发卡式绕组电机，也在新电驱动系统中得到应用。稀土永磁材料（特别是镝、铽等重稀土）价格昂贵，占电机成本的25-30%（基于2022年统计数据），因此低重稀土电机和无稀土电机成为研究热点。低重稀土电机通过优化设计和采用HALBACH阵列表贴式永磁体，高速电机大幅减少稀土用量。哈理工开发的稀土与铁氧体混合永磁电机，采用磁体不对称排布，在减少稀土永磁材料用量的同时还提高电机输出，但需正反转分别标定及其性能差异。氮化铁等无稀土永磁材料因其性能不稳定，使车辆电驱动所需的高功率密度无稀土永磁电机尚不能产业化应用。无永磁的直流励磁同步电机虽避免了永磁材料的使用，但结构复杂，需解决可靠性的挑战。

欧洲对稀土材料的需求迫切，价格波动对行业影响巨大。2011年稀土永磁体价格暴涨10多倍，导致永磁风力发电行业几乎崩溃，家电行业也遭受重创。我们新能源汽车电驱动是稀土永磁材料的最忠诚的用户，但也要积极应对价格波动，探索新技术和材料应用，以确保行业的可持续发展。

支撑下一代电驱动的产业链创新

绿氢制造方面，尽管发动机直接燃烧氢气也是可行的，但制造氨和甲醇等氢基液体燃料有其重要应用价值。液态氢因其极低沸点（-253°C）而难以在车辆上以低成本直接使用，气态的氢需要高压（70~100MPa）储氢罐存储，这带来了成本问题。同时，氢分子小、易泄露、4~74%的可燃范围宽等是氢对安全性的挑战，特别是对地下停车场等密闭空间。故将绿氢制成易于储存和运输的液体燃料，可以降低使用成本和确保安全。鉴于氢燃料电池汽车的产业化仍面临挑战，去年全国氢能汽车数量仅为5800多辆，远未达到产业化规模。

今年以来，专家组开始制定2025-2040《节能与新能源能源汽车路线图3.0》的电驱动技术路线图，涵盖驱动电机、电力电子总成、电驱动总成、测试评价和绿色制造回收等五个领域，共99项指标，预计2025年发布。

新材料的应用是新能源汽车电驱动系统进步的方向之一。对于非晶铁芯电机，在非晶材料加工中，选择合适的加工方法至关重要，不同方法损耗差异巨大。铁芯叠压系数并非越高越好，过高反而导致磁感应强度下降和损耗增加。近期研究报告显示，石墨烯复合超级铜材料在低温下电导率也超过了铜，甚至在某些条件下接近或超过银，尤其在高频下较标准铜的交流电阻大幅下降，对电机，特别是功率电子器件的效率提升有显著作用。

宽禁带化合物半导体，以碳化硅材料为例，在轻载条件下效率非常高，适合汽车低速轻载运行的特点，尤其适合乘用车。在400VDC电压下，氮化镓等宽禁带半导体材料的应用值得探索，可以很好的平衡效率和成本。有报道采用三电平设计，使氮化镓用于800VDC控制器的样件。

简单谈谈碳化硅模块的封装技术。采用烧结互联技术的主要原因是它能在低温下操作、高温下运行。例如，焊接需220°C以上的高温，但运行时若达到此温度，焊锡就会熔化。而烧结利用纳米技术，在200°C左右操作，却能在几百度高温下稳定运行，这是烧结的一大优势。

图源：演讲嘉宾素材

哈理工团队近期研发出了铜烧结以替代银烧结。银烧结一个模块需300-400元烧结银膏，而铜烧结仅需30元左右。我们已突破材料氧化和封装工艺等技术，并在多条产线上进行实验认证，希望很快推出产品。并且铜烧结的可靠性也超过了银烧结。此外，我们已能将烧结的最低温度降至175°C，且能在零压下进行烧结，这些技术都取得了很好的成果。在国家发改委的支持下，我们已建成2.5万平方米的新能源电机系统和关键材料实验大楼，现有20多个实验室在运行或调试安装。我们期待与全国行业伙伴深度合作，包括建立合作实验室，共同推动新能源电驱动技术发展！