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蔡蔚:二次能源清洁化是全球发展的主要趋向
2017年09月10日 16:04 中国汽车报网 
   

  精进电动创始人兼首席技术官蔡蔚

  大家上午好!我的演讲基本上分几个标题,先讲能源清洁化。电属于二次能源,二次能源一个重要的问题是要清洁化,这是全球发展的一个主要的趋向。很多国家包括中国都有承诺能源清洁化,也就是说用左边的发电逐步变成右边的发电,当然在中国稍微有点不一样,我们把核电也当成清洁能源。我不太想说这件事究竟是不是清洁能源,但是我们国家把它当成了清洁能源,我还把它放在非清洁能源里面去,主要原因一旦有了核辐射,它的半衰期是以万年计算的。所以这是很可怕的一件事。

  讲了能源清洁化,我们再看某知名品牌电动车,它现在每燃油二氧化碳排放是190克,而全世界电动车排放是160克它为什么排得多?就是能源清洁化没做好。还是这辆车,什么都不做,如果我们国家满足能源发展规划的话,能源清洁化那个时候的二氧化碳就是每公里160克左右。所以显然能源清洁化和汽车电动化是国家的发展战略。在这样的情况下我国提出了一系列燃油经济性要求,比如到2030年要达到百公里3.2升,可以告诉大家,没有汽车电动化门儿都没有,汽车电动化不是一个选项,而是一个必须项,做也要做,不做也要做,除非说我将来不做汽车了,或者我们国家的法规和规划是开玩笑的,闹着玩的,那也是另一个事情。如果这两个都不是,我们就必须清洁化。在做这样的情况的时候,我们说这是不是合理?从汽车能源转换来说,上面是传统的能量转换,是单向的,传递也是单向的,一旦通过爬坡加速积累的势能和动能刹车的时候全部变成热量蒸发掉了。而电动车你积累的对下坡和减速的时候可以部分回收,因而电动化的车辆一定节能。

  (PPT)这是美国的发展,右边是中国的发展。大家曾经都有把车越做越大,把百公里加速越做越短的需求,但是实际上排放的二氧化碳增加,由于车重的增加使燃料消耗也在增加,所以我们应该追求轻量化、小型化我们不应该追求那些不必要的百公里加速。

  因而中国制造2025就有了这样一些对于混合动力车,对纯电动车和对节能车就要有一些要求。丰田做了一些预测,今天我也很高兴看到了我们的日本朋友又把他的一些预测拿到这里我们看得很清楚,他的预测比丰田的还要激进。

  讲了电动化就要讲电驱动系统的总成,就是下面这样的概念。(PPT)中间的这个框里面大家可以看到包括底盘,它如果跟发动机联系起来装上面上去就是混合动力,跟燃料电池就是燃料电池汽车。所以电驱动系统是所有这三种车的核心的核心。

  这样一来我们如果把电池放到一边,跟传统车相比它是油箱,当然它比传统的油箱复杂得多,难得多,那么我们说还有什么?电机、齿轮、箱、充电器、总驱动系统、辅机系统和电力电子,所有这些跟算法联系起来,跟整车的关系是机、电、热和通讯。我们再看一个现在的需求,我们讲挑战就要讲需求,现在是对电动机电动涡轮增压的需求,需要一个九万转到十四万转的电机来做这样的系统。这是燃料电池需要一个八万转左右,发动机需要这么高转速的电机,首先遇到的挑战就是轴承,在高速的损耗,就是电力电子具备不具备这么高的开关频率。

  我先说一下挑战,右边的是BSG起停系统,起停系统当中的转速已经是一万六千转到两万转左右的转速,因而也存在我刚才说的这样一些问题。怎么样把电机做轻做小,尤其是起停系统,本来就是一个起停系统,要做大了的话没人用。

  因而在做的时候有哪些,我们可以采用高效油冷双电极系统,原理右边。(PPT)加上一个带切分功能的电驱动,从而形成四驱电驱动系统。如果前轮是有发动机的,这就是一个前轮是混合动力,后轮是纯电辅助驱动,这也是一个四驱的系统。

  那么我们为什么要带切分?主要原因就是我们用了永磁电机,而一旦永磁体装上去是拿不下来的,所以在高速的时候会产生反电式,很高的反电式,一旦坏了在拖车的时候也容易产生,从而损坏。所以在这样的情况下我们需要从控制的角度上讲弱磁控制,总而言之,我们需要弱磁,需要让它高速下能够运行,也是为什么要切分的原因,就是因为不让它产生那么高的反电式。

  从整车系统来看,减速器在向多档变速器方向发展,但是由于电机调速范围宽性能好,我们并不需要一个八档箱六档箱甚至更高,我个人观点四档变速箱是电驱动系统所需要的,剩下所需要的是发动机的原因造成的,跟电机没关系。所以现在普遍在开发的是两档变速器,它更简单,但是它同样带来了挑战,我们传统的变速器大家都知道,每个级差之间不能超过1.8这是基本的知识,但是如果把两档箱也变成1.8,人基本上没法完成这个任务,因为大部分都是超过2的,所以这就是挑战。

  再说我们做的两档箱是电机加上两档箱,我在这里可以简单看一下两档箱是什么。由于我们发明了电磁离合器,在传统离合器基本上是用摩擦式做传动的,而我们采用了齿嵌式的离合器,它的电机调速更好一些,用低速档向高速档换挡相对容易。有了这样的一些过程,我们就可以把电机开成调速,也使得中国避开了我们不会造离合器的问题。我们自动变速箱大部分靠进口,自己开发的现在还不怎么样,不算很好,没有全球竞争力。这是一个非常清晰的现象。

  这是另一个,我们在做串并联混合动力,也就是我们通常在大巴车深所采用的另一个系统,这个系统通常有两个电机,可以做串联运行,也可以做并联运行,右边的这个是它的一个运行原理。在这样的一个系统当中我们同样采用了电磁离合器,电磁离合器解决了哪些问题?第一,终身免维护,现在离合器每年最多两年必须维护一次,每次维护至少八千块钱左右。而这样一个离合器终生免维护,因而解决了IP的防护等级问题,可以做下水运行,而不至于灌水。而现在的干湿离合器没有办法,也没有人做到防水问题。除此之外我们还把电机集成到这样的系统当中,除了极个别的是客户的,剩下的都是精进电动做的产品,也就是我们现在已经在做动力总成,传动总成,我们在向电驱动系统的方向发展。

  (PPT)这个系统对于电机有什么要求?首先左边的我们希望的斜坡越来越小,我们希望转矩的温波越来越低,因而右边的是一个发展的方向,基本上电机的发展方向是感应电机和永磁电机,永磁电机现在占了全球新能源汽车的85%以上,而且还有进一步增加的趋势,因为特斯拉当改变了不再用感应电机的时候,永磁电机会达到90%以上的市场份额。功率电子管正在由现代功率半导体的硅机IGBT逐渐向宽禁带方向发展,也就是以碳化硅、蓝宝石等为主的新一代的开关方向发展。而储能的电池也在向固体电池或者更高比例的三元电池方向发展,纯粹的低的都在开始逐步地退出市场或者正在维持它的市场。

  另一个开发的时候要这么想,从分析的角度要有电池,要有转子因力,结构分析,流体分析,热分析和机电动态分析,右边的也展示了整个分析的系统,这是整个开发的周期,电机系统通常需要三十个月左右的开发,跟整车同时开发,那么为什么国内目前汽车的水平不如国外,其中重要的问题因为我们把这三十个月变成了三个月。而且我们大部分汽车企业今年年底的规划明年多增产十万辆车,电机还没有谱,它不做任何实验明年就开始装上电机,这些电机不可能具备很好的性能。

  因而我们需要这样一些国家的实验室,地方的实验室,这是精进电动现在已经被授予的实验室,所以我们需要有各种各样的,除了我们有以外,也希望大家都有,如果我们的产品需要未来得发展是智能化,我们的制造是数字化的,这就是我们对后面的制造做的数字化的规划。有手动和自动和机械下线各有各优势,到现在为止分布绕组的电机没有一个性能能赶上手动下线这是我们需要努力的结果,我们一致性可靠性做好了,但是性能下降了,把整车多消耗电了,整车多消耗油了,怎么解决?需要设备行业抓紧努力作出更好的设备,更好的产品。

  我们现在的高端产品和智能化方向发展,右边是精进电动一个黑灯工厂,不需要任何人,整个转子制造是没有人的,全部装配完成,但是这里面很多设备是进口的,右边那套自动化机器人是国产的,但是告诉大家,我们离进口的水平相差较远,因而下一次我很可能会选择进口。

  振动和噪音,我们要想办法从控制的角度,从软件的角度来降低噪音,从软件的角度增加电机性能,软件的角度可以增加电机性能10%左右,从软件上可以降低振动和噪音,这是我们需要努力的,不但中国要努力,世界也要努力,全世界做得都不够。

  电机的振动和噪音我们要想大巴要涉水,乘用车要涉水,因而电机现在的要求是IP67,当你用上轮毂电机的时候要保证24小时均在水里没有问题,所以轮毂电机到现在为止离产业化相差甚远。我们怎么解决这些问题密封的问题其中最重要的是轴和壳体之间的密封,现在全世界没有一个解决得很好的,一个都没有。所以这个需要大家努力。右边这个是安全的问题,我们需要解决EMI的问题,因而这个时候需要一个安微电容,只要一点短路会造成了系统性短路,因而产生了安全性问题。所以你需要电磁电容,当这些电磁电容的问题解决了以后又遇到了新的问题,所以需要挑战。

  (PPT)这是我们的工况测试,大家可以看到电机高性能区在什么地方,而电机实际运行区在什么地方,所以NEDC要求的工况和现实是有区别的,我们需要努力。

  这是电磁感应的测试结果,可以看到永磁电机的确比感应电机好,而且好不只一点。

  这是我们针对我们的电机和另一个都是永磁电机的大巴车在一线城市做了七天测试,每天要求行驶174公里,大家可以看到好的电机和差的电机消耗的电池各不一样,而且相差较多。

  最后产业链的内容,永磁体要想性能高,必须向重希特和回收利用方向的发展,这是日本永磁体的发展方向,日本代表了我们世界的发展方向,在这些方面做得较好。这是定子绕组的材料,很重要的是我们百分之百耐电的原材料依赖进口,也就是说我们基本上是买材料回来和一和泥卖给大家,我们必须解决这个问题。所以我们的高速轴承百分之百依靠进口,中国一个没有。因而我们在谈到电机的时候大家说中国电机没问题,我可以告诉您电机的问题比电池严重得很多,我们功率电子元器件90%依赖进口,只有10%完全是低端的,打开控制器里边基本没有中国制造的零部件与元器件。我们必须国家要提高未来作为电机系统的支持。只有这样,这是未来的发展方向。所以碳化硅的增加,我们需要做一些扁线导体,还需要做涡流损耗降低的一些新的,这是我们在做的第三代国家重点专项,由我牵头,而且整个“十三五”期间只列了这一个专项。

  (PPT)我写红颜色的就是我们现在还很差不好的地方,需要努力的,当然这几年我们有了长足的进步,我们很多也看到了我们的进步,首先我们的供应链并不成熟,我们的永磁体消耗比别人多,我们叫黑色的黄金,我们比别人浪费了10%,当你从原材料变成永磁体装到电机的时候,你浪费了10%的材料,跟日本相比。我们的硅钢片,我们的耐电电磁线等等一大堆东西都远离满足要求,所以我们还有一些功率电子元器件,我刚才同样讲的红颜色的是我们国家没有能力或者能力较差的,粉红颜色的是我们还凑合的,黄色的是我们还行的地方。所以从这个角度大家可以看到,电机跟电池相比电机更需要国家的支持还是电池?电池全世界是一样的。

  最后的结果,精进在一直到今天为止也是中国唯一一个有全球竞争力的公司,我们希望有更多的公司有全球竞争力,我们向美国克莱斯勒出口的电机去年获得了沃德全球十佳发动机,这是中国的突破。我们希望大家共同努力,把我们国家的新能源汽车做好。我们不能仅做跟中国竞争,我们要跟全球的供应商竞争,走出国门,争世界第一,而不是仅仅的在中国里头,谢谢大家!

责任编辑:王琨
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