干货分享：《对驱动系统集成部件的兼容性和复用性的思考》

2021年6月17-18日，上海电驱动作为战略合作单位，参加了由NE时代主办的“2021全球xEV电驱动系统技术暨产业大会”。上海电驱动电机研究院院长应红亮分享了《对驱动系统集成部件的兼容性和复用性的思考》。

以下为分享内容：

我今天给大家带来的题目是“对驱动系统集成部件的兼容性和复用性的思考”。主要分三部分，第一部分，简单说一下作为电驱动系统供应商我们需要做哪些东西。第二部分，大家都有说一些趋势，我想要表达的东西是通过趋势说一些对兼容性的思考。第三部分，集中讲一下兼容性和复用性的影响因素和我们的一些思考。大家可以看到对于电驱动系统来说，现在大部分纯电动汽车都是集中驱动的，电驱动系统就是电机、逆变器、减速器，可以衍生出很多的构型，电机与逆变器二合一，电机+减速器二合一的，还有三合一的。这当中有又会分出很多细节的东西，比如电机逆变器二合一，怎么二合一，电机逆变器放在上面、后面还是其他什么地方。大家可以想象一下这些变化对于零部件的兼容性来说是很差的。这是集中驱动的情况。分布式驱动，更复杂，又多了一种，轮毂电机，轮毂电机市面上见到的量产的不多，轮毂电机国内最大的一次批量是2010年世博会，100辆场馆车四轮驱动，这是电驱动做的最大的一次批量应用轮毂电机。大家可以看到，分布式驱动同样会引入很多不同的构型，这些不同的构型会对整个零部件的兼容性、复用性带来非常大的挑战。刚刚说了电驱动系统现在集成化的趋势可能是更多的集成化，比如六合一、七合一甚至再加上域控制器，未来是什么样很难准确预测。但是对我们来说我们现在还是扎扎实实先做三合一，从我个人的观点来看，六合一、七合一应用于批量还不成熟。

第二部分，说一下集成电驱动系统的趋势。第一，高速化，未来转速会是什么样的情况呢？目前普锐斯、特斯拉Model 3是17900转左右，国产的比国外的要低一点，但是也不低了，基本上都可以到16000转了，有些下一步规划是18000转甚至20000转。但是大家可以看到，产品升级间隔其实是很短的，我们国内三合一的系统，前两年量产的大部分是12000转，两年之后就到了16000转。一个电机产品从研发开始到真正稳定两年左右，我们面临一个很棘手的问题，研发要提前多少，研发提前导致目前的成本能不能受得了，因为高速电机用在低速些的电机里是不节省成本的，但是高速化又是不可逆的趋势。现在开发的两年后还能用吗？要有足够的提前度，否则研发出来两年以后批产，性价比就不一定是很高了。复用性也很重要，我们现在开发的结构件还能用多少时间，还能沿用在集中其他产品上？对于我们这种电机及电驱动系统供应商来说，我们希望能够给客户带来更好的性价比的体验，我们希望能有更多地复用性零部件。第二，高压化，是不是所有系统都需要高压化？个人看法不一定，但是高压化对电机企业来说也造成很大的困扰，绝缘的要求在高压、中压、低压下是不一样的，生产管理上就有一定的难度，包括采购也会带来一些小问题。这对于降低成本也是有矛盾的。第三，高效化，大家都追求高效化。这里的高效不是单纯意义上效率怎么提高，还包括怎么降低实际运行工况下的损耗。会发现一个什么问题呢？一些小电机里面比如硅钢片，也需要用0.25毫米硅钢片吗？学电机设计的都知道，越小的电机铁耗占比越小，不需要都是薄规格的。所以小电机大电机硅钢片兼容起来很难。从原材料采购来说，又出现一个问题，原材料的复用性、兼容性很差。

再说一下低噪声和高声品质的需求，现在大家越来越关注了。而且不光是噪声低，还要品质好，要声音干净，尖锐度低，起步要平滑，甚至生命周期内都不能有异响噪声出现。从NVH正向开发流程上看，立项情况下要从车一级一级往下开发，实际上多数情况只能从电机端来开始一步一步往下做，一步一步往下验证。会带来一个什么情况呢？我研发出来的这款产品有可能只适合于这个车，换一个车有可能它的振动噪声传递路径情况不一样，振动噪声表现也不一样，依然会导致产品复用性变差。我们已经不止一次碰到这种情况，是通过电机去解决还是软件解决还是两个都要想办法解决呢？当然最好是软件的手段，但软件也不是万能的。

第三部分，关于兼容性和复用性的思考。第一个方面，影响它的考虑因素是我们都知道的平台覆盖范围。整车厂说平台化，希望开发的动力系统这个车能用那个车能用，都可以用，对我们来说我们希望开发好的这个功率平台的东西这家车厂、那家车厂都可以用，我开发好的东西可以覆盖多个功率范围。但是会发现一个问题，如果我们覆盖范围大，兼容性可能好了，但是对于某些定位的产品来说有可能性价比是不好的，成本是高的。如果说我们把它精确定位，比如150千瓦2700牛米，电机、逆变器都优化到最合适情况下，成本是最低的。如果想它产生一些兼容性，一版只能往下兼容，但又存在一个问题，往下兼容的成本又不好了。所以功率覆盖范围小，成本会更优但兼容性就差了，所以很矛盾。

第二个考虑因素，外部接口。对我们来说希望我们做一杨的接口，你也可以用他可以用的产品，大家一起用最好，这样我们能把物料成本、采购成本、生产成本摊下来。但是实际上很难，绝大多数情况下是不能的。

还有产品构型的问题，我们现在做的三合一大部分情况下都是这样的构型，控制器非常扁平化的结构，前驱可以用，后驱也可以用，但是不是所有车都需要这种构型。我们的希望和实际情况很难匹配。大家可以看到这是平行轴的三合一，但有的客户需要同轴的，那就电机的也好减速器的也好，零部件统统重来一遍。我这里也画了几种构型，这是控制器放在上面的，这个控制器往前放一点的，这个是控制器竖起来的，这个是逆变器放在电机后端盖的，这是控制器和电机在减速器两侧的，不同的客户不同的构型要求，显而易见这些零件都是没有办法共用的，有可能共用的仅剩下了冲片、模块。这就给我们带来了很大的挑战。

还有产品迭代速度，刚才说转速的迭代很快，这里面还有一个问题是线材的迭代也很快，现在我们量产的120千瓦产品是这两种，圆线的，未来有可能是扁线的，再未来有可能又回到圆线。这种情况下，我们的原材料、零部件都会面临着无法产生复用性的问题。

大家可以看到，现在量产的这几款，未来会分得越来越细，平台的功率覆盖范围会越来越小，一个平台对应一类车。同时，我们会最大可能的扩展同一种冲片的使用范围，比如这三个平台的电驱动系统我是用的同一种冲片，这样我们能够提供更好的性价比。在未来，针对第三代的三合一，比如会对35千瓦平台进行一个升级，我们会做一些高速化的改进，让它的冲片能够更好地适应更高速化的需求，产生这三个甚至这四个平台的产品。这里面结构件基本不用考虑兼容性想了。功率模块的兼容性也会面临这成本的压力，小范围的覆盖可能是比较好的选择，比如可能2个平台规格的覆盖。在未来，我们的产品平台在逐渐增多，比如我们现在在开发的20—30千瓦电机电控，我们考虑了很多兼容性的问题，让它的与客户的匹配适应性能更好一点。最大的一个平台，我们规划的是做深度集成的电驱动系统，油冷+扁线的电机，800V SiC控制器，TC377的MCU，但这类系统很多时候我们电驱动系统供应商又会面临一种情况：车厂只需要我们提供定转子就行，总成都是车厂自己做，这里我们能做的相对较少了。

总结一下，做电驱动系统行业非常艰难，所谓的产品平台化很多时候是打引号的，只能说尽量让这些系统尽可能多地共用一些小的零部件，大的零部件基本上没有办法做兼容或者复用。另外，尽量保持工艺路线的固化和统一。但是这也面临一个问题，工艺固化了以后，新工艺变革的时候产线改造又会面临非常大的挑战。比如三合一的机壳集成方案，电机机壳和减速器壳体的集成方案，会导致总成装配工艺、生产线的巨大变化；又比如轴承方案，现在4轴承方案，未来可能是3轴承、2轴承方案，工艺变化非常大。这些对产线的复用性、兼容性带来非常大的挑战。