由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办，天津经济技术开发区管理委员会特别支持，日本汽车工业协会、德国汽车工业协会、中国汽车动力电池产业创新联盟、新能源汽车国家大数据联盟联合协办的第二十届中国汽车产业发展（泰达）国际论坛（以下简称“泰达汽车论坛”）于2024年8月29日至9月1日在天津滨海新区举办。本届论坛以“风雨同舟二十载 携手并肩向未来”为年度主题，邀请重磅嘉宾展开深入研讨。

在9月1日“节能与新能源方向专题分论坛二：20年创新突破，能源动力技术如何再升级？”中，哈尔滨理工大学博导教授、俄罗斯工程院外籍院士、精进电动创始人蔡蔚发表题为 “助力电驱动产业升级的技术进步和产品创新”的演讲。

哈尔滨理工大学博导教授、俄罗斯工程院外籍院士、精进电动创始人 蔡蔚

以下为演讲实录：

今天讲三个方面的内容。

一、汽车电动化降碳

电动化降碳实际是一个公益项目。降碳可能是大家都熟悉的事，我们国家二氧化碳年排放全球第一，60年累计排放全球第二，单位GDP排放全球第五，人均排放除以很大的分母以后还是第九，是全球平均数的1.8倍，这大概是我们国家二氧化碳的主要的情况。这些事排前几名基本都在这，大家一眼就看出来，一说二氧化碳就说到中国，中国我们自己说的是占1/3，但是有的人说我们占了全球一半的二氧化碳排放，所以这个确实是一个挺大的事。

第二个，困难与挑战，降碳这个事你干嘛不把碳降下来，关键问题是我们碳刚才说单位GDP排放的碳挺多，所以没办法，GDP不能砍下来，砍下来不行。去年全球与能源相关的碳排放增长了1.1%，全是中国增长的，中国增长超过了全球增长的总数，增长的量全都是来自中国的。哪些地方是二氧化碳排放的主要的，基本就是这些行业，显然交通行业也占了挺大的一个比例，这是统计结果，就不详细说了。

我们国家能源排放是全球将近一半的二氧化碳的排放，我们国家发电的排放占了我们国家一半的二氧化碳排放。也就是我们国家发电占了全世界的1/4左右，但是国家统计的总数数据不是这个数，比这个数低一些，我是从科学报道的角度看到的结果。

中国碳排放来源主要是煤电，每发一度电就排放838g二氧化碳，消耗煤是305g，光伏大概是煤电的1/10还不到，水电就更少，风电就更进一步少，核电就基本快是几十倍的事。所以，减少二氧化碳的排放大家就知道该怎么减少这个问题。

怎么减少，国家就是要把红颜色的这个去掉，全部变成绿颜色的和蓝颜色的，这个大饼图一眼看大概是这个意思。

2023年热电占了66.3%，我们规划的是热电和煤电在2025年占比是53%，要减10%多还是压力比较大的。到2060年热电就只占9%，而煤电只占3%。所以，大家可以知道这个压力是挺大的。

压力大，我在说的是沿着这个数来算算，究竟二氧化碳的排放是多少，我们拿一个油车百公里6.31L，和电车百公里14度电两个差不多大小的车进行比较，之所以运煤的排放不一样，是因为有的时候从澳大利亚买煤，有的从山西拉煤所以不一样，范围较大一些。

但是，总而言之，这个油车大概从油井到油箱之间，每开1万公里大概排放0.126吨，车辆运行的大概1.5吨左右，加起来1.26吨，电刚才说不同地方得的肯定不一样，从煤井这一段开1万公里，大概排放0.9吨二氧化碳。开车不排放二氧化碳，一样得出来还是0.9吨，最后的结果是大概将近降碳45%，也就是说按照我们2023年66.3%的煤电的比例，电车比这个油车降碳45%。

我们再做一个假设，假设2023年没有任何一个清洁能源，全都是煤发电，结果发现还降碳了16%，我们即使全部用煤发电也比油车减少二氧化碳排放，我在这里讲的是从W到W，从油井、煤井到车轱辘这段的排放，没包括制造，也没包括回收，制造和回收大家重新计算，要加到整个的全生命周期。

大家都知道能源跟动力有关，因而是我们这一块的排放，动力目前国内有了很大的进展，基本上国产的水平在不断的提高。但是前10的企业，不管国产的还是外资的，我们是一个多元性的社会国家，是改革开放的。大家加起来前10占到70%到80%左右。我们上了工信部目录的有278个电动化的企业，这278个当中，前10%占80%，剩下的那些干什么，就是降个价，就干那个活，对这个当然也有很多创新型企业，或者是一些小的企业贡献。

二、新能源汽车电驱动技术趋势

电动化的趋势，技术趋势，首先第一个是面向碳中和混合动力用的零碳燃料，未来要零碳，零碳你烧油不可能零碳，所以必须得烧别的，说是烧氢，氢是用绿色的氢，是用绿色的电制作的氢，现在的氢用煤发电制造的氢不是绿色的，将来要用绿色的氢加上氮气去制造出氨来，氨燃烧，右边的燃烧方程式一眼就可以看出来肯定不排放二氧化碳。

我们再看还有一种，我们用绿色的氢加上二氧化碳这是好事，消灭二氧化碳，最后制造出甲醇来。但是缺点就是甲醇燃烧还产生二氧化碳，因而是一个循环的。但是无论如何，制造甲醇需要二氧化碳，因而它是一个从循环角度来说可以减少二氧化碳的排放。这大概是我们说需要的东西，你费那个劲干嘛，烧氢不就行了吗，烧氢产生水，左边是氢、甲醇和氨。

我们先看第一个事情。电解水没有问题，关键问题就是你要产生电解水那个电要产生二氧化碳的排放。

第二是水，燃烧也没有问题，燃烧产生了水，这也没问题。

但是有问题的是第三个就来了，沸点是零下253度，你那个车能装253度吗，肯定能装，但是那是钱的问题，我们花不起那个钱，氢没办法以液态的方式存在放到我们车上。

既然没有办法用液体就用气体，气体你不能说弄一个无限大的罐放到你的车上，那肯定不希望，那就希望把罐的压强增加，是需要70到100兆帕，这么大的压强，那肯定又是钱，又是事，都来了，这个大家比较熟悉。尤其是运输的过程中，我听说我们国家有建运送氢气的一个管道，我估计只有中国能建设，全世界任何别的国家都不可能建设。所以我想说的是没有经济性。

从业态的角度来讲它的密度也不够大，但是还有一个问题就是可燃极限，4%到74%，这个是好事，一点就着，但是一要露出来在密闭空间一点就着的话，可能要把这个楼给平地，我们大部分的车都放地下，所以这是一个问题要解决。

还有汽化热也挺大的，容易产生爆炸，所以这些问题，都需要彻底的解决了以后，我们这个氢才可以大批量的生产。

氢在储能方面没有任何问题，放到空间开放的地方，放到大的地方，都没有问题，而且储能比其他的电池储能便宜多了，就是放到密闭的空间出了问题。由于这些问题没有解决，所以我们才引入甲醇、氨这些事，就不详细说了。

另外，也造成了我们国家的氢燃料电池汽车销量去年最多，是5800辆，你家后院自己做5800辆也算是Business，全中国显然不是Business，离产业化还远着呢。包括丰田，大家认为丰田多厉害，满网都是，包括他们进口到我们中国，所以有一些问题。

我们讲的电驱动系统主要的发展方向，一个是功率要提高，第二个是电压可能要提高，电压提高不是我们电驱动需要的，是充电需要的。但是给我们电驱动干了一个好事，使我们可以提高功率密度，基本上是说电机从圆线向扁线方向发展。

第二我们功率模块从IGBT硅基的，向宽晶代功率碳化硅基的方向发展。

第三我们水冷向油冷和油水复合冷却方向发展。

最后一个我们由单减向单减/变速发展。尤其是像他们大的商务车没有变速是没发运行的，电机本身也是不行的，所以这都是非常重要的几个发展的方向。

沿着这个发展的方向人们又提谈另外的事情，滑板底盘，把这个平的地方放到电池去，然后你人一调车变宽了，轴距一调车变长，长段、宽窄都是一个底盘这是一个好事，正好把电机装车轱辘上，因而出现了轮毂电机，但是没有任何一个企业量产，一个都没有，那就是问题，我写的红颜色的是问题，因而在降低重量的同时我们不能像过去重点专项只研究电机降重，我们要把电驱动的这套系统和整个车轱辘的重量都降下来才可以解决问题。所以，量产不是一个事情，而是一系列的事情，尽管电机是核心，我们就不往下讲质量下移的缺点。

另外一个发展，轮毂电机通常你放到轮毂上，就跟转向、制动还有悬架这些都连起来，而现在制动转线控的自动转向和悬架占比很少，我给的比例是市场的大部分比例，未来向这些方向发展，是大概的发展方向，融合和集成到一起去。

无论如何我们最后总是希望这个电驱动系统越来越小越好，电机的大小和转矩成正比，因而我们就把电机的转矩降下来，可是你需要的功率怎么办，正好转矩乘上转速就等于功率，所以提高转速可以使功率不变，但是电机变小，大家不断在提高转速，是不是无限多，不是的，任何一个车都是从不转到最后的转速。因而当你的电机的转矩太小的时候，低速的大转矩就需要一个很大的齿轮箱，这个齿轮箱在高速旋转的时候照样效率很低，尺寸很大，所以不能无限度增加地电机的转速，除非你有办法。

另外一个电机转速增加，电机频率也要增加，过去用的IGBT就不够，因而产生高频的第三代的宽禁带的功率半导体发展，就像碳化硅、氮化镓的。还有一个齿轮，你需要高速，要解决高速齿轮这一系列的问题。

电机电压提高之后，又跟绝缘、电容产生一大堆的问题，这些问题都需要我们先解决后提高这些事情。或者说我们在一边做这个事情一边解决整个产业链的问题。

除了设计和材料之外，我们基本上有以下几个途径。

第一刚才说提高电机的转速，可以使电机变得更小一些。

第二是提高电压，我刚才说了，提高电压是我们改革的好事，是因为从电那边要高电压，我给的数就不详细说了。

另外，是缩短运行时间，我们过去一直要求乘用车必须30秒，商用车至少1分钟，现在新的国标把时间降下来，但是降下来仍然要满足需求，这里面国标给的不是放之四海而皆准。

这样一系列的地方，我们再来提高这些约束，另外一个很大的问题，当你把电机做小了，把电驱动做小，冷却出了问题，冷却成了卡脖子的问题，液冷当中要解决这些问题，液冷怎么调整，怎么优化等等，这些变成重要的问题。

举一个例子，创新设计的案例，这个大家比较熟悉的，就是Lucid Air，做到了74公斤，500千瓦电驱动总成，比我们国内的大部分人仅做电机还轻很多，这就是水平，那么怎么做的，我就不详细在这一一讲了，冷却大家一看油从这个地方喷出来了，直接冷到这了。

第二包括它行星台等等的使用，总而言之采取了一系列的技术，而且它在永磁体的使用方面，把烧结铝铁硼和粘结铝铁硼均用到这里面去，从而提高功率密度，我就不详细讲了。

另外一个谁在这方面做的比较好，美国的一个北卡罗来纳州立大学，做了美国的DOE的项目，电机要求50kW/L，控制器要求每100kW/L，而这个数只有北卡罗来纳大学实现了，在电机中实现了。

那它的主要的表现是什么，超级铜绕组，比铜的电导率要高多了，这个材料用的，把表面的碳纤维绑扎的方式，不是特斯拉的内置的而是表贴的，为什么是表贴的，因为表贴的加上这个集中绕组才能使电机调速范围更宽，其他的不行，这几个是超级铜绕组。

按照数据来说，Lucid Air当之无愧的世界第一，还有昊铂等企业，还有其他的没有统计进来，因为没有拿到测试数据。

三、产业链创新支撑电动化技术进步

昊铂广汽做了非晶碳纤维，左边是用的非晶材料，表面用的碳纤维绑扎。我一会再讲非晶制造当中遇到的困难和挑战。

小米的案例，它最早的时候，这是我2000年的时候给通用汽车设计的东西，通用汽车后来2007年批量生产的电机，小米用的也是发卡式扁线绕组加上转子双轨一线的永磁体，完全一样，没有任何的区别。

所以我叫20年的技术，它是我20年前发明的技术，我是世界第一个发明的，发卡式绕组名也是我给的，全世界没有一个企业不用这个技术，我非常感觉到欣慰为这个行业做了小小的贡献。

另一个，就是我们说的永磁电机有各种各样的表现，有内置式的，高速的时候，人们开始研究表贴式的和集中绕组的发展，我就不详细讲了，时间关系。

另外，我叫百年技术复兴案例，永磁电机是稀土永磁是1983年发明的，你一定是那以后的，而这个是百年以前就有的，这个电机就是把永磁体拿掉，用绕组的直流电，就需要电刷放上去，下面说电刷不好，因而我就用高频的方法把这个电感应到转子上，在转子上整流变成直流。总而言之需要直流电产生永磁体，大概是这样的方法，我这叫百年技术复兴的案例。

另外一个讲到这些，我们下面就开始进入到产业链支撑技术发展，不能自己弄，这些东西都是整个产业链在支撑的技术发展，这是我们新的技术路线图，这个技术从1.0、2.0、3.0电驱动都是我是专家组的组长，现在也有200个企业在参加这个研究。

所以，基本上搞电驱动的和整车厂都参加了这个研究，大概分这样几个方面，驱动电机、控制器、电力电子总成系统、电驱动总成系统，请大家注意这里面我们把分布式的放进去了，我们也把飞行汽车用特种电机的方式加到了这里。

最右边多了一个绿色制造，所以这是我们新的路线图和过去不一样的地方，整个的产业链的路谱就不详细讲了，左边来说是上游、中游和下游，大概分这三部分整体的情况来发展，这大概是路线图当中规定的这些路谱。

按照这些路谱我相应回应一下，既然讲材料，刚才讲了非晶，讲到广汽用的非晶，这是我和部分的企业人士花了大量的钱做出来的东西，我还是想告诉大家一下，大家可以看铁芯由于你加工的方法不同，而产生的损耗大小可以差七八倍、五六倍。因而幸运的是，我们充片的方法，仍然是低损耗的方法，可是太薄又不好冲。

举一个例子我们充非晶的8万次，我们通常的做硅的片机充300次，我们有模具，这肯定不是一回事，所以我们遇到一些挑战，而且这些加工的方法也不一样。非晶的磁力较低，因而就必须用高速的方法来解决，因此你只能增加F和高转速来解决问题，没有高转速是没法出功率的。

另外一个这也是我的经验，它的叠压系数不是越大越好，0.86、0.89、0.92，我们通常希望叠压技术紧点好，但是非晶的时候你会发现叠压系数太大的话，反而磁力下降，蓝色的是高叠压技术，0.92，高叠压技术下降。而且损耗也是这样，损耗是一个频率的增加，损耗在高速会差一半左右，叠压系数叠得太紧，损耗反而会增加，我个人认为，我这句话可能值上千万上亿，我个人认为，不信你做研究的时候就会发现了。

究竟成本是多少，这是两家统计的结果，这不是一家，左边是说永磁体占了这么多钱，显然降成本怎么办，先朝成本较多的方向进，是否是对的，那是另外一回事，我们当时做企业也是这样干的，一定要打重的，我们通常说卡别人的脖子，我个人的观点是卡别人的脖子，千万别卡到自己的脖子，大家可以看到美国的稀土当中用到的永磁占7%，日本占23%，中国占42%。

既然这样一来，你要降什么，重稀土是我们要降的，过去用的办法是什么，在这里面均匀的往里渗重稀土，我们把它当成面揉到里面，我们现在把它当花椒面，是均匀地撒在里面，哪里需要花椒面就撒到哪里去，一盘菜左边你不爱吃不撒，右边才用，所以用这样的方法来选，进一步的减少重稀土的使用，这些方法就需要我们跟永磁体的公司联合起来，告诉他往哪渗，渗完了以后再装入到我们电机上。

我们为了减少稀土的使用，因而采用了铁氧体，代替的的部分，上面的这两个微型代替了这个部分，我们又把左右两个设计的不一样，我先说缺点，缺点是正反转不一样，控制的代码会不一样的。优点是我们大幅减少了稀土22.4%，而增加了铁氧体11.6%，铁氧体非常的便宜，增加的少，减少的多，而这个性能总体还是增加的。

另外一个发卡式绕组，这是2000年发明的，前后发明的东西，第一个用的是2007年用在通用汽车上，我们现在说它的缺点是什么，大家都在的时候，没有注意槽底下和槽顶上损耗不一样，那是1号，这个是8号。大家注意在高速的时候，损耗是第一号的好多倍，因而大部分的导体造成了槽口的发热电机出问题，大部分都是那出问题，不是其他的地方出问题，你可能没有找到原因，这会我从机理告诉你原因，是因为顶上涡流损耗太大，产生的问题。

显然我们要解决问题，转子要喷油，冷却内层，冷却定子内层，而不是外层。另外解决油品也可以提高效率，大概提高0.7%到1.4%，请大家注意，你想把电机想把控制器效率提高1%，有可能吗？这块反而有很大的潜力可做。

另外一个，这是我们的研究成果，我们把这样的东西换成了这样，你刚才不是说那个扁线有问题吗，这个肯定复杂了，但是它整个的直流电阻和调流电阻都大幅下降了，这是我们新的专利，解决这个问题的时候，槽变成不等宽，而且导体也进行了换位研究，这一系列的东西，除了这个还有最近提出了一个离子键特殊形状的，我就不详细讲了。

值得一提的是超级铜，我刚才讲到了超级铜，这是研究的结果，这是下面普通我们用的铜，上面是超级铜，现在已经可以做到了在全温度范围内都比铜的电导率高，甚至高于银的电导率。而且，在各种各样的随着频率的增加，通过这个变成那个的时候，出现了交流电阻并没有明显的增加，这是我们很难解决的。所以超级铜我在这里讲的只是石墨烯铜，还有碳纳米管铜，可以是铜的电导率的很多倍。

所以这些美国人已经把它做成了样件，他们也做成了发卡式扁线绕组，而且用到的控制器上，可以提高效率0.8，用到电机上可以提高效率0.5左右。所以大家可以看到仅仅是这个材料的改变，就造成了这样的。

另外是碳化硅控制器，大家都知道好处我就不详细讲了，还有一大堆的挑战，红颜色的都是不达标的地方，都是需要改进的地方。

那么需要改变的地方，电容的温度不够，这是碳化硅的优点和一些预计大概整个的碳化硅的这个东西，会有多少的使用，我就不详细讲了。

最主要的优点我还是想花一点时间来讲，最主要的是低载，轻载的时候，碳化硅比IGBT的效率高5%到8%，所以这个是我们乘用车最重要的，乘用车90%的时候，80%都是轻载，满载的时候并不多。而商用车可能稍微不一样的地方，因而在这一块乘用车有了极大的好处，而我们得出的结果是，如果能用低电压不要用高电压，高电压会使控制器的损耗增加。

所以低电压够了，为什么要用高电压，大家都知道我刚才说的充电，充电没办法，所以才开始做这个东西。

讲一下烧结，这是我们做的事情，为什么要用烧结？大家都知道要把铜焊起来需要1000度，怎么办？用锡，锡是200度左右就化了，现在的碳化硅要280度运行，碳化硅没坏，焊锡膏已经化了，那能行吗？所以我们必须解决这个问题，解决问题就是烧结，那我们发现纳米烧结的时候，可以使运行的温度在170度到210度之间，而它运行的时候可以在1000度上运行。当然，碳化硅也不需要在1000度运行，在几百度，这就是它的优点，而且另外一个我们过去一直采用的全世界所有采用的都是银烧结，我们把它改成了铜烧结，而我们取得了长足的进步，成本大概是银的几十分之一。

优点我就不详细在这里一一讲了，告诉大家的结果，这大概是我们研究的结果，我们认为是世界上最领先的，到现在为止已经做了产业化的认证，到现在全世界没有用的，我们已经在做产业化认证，就是哈尔滨理工大学，我的小的课题组，大家已经在做这样的一些验证，是我们性能的参数。这是我们得的结论，最低的烧结温度可以到170几度，最低的压力可以是0，可以不用压力，最短的时间可以是3分在体外，这是我们总体的结果。

最后，在发改委的支持下，我们建了一个2.5万平方米的新能源电机和关键材料的实验大楼，我们希望跟大家合作，我们希望跟更多的合作企业一起把新能源汽车的电驱动做好，谢谢大家。