中国汽车技术研究中心从2013年开始主编《新能源汽车蓝皮书——中国新能源汽车产业发展报告》），在社会科学文献出版社出版，至今已是连出7版。
《新能源汽车蓝皮书》，是值得推荐的研究中国新能源汽车产业的常备参考书。《电动汽车观察家》获得了社会科学文献出版社授权，可以对《新能源汽车蓝皮书——中国新能源汽车产业发展报告（2019）》部分进行连载。借着国庆7天长假机会，我摘选了7篇好文，1天1篇，供有心者分享。本书可以通过识别下图的二维码进入购买链接，或者点击文尾的 阅读原文 按钮进入购买链接。![]()
贡俊，研究员级高级工程师，上海电驱动股份有限公司总经理，科技部“十三五”新能源汽车重点研发专项总体组专家；张舟云，博士，教授级高级工程师，上海电驱动股份有限公司副总经理兼总工程师。2018年我国驱动电机产品技术向集成化、高效化方向发展，驱动电机产业规模持续扩大。我国推出了各类三合一电驱动总成并实现量产配套，高效高密度驱动电机、电机控制器的功率密度达到国际先进水平，自主车规级绝缘栅型双极晶体管（IGBT）器件实现整车应用，第三代宽禁带半导体器件（SiC/GaN）推出了样品。在轮毂电机方面，我国通过合资并购与自主研发，实现了前期布局；48V BSG总成产品及48V系统应用进一步拓展，我国新能源汽车电驱动系统的自主创新能力持续提升。关键词：三合一电驱动总成IGBT器件碳化硅器件 轮毂电机 48V BSG总成根据中国汽车工业协会的数据，2018年我国新能源汽车产销量分别完成127万辆和125.6万辆，较上年同期分别增长59.9%和61.7%，连续多年保持高速增长。驱动电机是新能源汽车核心关键部件，我国车用驱动电机系统技术和产业伴随国家新能源汽车同步快速发展。根据前瞻产业研究院数据，我国驱动电机及电机控制器市场规模已达107.9亿元，同比增长62.5%。从多年来我国新能源汽车主要配套供应商分布看，我国自主驱动电机始终占据绝对份额，仅有少数几个乘用车车型采用外资企业提供的驱动电机系统，我国已经形成了驱动电机、电机控制器、减/变速器、电驱动总成、主要关键材料和关键器件的完整产业链。以中汽协2018年统计数据为例，我国驱动电机、电机控制器和电驱动总成的自主配套比例达到95%以上。从产业规模看，我国新能源汽车公告中驱动电机和控制器生产企业达到200余家，前20位生产企业的驱动电机和控制器产品占总量的比例达到70%以上；在新能源公交客车、纯电动卡车和纯电动物流车应用领域，全部为国产零部件配套。特别值得指出的是，深圳比亚迪通过自主产业链发展及整车配套，连续多年在驱动电机和控制器市场中处于领先地位；同时，我国多家整车企业如北汽新能源、一汽新能源研发院、长安新能源科技、蔚来汽车等形成了自主的产品设计能力，通过委托制造、合资合作、自主制造等多种方式，快速提升电驱动系统能力。集成驱动电机、电机控制器和减速器的三合一总成产品成为行业发展的重点产品。2018年，我国多家企业纷纷推出各种应用于乘用车的三合一总成，上海电驱动、精进电动、中车时代、汇川技术、上海大郡、巨一自动化、深圳比亚迪、蔚来汽车、华为技术等均开发了集成电机、控制器和减速器的一体化总成，总成峰值功率90~160kW，总成输出转矩3200~3900Nm，总成输出转速1200~1500rpm，产品集成从简单的物理集成逐步发展成机-电-热深度集成，并表现出良好的NVH性能。在高速减速器方面，我国重庆青山、株洲欧格瑞、上海汽车变速器等已开发出最高转速12000~16000rpm的高速减速器。其中，上海汽车变速器开发的16000rpm高速减速器联合博世，为大众MEB电动化平台进行配套。同时，我国也开发出应用于纯电动乘用车的两挡和多挡变速器总成，我国高速减速器技术和产品正在快速追赶国外先进水平。在插电式乘用车领域，上汽捷能、长安新能源科技、广汽新能源、吉利汽车等纷纷推出了自主的机电耦合集成产品，并纷纷投产，我国新能源汽车动力总成产业链的自主创新能力持续增强。2018年，深圳比亚迪微电子、嘉兴斯达微电子、株洲中车时代电动等企业纷纷开发出自主的车用IGBT芯片、双面冷却IGBT模块封装和高功率密度电机控制器。经过多年的持续研发与验证，我国已经陆续突破了沟槽栅场终止型IGBT芯片设计和制造、模块封装设计和制造、大功率器件测试应用等关键技术与工艺，在产品性能和封装水平方面与国外同类产品相当，我国车规级IGBT已经开始在新能源汽车领域大规模应用。同时，上汽集团与英飞凌合资的无锡工厂顺利开工，为国内新能源汽车进行IGBT器件配套生产。利用IGBT双面冷却芯片和电力电子高效集成技术，提升集成度、功率密度和效率成为电机控制器的重要发展方向；低阻大电流碳化硅芯片发展迅速，双面焊接SiC封装及全SiC电机控制器开始在新能源汽车应用；高效高密度是乘用车电机明确的发展方向，三合一电驱动总成已成为乘用车驱动系统主流；扁导线绕组工艺成为提升转矩和功率密度以及效率的有效手段，低重稀土永磁材料、高磁感低损耗无取向硅钢等新型材料已开始应用。（一）IGBT器件性能持续提升，高效冷却与高效散热是主流在IGBT器件及控制器方面，芯片大电流与集成电流温度元胞检测、芯片双面焊接单/双面冷却、系统级封装是当前国外电机控制器主流封装形式。在IGBT芯片方面，以富士为代表，采用RC-IGBT技术（逆导型IGBT）推出了集成芯片电流和结温检测的IGBT芯片及集成高效冷却结构的封装模块（见图1a），可大幅度提升芯片电流能力的近限利用；英飞凌利用银浆烧结技术和高效导热基板技术，采用相同的IGBT芯片和封装模块尺寸（见图1b），提升芯片电流能力达到30%以上；丹佛斯采用独特的Waveflow（波浪流动）冷却技术，结合银浆烧结工艺与高效导热基板材料，推出了系列化的芯片双面焊接单面冷却的IGBT模块（见图1c），模块电流与功率密度大大提升。![]()
日本电装、德国博世、大陆等采用电力电子系统级封装集成技术，研制的电机控制器产品功率密度达16~24kW/L以上。我国电机控制器经过近三年科技项目支持和企业持续自主创新，开发了基于芯片双面焊接技术的高功率密度电机控制器，控制器的功率密度指标与国外同类产品相近。另外，在高性能乘用车应用领域，如特斯拉、保时捷等提出了直流800V电压平台，我国也设立了专项对800V系统从整车、动力系统、充电等多方面进行可行性研究。关于800V电压制式，因为涉及充电基础设施、车载充电机的配置比例等多种条件，目前仍无法判断其技术方向和市场规模。（二）碳化硅芯片器件、集成开始在新能源汽车装车应用在碳化硅器件研发方面，有以Cree为代表的平面型900V/196A SiC DMOS，以罗姆为代表的双沟槽650V/118A SiC UMOSFET和以英飞凌为代表的单侧沟槽1200V/93A SiC UMOSFET。我国中电五十五所、中车、西安电子科技大学、中科院微电子所分别研制出1200V/50A SiC DMOSFET器件，在大电流SiC芯片产品化方面正在加速追赶。在碳化硅模块封装方面，平面型双面焊接封装结构和高温封装材料的应用使模块热阻大幅度降低，600V/100A SiC MOS模块结温可达225℃；丰田、安川推出全SiC PCU，样车在工况下较IGBT PCU损耗降低30%；我国中车、电工所推出了1200V/400A Pinfin封装结构SiC模块，在封装结构和焊接材料封面领域取得进展。法国Yole公司预测，2018年后SiC器件将开始应用于电动汽车大功率电机驱动领域，特斯拉、丰田率先在新能源汽车上实现全碳化硅器件控制器应用。电装采用双面焊接与双面冷却集成技术，实现了全SiC控制器的小型化和高效化，在丰田燃料电池汽车上开始应用。特斯拉采用标准SiC器件并联方式，研制的全SiC电机控制器，实现了大电流输出（800Arms）。我国中科院电工所、比亚迪、精进电动等研制了SiC电机控制器样机。其中，电工所研制了基于HP1模块封装和集成冷却的膜电容器，研制出功率密度达到37.1kW/L的电机控制器，性能指标达到国际先进水平。典型全SiC电机控制器如图2所示。![]()
（三）高效高密度是驱动电机技术方向，扁导线定子扩大应用在高密度驱动电机方面，国外如大众、沃尔沃、克莱斯勒等驱动电机最高转速不断提升，最高达到14000~16000rpm；特斯拉Model 3电机进一步将转速提升至17900rpm，并实现了与减速器一体化冷却。我国驱动电机功率密度、效率等整体技术提升很快，技术水平与国外同类产品相当。从驱动电机定子绕组结构上看，发卡式绕组/扁导线绕组因具有高槽满率和低直流电阻，在中低速运行区域相对于圆导线电机具有效率优势，成为乘用车驱动电机明确的技术方向之一。我国华域电动、精进电动、汇川技术、松正电机、上海电驱动等多家企业研制了发卡式绕组的乘用车驱动电机样机，其中华域电动采用发卡式绕组电机应用于上汽EDU 2代PHEV和纯电动轿车，率先实现了量产；精进电动研制了发卡式绕组乘用车电机样机，功率密度达到4.4kW/kg以上。典型扁导线定子如图3所示。![]()
在商用车电机方面，水冷直驱永磁电机的峰值转矩密度达到20.0Nm/kg（60s），额定转矩密度达到11.5Nm/kg，峰值效率达到96.5%，并批量化生产及装车；佩特来电驱动研制出采用扁导线定子的外转子直驱电机，输出转矩达到3500Nm，并实现量产；松正电机、菲仕电机等研制出扁导线定子直驱电机样机，并进行样车试验。典型样机如图4所示。![]()
在驱动电机材料方面，我国采用纳米粒子与漆包线漆基体树脂的复合技术，解决了纳米粒子在漆包线漆基体树脂中难分散的技术瓶颈，制备出耐电晕漆包线漆和耐电晕漆包铜圆线。运用球形的纳米级二氧化硅对聚酯亚胺浸渍树脂进行改性，制备出纳米粒子改性聚酯亚胺浸渍树脂，性能指标超过国外同类产品。同时，采用低重稀土永磁体晶界渗透工艺，减少重稀土含量，性能指标与钕铁硼永磁体相当。在高性能硅钢片方面，我国研制了0.2~0.3mm系列化硅钢片，导磁和铁耗等性能较同类产品有所提升，特别掌握了温度对硅钢产品磁性和机械性能的影响，提升了电机精细化设计水平。（四）三合一电驱动总成产品持续优化，成为乘用车主流应用在三合一电驱动总成方面，以大陆、麦格纳、吉凯恩、博世、采尔福、日本电产等为代表的电驱动系统集成商推出了电驱动一体化总成产品，成为乘用车驱动系统主要应用类型。我国上海电驱动、精进电动、中车时代、巨一自动化、比亚迪、上汽等均推出了三合一集成电驱动总成系统。其中上海电驱动125kW三合一总成系统率先实现了在长安EV460电动汽车批量应用，比亚迪元EV360、广汽Aion S等纯电动乘用车也开始批量上市。典型电驱动总成如图5所示。![]()
在轮毂电动轮总成方面，国外报道了多种电动轮集成方式，均采用水冷结构，部分样机集成了电力电子控制器模块，具有高转矩密度和集成度。继浙江万安、威孚高科、泰特电机之后，广州恒大先后收购了荷兰e-Traction 70%股权、英国Protean 100%股权，布局商用车和乘用车轮毂电机技术。e-Traction应用于商用车的直驱轮毂电机最大转矩6000Nm，峰值功率182kW，电机质量500kg，转矩密度达到13.6Nm/kg；Protean第四代轮毂电机输出转矩达到1250Nm，峰值功率80kW，电机重量36kg，具有很高的集成度。典型轮毂电机如图6所示。![]()
（六）48V BSG总成完成产品开发，48V技术进一步拓展在48V BSG集成一体化总成方面，国外大陆、博世、法雷奥、马瑞利等已经推出了48V BSG样机，包括混合励磁爪极电机、永磁同步电机和交流异步电机等多种形式，冷却方式有水冷和风冷两类。我国上海电驱动完成了风冷异步48V BSG总成产品开发验证，并即将实现量产配套，产能达到247万台/套。除了P0构型外，大陆、博世、法雷奥、麦格纳均推出了大功率48V驱动电机系统，与变速器进行集成。其中，法雷奥、德尔福推出48V P1构型为戴姆勒配套，法雷奥、联合电子等推出48V驱动电机总成及电机与减速器总成（见图7b、7c），应用于混合动力乘用车。相比于48V P0系统，这类构型对48V系统的输出功率、电流能力、转矩能力均提出了更高的要求，并带来更高的节油率贡献。![]()
1.行业对国产电力电子器件缺乏认同，器件应用需加快推进目前，绝大部分电力电子芯片市场被国外几家芯片巨头占据，国产化芯片实际市场应用较少。我国已经研制出性能和国外同类产品相当的IGBT器件产品，但整车企业普遍因为器件验证不足而不能接受国内器件。前期出现了英飞凌全球半导体器件供货紧张状态，中国市场供货量受到大幅度削减，如果不能推动国产化器件应用，将始终难以确保我国新能源汽车产业的健康发展。2.我国碳化硅器件与国外先进水平差距较大，测评方法缺乏在碳化硅芯片研究和产品开发方面，国外采用4英寸或者6英寸晶圆制造的芯片已达到100A及以上，我国多采用4英寸晶圆，器件电流等级为25~50A。面对技术差距及行业需求，我国需要在碳化硅器件结构研发、高温封装材料和关键工艺技术方面大量投入，进一步开发提高器件电流密度的各项技术手段，并获得成熟、可靠应用的工作需紧迫开展。同时，业界普遍缺乏碳化硅模块高温特性的标准评测方法和相关准则。为了抢占第三代半导体行业的制高点，需要加快推动我国第三代宽禁带半导体器件标准体系建设，解决我国新一代半导体芯片和模块的“卡脖子”问题。3.面向未来技术，我国电驱动系统技术创新步伐需要加快2017年，美国DOE发布了面向2025年电动汽车用电机驱动系统发展路线图，提出2025年电机驱动控制器功率密度要达到100kW/L，电机功率密度达到50kW/L，其中控制器功率密度指标远远超过我国2020年36kW/L的指标。据分析，DOE相关指标主要来源于电动汽车对电机驱动系统功率密度等的需求，而非当前技术可预期的目标。需要组织我国电驱动行业优势资源，加快就电机驱动系统可能出现的如超级导线等“黑科技”开展科学研究。4.持续降成本依然是我国驱动电机产业面临的主要挑战近年来，国家补贴政策持续退坡，整车企业对驱动电机企业提出了更低的目标价格要求，特别在商用车领域，新进电机企业出现了非理性的价格竞争。同时，钢材、稀土等原材料价格出现了较大的波动，国际功率半导体器件出现了一定程度的供货紧张。这些综合因素使得我国主要驱动电机企业的利润均出现了大幅度降低。如何持续提升产品性能，保持国际先进水平，持续降低产品成本依然是我国驱动电机企业需要解决的主要问题。同时，随着国家放开对合资企业的股比限制，更多的国外整车企业、动力总成或驱动电机企业将通过合资合作方式进入中国，我国新能源汽车市场多样化将更加明显，产业和资源的竞争会继续加剧。1.发挥顶层设计优势，加大研发投入，推进我国半导体器件产业化进程近期，我国正在开展节能与新能源汽车技术路线图2.0版修订工作，电驱动系统作为独立的领域成为一个主要研究方向。第三代宽禁带半导体器件是下一代电驱动系统的关键核心器件。我国需要发挥顶层设计优势，通过多个部委联动和项目设置，持续加大研发投入，在器件设计技术、外延材料、关键工艺、关键装备、生产线等方面加大投资力度，吸引更多的优势企业投入该行业，推动第三代宽禁带半导体产业化。2.加快新技术研发与革新，持续提升我国电驱动产业的竞争力对于我国电驱动研发与生产企业，一是要通过持续技术攻关与工艺突破，提升原材料利用率和产品技术水平，降低电机及控制器材料成本。二是要加快我国自主材料和器件应用验证，特别在功率半导体领域，营造一个鼓励国产IGBT器件制造商自主开发汽车用产品的环境，呼吁我国整车企业给国内功率器件更多装车验证和示范应用机会，鼓励整车厂指导并为国产IGBT的应用创造条件。同时，通过加快验证和技术迭代，增强我国电驱动系统的抗风险和自主创新能力。三是要通过产品的平台化和通用化，提升单个产品的产能，降低制造和管理成本。针对细分市场和产品，持续增加研发和制造投资，开发有竞争优势的高性价比产品。3.开展多种形式的合资合作，推动我国驱动电机产业的发展2019年已经实施的双积分政策和2020年油耗法规限值政策，促使我国本土整车企业和合资企业均加快了在新能源汽车产业的布局。建议重点做好补贴退坡策略及政策的延续性工作，一方面注重补贴资金的延续和递减的合理性，并注重不同地区的特征和发展差异,同时制定有效的中长期保障措施，减轻企业压力，减少市场冲击和波动；另一方面国家补贴政策应由整车向核心零部件转移，核心零部件产业更需要培育和扶持，以更好地保证整个产业链的协同发展。（完）
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