2020年12月3-4日，由蓋世汽車主辦，上海市嘉定區經濟委員會特別支持的「2020中國汽車動力總成電氣化國際峰會」在上海汽車城瑞立隆重召開。峰會期間，聯合汽車電子電力驅動業務部產品管理總監程捷先生發表了精彩講話。
聯合汽車電子電力驅動業務部產品管理總監程捷先生
以下為演講實錄：
非常高興來到這個會場，與這麼多的同行交流，剛才華為的彭總做了一個很好的總結，我也非常高興地看到我們不斷有新的做電驅動系統的參與者一起進來把這個市場做大。
今天我講的題目重點是效率。我們聯合汽車電子（以下簡稱為「聯電」）做電橋已經做了好多年了，近幾年來我們在效率這個題目上的思考和總結，可能不像彭總說的這麼宏大，我是就效率這個點上有一些總結，希望帶到這裡跟各位專家探討一下。
說到效率，我們理解的主機廠在提出電橋這一開發需求時，它們有幾個考慮的點，最高車速、加速性、爬坡程度和續航裡程。這個地方我們就要提到效率跟續航裡程，也就是成本最密切相關的。當然還有其他的因素，比如說峰值效率、工況效率、高效區面積等等，但是最終成本換算到電橋的技術指標上面其實就是效率，所以這是今天我的演講題目中為什麼把效率放到這麼高的地位來討論的出發點，因為它其實就是成本。這也是目前我理解的新能源汽車，主機廠最關注的問題，因為到現在為止整個行業都沒有賺錢，不管是主機廠還是我們供應商都沒有。所以我們要一起把這個成本做下來，幫助主機廠賺錢，從而實現大家一起賺錢。所以今天我們的題目定的是效率。
說到效率，其實可能有點虛，所以說我們舉一個非常具體的例子。過去幾年，聯電分析了市場上一些主流電橋的樣品，舉其中一個樣品的例子我們一起來看一下效率是怎麼影響到成本。
大家可以看到，屏幕上的這張圖是我們測試的一個市場中主流的電橋樣品的效率，右邊這張圖是我們將這個樣品與聯電樣品做了一個效率的偏差，我們在大於80%的效率範圍和常溫續航裡程和低溫續航裡程上表現更優。你可以直觀地感受到這個效率的偏差可能會在常溫上帶來15公裡的續航裡程差異，而在低溫的時候兩者差異還會進一步擴大。
我們做一些簡單的數學運算，如果續航裡程在常溫下假設提升了3.2%的話，我們把它換算到電池成本的節約就是1,484塊錢；如果用低溫更大的差異來換算的話，甚至會節約2,100塊錢。也就是說選一個效率高一點的電橋和效率一般的電橋，可能在主機廠的電池用量上會有1,500-2,100塊錢的成本差距。
然後，我們專注到低溫的性能上，這個可能是過去業界在討論效率的時候沒有特別關注到的一個點。剛剛我們說到，這個效率在常溫和低溫下會有差異，這種差異可能會導致差距進一步拉大，這個地方我想強調的就是效率的提升會實實在在帶來電池成本的節約。這個是主機廠最看重的一點，也是我們開發電橋產品最重要的出發點。
回到我們三合一電橋的三個零部件加電橋系統，今天我們討論電橋系統解決方案的時候首先還是要看到我們在三個零部件上分別能做什麼樣的工作？接下來再看在整個電橋系統上還有哪些可以進一步優化？所以我們接下來將圍繞這四個點來展開討論。
首先，我們看到的是控制器的優化。實際上我們展示的這個圖片是我們聯電自己在太倉廠自行封裝的模塊，這個是示意圖。這個模塊跟我們在市面上看到主流的模塊有非常大的差異，黑色三塊像塑料一樣的東西我們叫它轉膜封裝，現在市場上大家能買到的主流產品都是所謂的引線框架結構，裡面是灌膠的。所以說可以看到我們這個模塊的特點，就是它最重要，它更強的散熱性能和更低的寄生電阻，這兩點都會是這個模塊的效率貢獻使得控制器的效率大幅提高，也就是我這個題目上面寫的。實際上控制器的效率有70%由模塊的效率來決定。
這邊也可以舉一個比較形象的例子，好比200kW比較重的SUV用的電橋產品，它在模塊上的散熱有可能會有6kW，也就是說這個模塊工作的時候就是這麼大的模塊，它就像一個電磁爐一樣會發出6kW的熱量，而這些熱量是完全被消耗掉的，所以模塊的效率提升對整個系統的效率提升是非常重要的，這個也是為什麼我們聯電在做電橋、控制器、電機之外在模塊上面也有投入的原因。
我們詳細來看一下這個模塊跟市場上主流的產品好在哪？或者說它為什麼能夠達到這麼好的性能，這邊列了兩個圖，左邊這張圖的紅線就是我們這個模塊採用的工藝，可以看到這個左上角的圖片裡面一些亮晶晶的銅板。我們在功率器件上面並沒有採用市場上常用綁定線工藝，我們兩面都是用銅片把這個產品的功率連接出去，這樣我們在靜態損耗上就比市場上常見的這種採用鋁線綁定的要降低18%，所以說靜態損耗的降低這是一個方面。
右邊這張圖說的是除了靜態的損耗大家還要關注到瞬態的熱阻。在模塊出峰值功率10s、20s的時間，由於我們採用了非常大的銅片，能夠快速把熱帶走，比如說我們加速的頭0.1-1s的時候可以實現瞬態熱阻降低33%，進而讓我們的模塊與市面上同類產品相比寄生電阻低90%。這也就奠定了我們整個電橋效率的基礎。
下面我們再來看電機。我們其實是業內較早推動扁線電機方案的企業，與市面上普通的繞線電機相比，我們有兩端雷射焊接的工藝。對比最重要的槽滿率指標，我們可以達到73%，而繞線電機僅有48%。在生產工藝上，聯電較為看重生產穩定性，所以我們不光要去看它的設計還要看這樣的電機在生產工藝上會不會有助於我們大批量生產。
大家可以非常直觀地對比上下兩張圖片，繞線的電機實際上很難實現大批量穩定的生產，而下面這種我們可以用雷射焊接工藝，可以用很多自動的工序來保證焊接質量，這一點對長期需要大批量生產來說非常重要。基於這一點，我們在電機效率上面從95%提高到97%，並且高效區間也有提高，從而在整體上可以做到三個點的提高。因此，採用扁線電機是聯電在電橋設計中非常重要的技術選擇。
第三塊就是減速器。我們跟業界主流的減速器廠都有合作，所以左邊這張圖展示地就是採用不同的速比效率也會有區別。速比首先是我們跟主機廠要去探討的，因為這會受到不同因素的影響，比如說車速、扭矩，所以我們需要在速比上找到一個合適的組合。
右邊展示的剛才彭總也提到了，就是所謂的Ai多目標的優化，實際上我們也有在做。關於減速器，可能大家會理解這是一個純機械件，但是這個純機械鍵裡面有非常多的考慮。舉個例子，像NVH這種東西說實在的可以理解為一種玄學，但這同樣需要嚴肅考慮，因為效率是需要考慮軸承的壽命和整個箱子的成本，所以我們做減速器設計的時候會做一個多目標的優化，就是說把這些參數全部弄到我們的仿真系統裡面，我們去尋找幾個最優的組合，接下來再去做樣品和測試，這個是我們做減速器這一塊的考慮。
所以雖然說可能從效率出發可以做一個非常高效的，但最後這個成品並不是客戶最想要的，我們需要在這兩者間尋找一個平衡。這是針對減速器，我想說的一點。
最後我們就到了電橋的整個系統上面。這裡要舉的例子其實是我們在控制策略上經歷的一個過程，左圖就是展示了逆變器在工作過程中的電壓波形和電流波形。在這個過程中這些損耗實際上它發生在開通、關斷和導通這三個過程，分別有開關和導通損耗。為了降低開關損耗，最重要的是就是要對頻率進行優化，聯電控制器的發展歷程經歷了從單一控制頻率到兩個控制頻率可調，現在最新的一代是所謂的連續變頻控制，所以右邊這個圖是一個map的例子。在不同的轉速下不同的扭矩應該採取不一樣的控制頻率，這些控制頻率是通過不同的匹配數據積累，我們所形成的一個很好的map，使得我們控制器在採取連續可調的控制頻率時可以將電橋的工況效率提高0.6%-1%，這是電橋系統層面非常重要的措施。
這邊做一個總結，我們說到在單獨零部件級別，電機採用的是高槽滿率的扁線電機，當然也要考慮客戶的實際工況，這是一個。還有就是我們在功率模塊上是完全自製的方案，它的特點就是採用轉膜封裝的功率模塊，在模塊上本身就可以達到了高的效率。然後是先進的控制策略，包括連續可調的變頻還有過調製這些策略的加持。
基於以上這些，聯電目前已經開發出三款產品，覆蓋100kW、150kW和200kW。其中，100kw產品的重量59kg，最高效率可以達到93.2%，目前已裝在在長城汽車的產品上，隨著客戶的上量我們也在快速爬坡，另外200kw和150kw的產品將會在明年上半年進行批產。
最後我們其實還有一個展望，就是在效率這個議題下面，下一代電橋需要做的工作就是要把電控裡面的模塊升級到碳化矽。實際上聯電也做了非常多相關的預研工作，這裡展示的這些圖是我們的實測結果。我們可以看到效率的map，從矽到碳化矽以後大概是3%左右的提升，換算到循環效率上大概有一個翻倍的關係，因為不光是驅動，在發電的時候也會提高效率，所以右上角這張圖展示的就是在500伏、800伏，從A00到大型SUV等不同車上，我們在電耗上面都可以實現5%-6%的節約，這是一個巨大的飛躍。
前面我們說了半天可能在電橋上，比如說通過控制策略的優化能夠提升一個點，然後電機再提升一、兩個點，但是這邊光上碳化矽就能夠提升五到七個點，我們現在就以5%這個相對保守的數字來計算成本，若按100度電的車子來算，電池成本就可以節約4000塊錢。因此，我們認為碳化矽會隨著大度數車輛，如100度電這種車輛率先導入，因為它省的電池成本足以平衡掉多付出買碳化矽模塊的錢。隨著它的導入，碳化矽就會慢慢上量，時間我們認為大概在2023年前後。
除此之外它還會帶來更加靜音的系統，因為碳化矽系統的驅動頻率可以提升到20kHz，它會消除掉10kHz的噪音，使得逆變器噪音降低20db，所以說下一代的電橋會變得更高效、更安靜。這也是我們一直在致力於做的下一代開發。
最後做一個總結，聯電在新能源領域已經做了10年的工作，現在我們有兩個生產基地，在上海廠主要做的是電力電子的控制器，包括直流轉換器；在太倉，我們也做了大手筆的投資用於建設新能源專用工廠，現在已開始批量投產，其中包括明年要上150kW和200kW的電橋；電機的產量也在爬升中，其中包括功率模塊從今年7月份開始，我們也已經完全實現了自主的生產，除了晶圓，其他的我們都會逐漸變成本地化的產品，包括給海外的主機廠供貨。
總體來講我們已經在這一塊幹了十多年，希望日後跟大家一起見證新能源行業的成長，謝謝大家！