高效驱动,助力新能源汽车高质量发展

——访浙江方正电机股份有限公司总经理兼新能源电驱事业部总裁牛铭奎博士

作者:文二霞 发布时间:2021-07-11
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在新能源汽车诸多关键技术领域中,电驱动为核心技术之一。在2021TMC众多大咖之中,技术出身且专注电机研发的企业高管牛铭奎博士给记者印象最深。我们以电机为点,以牛铭奎博士为线,勾勒出当前新能源汽车电驱动领域发展的一面。AI《汽车制造业》以2021TMC为契机,报道自主研发的零部件企业和典型技术人物,为行业带来有价值的分享和思考,以期在建党百年之际,助力汽车强国梦。

据2021年上半年全国汽车产销最新数据显示,新能源汽车销量再创新高。“1-6月,新能源汽车产销分别完成121.5万辆和120.6万辆,同比均增长2倍,目前新能源汽车累计销量已与2019年全年水平持平。”

从某种程度上这组数据恰好印证了一位行家在2021TMC期间接受采访时所言。深耕新能源汽车领域10多年的牛铭奎博士告诉记者:“2021年是一个拐点,新能源汽车开始进入爆发式增长。这个拐点对行业来讲,不会是一两个月转完,可能需要三至四年的时间。拐点之后,整个新能源汽车行业将迎来新的局面。”

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浙江方正电机股份有限公司总经理兼新能源电驱事业部总裁牛铭奎博士

深谙技术,致力电机研发

提到新能源汽车,我们最关注核心零部件,而驱动电机及其控制系统很重要,因其是实现机械能与电能转换的关键。牛铭奎博士说:“我们希望紧抓机遇,致力发展成为电机行业的龙头。”

敢以“龙头”为目标,牛铭奎博士是有这个底气的。

在汽车行业波澜壮阔的发展历程中,有很多典型的人物在各领域闪烁独特光芒。牛铭奎博士正是其中一位。做变速器研发出身的牛博士,曾师从我国自动变速器开拓者、奠基人葛安林教授,并在吉林大学做过老师;他曾到德国舍弗勒工作,并负责当时大众的DSG双离合器项目;他曾在舍弗勒工作10年开创并负责电驱动业务; 2018年开始担任浙江方正电机股份有限公司总经理兼新能源电驱事业部总裁。基于这种经历和资历为背书,毫无疑问,他是新能源领域资深专家,而且兼具带领团队向行业“龙头”发展的能力、实力和潜力!

无论从科研到实践,还是从国内到海外;无论从全球汽车零部件巨头独当一面的干将,还是到国内自主研发零部件企业的部门统帅。在牛博士自己的心目中,技术研发永远都是偏爱。他甚至坦言在资源分配时也会向研发部门有一定倾斜。

不管是变速器、电机,还是整个动力总成、电驱系统,它们之间密切相关,需要精准匹配。如果研发者深谙各模块的技术,便能更好地洞察和研发其想达到的目标。在方正电机,牛博士和其研发团队有着这样的目标共识和技术默契。

扁线电机,当前驱动电机主流

记者了解到,未来整个电机转速会进一步提高,小型化且高速的电机将会成为重点。对于电机来说,转子的强度及轴承都面临新挑战。另外,未来对于电动车的电气化架构,域控制器将是一个趋势,其中电机控制器将会承载越来越多的任务。

关于电机绕组技术,目前扁线电机是主要的解决方案。但是随着转速提高,由于交流损耗,会限制高转速的应用。扁线电机在 14000r/min 以上转速的性能、效率与温升指标,相对圆线电机会有一定程度变差,扁线电机的平台化设计相对圆线电机也会变得更加困难。针对技术突破点,来自方正电机的研发人员在分析了道路工况、使用环境及社会环境后,对比不同类型电机的优缺点及各自适用场景,展开详细的分析和讨论,并提供了其扁线电机解决方案,包括更改转子设计与轴向长度等。

牛铭奎博士说道:“我们在丽水有一个研究院,其中专门设立了新能源扁线电机研究中心。据我了解应该是国内第一家专门针对新能源扁线电机的研究中心。我们特别关注新材料,从基础材料研究做起,设立了材料实验室以研究材料特性,例如扁线漆包线的检测会进行针对整个漆皮均匀程度的研究,包括在扁线加工过程之中的细微损伤等;针对耐久和老化方面,我们会对于整机、定转子与所有零部件层级分别进行试验验证;我们还非常注重工艺研究,重点关注工艺与材料选型、设计的匹配与迭代,这是扁线电机产品开发最重要的环节之一。我们在扁线电机研究中心可以完成整个扁线电机的样件制造。” 

电驱动技术未来发展方向与挑战

当前新能源汽车面临不同的技术发展路径。高速和高电压电机、多档变速器、深度系统集成、平台化开发、新型电机及逆变器、系统及零部件NVH优化、热管理、高速轴承和密封、油冷电机润滑以及低成本电池方案, 目前电驱动系统呈现出全方位和系统级创新的局面。

发展新能源汽车,成本是一个绕不开的话题。“我们想在保持功率转矩性能指标不变的情况下把成本降下来,从电机里面来讲肯定希望提高功率密度。一个有效方式就是通过提高转速来实现,毕竟通过增加功率密度可以在同等性能情况下减少材料的用量,而且电机用的材料价格较高。转速提升之后除了对轴承、油封带来比较大的挑战,对电机自身特别是扁线电机确实也会带来一些挑战。”牛铭奎博士表示:“扁线电机在高转速的时候,特别是现在开发的产品,在14000r/min 转速的时候集肤效应开始凸显,会使电机的输出功率及效率有一定幅度的下降。”

解决这个问题,方正电机现在已经有一些手段在应用之中,例如磁钢的分段粘贴,以及近期看得到的一些其它可能的手段等。牛铭奎博士补充道:“从根本上要大幅度的改善,还是跟油冷的结合。2018年方正电机在确定产品开发方向的时候,我们坚定认准整个电机要往高速化方向发展,要往高压方向发展,要往扁线方向发展,还要往油冷方向发展。油冷能够在高速的时候把热量更多的带走,降低电机自身热的积累,是一个非常有利的方面。这几个都是在近期我们在采用的手段,开发工作已经在进行之中。”

轮毂电机、分布式驱动技术在未来几年是不是存在可行性?是不是可以给用户带来横向挪车等更多新奇的体验? 牛铭奎博士表示:“我做过轮毂电机的一些研究和开发。车辆的能源从原来的化学燃料转化为电能之后,会伴随整车很多的变化,以至于新能源时代到来的时候,新能源汽车应该有一些脱胎换骨的变化。我们现在驱动总成的布置方式、电池包布置方式有了一些发展,但是感觉还达不到划时代的期望。轮毂电机确实是一种可能让汽车发生脱胎换骨变化的技术,虽然并非一定是将来的最终解决方案,但起码是可能的解决方案之一。”

目前,虽然分布式驱动还没有实现轮毂电机的量产,但已经有车型开始采用双电机、三电机等进行驱动。从结构上来讲,分布式驱动与轮毂电机不完全相同,但是已经开始实现一些轮毂电机能够实现的驾驶特性,如扭矩矢量控制等。牛铭奎博士相信,未来几年一定会有越来越多的新技术新产品出现,将来的电动车会有进一步的进化,包括一些脱胎换骨的变化。

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牛铭奎博士接受AI《汽车制造业》记者采访 

牛铭奎博士在舍弗勒工作的时候曾研究过轮毂电机。舍弗勒(德国)2006年成立的轮毂电机开发团队,采用的是直驱方式。但是牛铭奎博士希望寻找新的设计方案,根据车辆的具体需求,以及不同的级别车辆里面的应用情况,去寻找最合适的技术路线。舍弗勒中国是在2014年成立了轮毂电机团队,经过多年的开发之后,制作了样品,也搭建了样车。目前,舍弗勒把全球轮毂电机业务的总部放在了中国。

“我们做过大量的针对性的研究与测试,在中国以某款车为例,通过在车辆前驱、后驱、四驱分别增加簧下质量,进行对比测试,并请专业试车员来做评测,同时也装了许多的传感器,既做了主观评价也做了客观评价。”牛铭奎博士坦言:“在这款车上没有看到簧下质量带来明显的负面影响。德国同行也做过相类似的分析,如果在强调运动性的车辆上确实有一些影响,但对于我们普通家庭用途的车辆没有明显影响。”

修炼核心技术,布局品牌出海

针对电驱动技术,百家争鸣,虽有相似,却各有不同。我们在2021TMC看到来自科研机构、主机厂、零部件供应商等30多家公司的高层技术负责人和专家分享了他们对未来技术趋势的研究、技术战略及最新的产品研发成果和研发方法。

根据节能与新能源汽车技术路线图2.0及国外的研究,电驱动系统在效率、功率密度、成本这三大关键指标上仍有巨大改善空间。此外,电驱动系统及与整车匹配的NVH优化、可靠性、功能安全和EMC等也是电动汽车的核心性能,涉及用户的驾驶体验,也有很大的提升潜力。

什么叫核心技术?牛铭奎博士最后说道:“核心技术就像‘剥洋葱’,大家要知道对自己最核心的部分是什么,方正电机对自己的‘洋葱’核心部分肯定会继续加大力度深入研究。我们也在布局品牌出海,不仅开始在为欧洲的一家零部件巨头供应电机产品,而且也在与日本的客户保持密切沟通探讨合作机会。我们认为,中国企业如果想做大做强,一定要走出去与狼共舞,要走到国际舞台与国际同行同台竞技!”


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