【原創】華域電動高壓扁線電機關鍵技術探討

今天主要圍繞是第三部分高壓絕緣部分，一提到新能源汽車大家說的最多的就是里程焦慮，但這個里程焦慮從我個人的理解，真正焦慮的未必是里程，舉個例子像我之前開的油車它的續航也就是450公里左右，但開了好多年從來沒有真正焦慮過里程，這個原因也很簡單，我開的油車可以在很方便的5公里范圍內找到一個加油站，我加一次油可能就幾分鐘補完能量，但像我們現在的電車就有這方面的問題。

首先它補能的充電站到底有沒有這么多，當然這是個基礎建設的問題，除了充電站之外還有一個要關注的就是補能的時間，比如我半個小時或者一個小時的補能，前段我有個同事就遇到這個問題，他從浦東機場打車回家11點多了，結果開到一半車沒電了，又等人家將近半個小時的時間，這個感受還是非常差的。而提升它的電壓對充電時間有很大的好處，就是可以大大縮短充電時間。

所以現在看起來很多整車企業都有高壓平臺的需求，如果來了高壓后比如800V現在很多都量產應用了未來是不是再往上提升1000V、1200V，這個我個人認為還是有可能性的。

高壓給我電機帶來哪些問題首當其沖就是剛才提到的絕緣系統是比較大的問題，同樣對軸電壓還有EMC，針對這些問題有相應的解決措施，但我們今天主要聊的還是絕緣。

第二部分就是講講高壓對于驅動電機絕緣系統的影響。對于絕緣系統的挑戰，大家都知道絕緣系統會隨著應用時間的延續逐漸老化，受到的一些應力（熱、環境、機械、電）都會導致絕緣系統的衰減和老化。尤其現在我們用了控制器，電機都需要進行調速的，有了控制器之后，尤其是高壓的控制器對我高頻的接風、電壓以及快速的風級電壓上升時間這都是對絕緣系統帶來很大的挑戰。

左邊這個圖我們做了一些測試，比如說在400V和800V的時候，開關頻率400V是10Hz，到了800V20Hz，上升時間高壓之后也是大大提升。再就是最大的峰值電壓有一個明顯的上升，這些都是給我們絕緣系統帶來很大的獨立影響。

對于絕緣系統到了高壓以后我們要進行哪些加強？第一肯定電氣強度進行補強，要么提高TDIV的性能，要么就是耐電暈的能力提升，還有一些是爬電和安全汽笛有一些變化。目前來說，我見到針對800V的絕緣系統，一般是一型、二型基本上都有，市面上一型絕緣也有（高PDIV），還有二型絕緣，我們現在做的以二型絕緣為主，有耐電暈。我個人判斷這個電壓后面還會進一步上升，電壓的上升可以給消費者帶來一些感官上的收益。比如現在電機轉速的提升，但是你回過頭來想轉速的提升能給消費者帶來什么，消費者未必會感受到，但是你的充電時間是實打實的。你原來如果是做了高壓15分鐘能充滿現在到10分鐘，還是有很好的體驗。

華域電動在絕緣系統的研究上做了一些工作也做了一個交流。我們從2019年底就決定要做策劃高壓的電機絕緣平臺的研發，也是從幾個方面，首先從材料級、電樞級、整機，最后的目的是要形成自己的一套技術規范，包括絕緣系統的檢測方法以及評定標準。為什么這么做呢？因為我們在電機的絕緣標準是有的，但是針對新能源汽車，我們在2019年做的時候根本沒有，怎么驗證這些材料，怎么驗證電樞能力都沒有統一的方法，我們也是通過這些研究總結出自己一套方法之后，最終目的是萬一以后電壓進一步提升，比如說到了1200V甚至1500V以后我們難道還要從頭做一遍嗎？有了這套方法我們可以按部就班的很快迭代。

這是一些案例。我們對于材料做了一個驗證，我們從市面上把當時能在找到所有的絕緣材料、絕緣紙、PECK線做了很多的驗證，做了一個材料級的驗證，從這里面選取我們認為可以滿足高壓需求的，進行下一步的電樞經驗。把不同的絕緣材料做成了相應的絕緣系統，從材料到系統看起來好像是一個簡單的組合，從測試中也能看到問題，絕緣材料測試出來的性能基本上比較接近，能夠滿足我高壓需要的，但是不同的組合最后做完老化之后差距非常大，這不僅僅是電樞的熱老化，你把電熱老化加在一起變化還會更大。

光選擇絕緣材料只是一方面，絕緣系統的搭建還是要做很多研究的，我們也是經過好幾輪的研究得出一套系統，目的形成自己的一套技術規范，只是列了一部分，我們形成的一些指導性的工藝文件包括驗證技術規范。有了它們之后，我們后面做更高壓驅動電機的電壓等級有了相應的方法和標準，至少我們公司內部是有的。剛才的方法做完之后也會進行一個整機的DV、PV的驗證，最后才能真正形成量產。

第四部分，分享一下華域電動從去年開始做U mini繞組技術的研發。我們預測后面的電壓還會進一步提升，我們U mini的技術在研發過程中就考慮到高壓化的應用。

介紹一下什么是U mini繞組技術。在我們原有的Hair-pin技術基礎上做了一個更新和迭代，得到的收益是四個方面。一個是輕量化，用了U mini之后我的繞組端部可以進一步縮短，端部縮短重量會相應減輕、效率可以提升（電阻小了）、高可靠性，因為這個技術是在原有的技術上的迭代，意味著原有Hair-pin技術能夠實現的，U mini技術都能夠保證。比如以后800V電壓等級的需求，焊接質量跟以前是一樣的，這樣在一些惡劣工況下的應用也是沒有什么問題的。

高成熟度，這部分也要跟大家提一下。我們技術提升并不需要把產線做很大的調整，其實90—95%的設備可以沿用，大概只有5%左右的參數需要調整，這樣都后續投資、以前設備的利用非常有幫助。更可貴的是合格率可以達到90%以上，跟我們現有的Hair-pin技術非常接近了。

這是做了一些對比，我應用了U mini技術之后，焊接端高度可以降低25%，在花冠端可以降低20%。這是兩臺樣機的對比驗證。用了U mini技術之后電阻降低3%，單臺電機的運銅量可以減少0.1公斤，這是省下來的成本。最高效率可以提升0.03%，高效區范圍提升0.5%。

這也是大家比較關心的，我們都知道一些競品，有一些像X-pin技術，我們跟X-pin的對比，首先從焊接端這側肯定要比X-pin高一些的。因為很簡單，這是把直線段幾乎切掉了，我們在這側一定要更長。但是我們在花冠端做了優化的，優化之后總的端部高度比X-pin降低10—15%。

第二，繞組連接的靈活性，U mini就是在Hair-pin技術上的迭代和更新，意味著我原有Hair-pin技術繞組連接形式現在所有都可以應用。比如像大小線圈都可以進行實現，好處是可以給設計人帶來更多設計的自由度。

這是我們說的高壓之后面臨的問題。首先U mini技術本身是Hair-pin技術的迭代，所以爬電距離和安全間隙跟原來是一致的，也就是說我們現有Hair-pin技術800V已經在量產，但是比如像X-pin，因為本身把直線段切掉之后，天生帶來一些問題，安全距離和爬電距離、安全間隙沒有辦法滿足一些實際標準，當然不是沒有辦法解決，可以通過二次絕緣進行加強，但是做絕緣的人也能體會到，做二次絕緣有一個比較大的問題是沒有辦法保證100%實現絕緣的可靠性。

我們都知道，做了二次絕緣之后怎么去檢測，因為在一些很內側的位置，焊接的好壞沒有辦法通過外觀等一些技術有效快速篩選，這也是比較大的弊端。隨著技術的提升說不定會有好的方法進行提升。

總結下來，應用了U mini技術之后，電機的重量更輕了，單臺電機的用銅量可以減少0.1—0.2公斤，這都是省出來的成本。端部的尺寸，跟上一代Hair-pin技術比，我可以降低端部高度20—30%，跟我們競品比同樣可以降低10—15%。高效，我們的最高效率可以提升0.03—0.1%，高效區的范圍可以提升0.5—0.8的范圍。可以滿足后續高壓的需求，我們現在做高壓800VU mini技術已經可以實現量產沒有任何問題，我們現在做完驗證之后發現1000V之后也是沒有任何問題，后續還在嘗試是不是可以把更高的電壓提升，比如說到1200V以后U mini技術是否還能夠滿足需求。

今天分享的內容就這些，感謝大家的耐心聆聽，謝謝。