根據(jù)各大車企的布局，2022年將迎來基于800V電壓平臺(tái)的新車潮。與整車高壓電氣架構(gòu)相關(guān)的部件或系統(tǒng)面臨升級(jí)，如動(dòng)力電池、電驅(qū)動(dòng)、充配電系統(tǒng)、DC/DC等。馬瑞利也在此時(shí)搶占先機(jī)，推出了800V電機(jī)。

800V高壓平臺(tái)將成風(fēng)口

新能源汽車?yán)顺卑l(fā)展至今，目前400V低壓平臺(tái)已經(jīng)逐漸在主流純電量產(chǎn)車型中普及。2019年，首次采用800V平臺(tái)的量產(chǎn)車保時(shí)捷Taycan Turbo S全球首發(fā)，當(dāng)前廣汽埃安、比亞迪、小鵬、吉利、理想等一眾自主品牌車企也紛紛開始布局800V平臺(tái)。可以預(yù)見，800V高壓平臺(tái)將成為下一個(gè)技術(shù)風(fēng)口。

圖片來源：馬瑞利官網(wǎng)

800V高壓平臺(tái)，意味著車輛電池系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)均采用800V電壓的電子架構(gòu)平臺(tái)。相較于低壓平臺(tái)，高壓平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)顯著：

首先，可以提高車輛的牽引功率，使動(dòng)力性能得到提升。

其次，在同電流下，車輛的充電功率、電機(jī)功率均有提升，這就意味著車輛的充電時(shí)間縮短， 相比較400V的電機(jī)，在電池電量一樣的情況下，充電時(shí)間幾乎可以縮短一半。

圖片來源：馬瑞利

800V高壓平臺(tái)的量產(chǎn)之路也并非一帆風(fēng)順，其面臨著許多方面的限制因素。一旦車輛電壓平臺(tái)提升至800V， 電池包、BMS、DC/DC、電機(jī)控制器和電機(jī)等都需要面向高電壓平臺(tái)開發(fā)。

此外，在高壓下電池的穩(wěn)定性降低，衰減、起火等風(fēng)險(xiǎn)增大；為承受800V的高壓，直流電壓逆變器IGBT的元器件芯片材質(zhì)也需更換為碳化硅，直接導(dǎo)致成本上升；且目前市面上的充電樁多為60kW、120kW，需要對(duì)現(xiàn)有充電樁進(jìn)行升級(jí)，以適配800V平臺(tái)的高快充需求。馬瑞利有相應(yīng)的解決方案可以用現(xiàn)有400V的充電樁滿足對(duì)800V系統(tǒng)進(jìn)行充電。

可見，800V高壓平臺(tái)開發(fā)周期長、成本高，需要供應(yīng)鏈、技術(shù)研發(fā)、整車成本、充電網(wǎng)絡(luò)等多方的支持。

如前文所述，過渡到800V高壓平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)包括電池包、BMS、電機(jī)等在內(nèi)的車身架構(gòu)都需要面向800V的系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。在技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用上，這是一項(xiàng)牽一發(fā)而動(dòng)全身的大工程。 

圖片來源：馬瑞利官網(wǎng)

迎難而上 多方案電機(jī)設(shè)計(jì)難題

一項(xiàng)新技術(shù)從研發(fā)到普及顯然會(huì)存在各種技術(shù)攻關(guān)難點(diǎn)與挑戰(zhàn)，“三電”系統(tǒng)作為新能源汽車的核心，能夠直接影響車輛的性能表現(xiàn)，而其中的電機(jī)系統(tǒng)則是重中之重。和400V的電氣系統(tǒng)相比，800V的電氣系統(tǒng)在電機(jī)設(shè)計(jì)上也大不相同。

圖片來源：馬瑞利

提高電機(jī)效率，是電機(jī)技術(shù)發(fā)展的目的。所謂扁線電機(jī)與圓線電機(jī)，區(qū)別就在于銅線的繞線成型方式不同。扁線電機(jī)的槽滿率高于圓線，這意味著在空間不變的情況下可以容納更多銅線，截面積更大，在低頻和高頻的運(yùn)轉(zhuǎn)情況下整體電阻也會(huì)更小，發(fā)熱量相比較于圓線會(huì)更小，因此線損會(huì)更小。基于這一優(yōu)勢(shì)，扁線電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)更高。

從電阻和導(dǎo)熱情況來看扁線都優(yōu)于圓線，因此馬瑞利自開始設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)起就一直采用扁線技術(shù)的工藝。 

圖片來源：馬瑞利

切換至800V高電壓平臺(tái)，電流紋波變大后會(huì)產(chǎn)生高頻的諧波，高頻的諧波又會(huì)產(chǎn)生熱損耗，高溫會(huì)造成磁鐵性能下降，也有產(chǎn)生退磁的可能，從而導(dǎo)致電機(jī)性能下降，如此一來就容易出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)?；谶@一原因，馬瑞利提出，需要用分層的方式來解決磁發(fā)熱問題。隨著層數(shù)的增加，磁損耗可能會(huì)逐漸減少。分層的具體數(shù)量、厚度，則需要針對(duì)每款電機(jī)具體分析。馬瑞利有相應(yīng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)來對(duì)具體的分層數(shù)最優(yōu)解做相應(yīng)的計(jì)算設(shè)計(jì)。

圖片來源：馬瑞利

在電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于電磁感應(yīng)原理，電機(jī)轉(zhuǎn)子和殼體之間會(huì)產(chǎn)生電壓。由于軸電壓的存在，軸承的內(nèi)外圈之間出現(xiàn)電勢(shì)差便會(huì)產(chǎn)生軸電流，加上軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)便極易產(chǎn)生電火花。在高溫的情況下，電火花容易對(duì)軸承產(chǎn)生電腐蝕，造成軸承內(nèi)表面的熔化和剝離，導(dǎo)致軸承噪音變大，壽命降低。

這樣看來，控制軸電流似乎是預(yù)防軸承電腐蝕的關(guān)鍵。但在研發(fā)過程中馬瑞利發(fā)現(xiàn)，如果只是簡(jiǎn)單地在電機(jī)的特定結(jié)構(gòu)中加上絕緣，軸電流又會(huì)對(duì)齒輪箱中的軸承產(chǎn)生電腐蝕。

因此馬瑞利選擇將方案的落腳點(diǎn)放在減輕電壓上。根據(jù)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)出的轉(zhuǎn)子和殼體之間的電壓變化，馬瑞利又開發(fā)出減少軸電流和減小殼體電壓的設(shè)計(jì)，并將該設(shè)計(jì)先后應(yīng)用于模型和實(shí)際，最終達(dá)成了減小轉(zhuǎn)子和殼體之間電壓、減輕電腐蝕的目標(biāo)。

總體而言，在電機(jī)方面，800V高壓系統(tǒng)對(duì)軸承的防腐蝕、絕緣要求更為嚴(yán)苛。從理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用，馬瑞利花了相當(dāng)長的時(shí)間才解決種種問題。由此可見，800V高壓平臺(tái)的大規(guī)模量產(chǎn)落地還有很長的路要走。

深耕多年 豐富經(jīng)驗(yàn)打造成熟工藝

新能源汽車目前正處于快速發(fā)展時(shí)期，隨著汽車市場(chǎng)向新能源轉(zhuǎn)換，長期來看，車企推出更多采用高壓平臺(tái)的新車是必然選擇。

馬瑞利深耕于汽車工業(yè)領(lǐng)域多年，致力于汽車系統(tǒng)和零部件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，在汽車零部件和高技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。秉持著對(duì)高水平技術(shù)、精益生產(chǎn)工藝的追求，馬瑞利從一開始研發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)就采用扁線技術(shù)，現(xiàn)已有10多年。馬瑞利從3年多的800V的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中得到了磁鐵發(fā)熱、軸承電腐蝕等問題的解決方案。隨著電機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展和改進(jìn)，電機(jī)設(shè)計(jì)的持續(xù)性能/峰值性能可以超過60%。

圖片來源：馬瑞利官網(wǎng)

掌握先進(jìn)技術(shù)沒有捷徑可走，需要日復(fù)一日的研發(fā)積累過程。從2019年開始，馬瑞利生產(chǎn)了第一款800V電機(jī)，經(jīng)過3年的量產(chǎn)實(shí)踐，產(chǎn)品打造已日趨成熟，生產(chǎn)工藝也更加完善。

消費(fèi)者對(duì)車輛性能的要求越來越高，投射到市場(chǎng)上則表現(xiàn)為對(duì)新技術(shù)的需求越來越迫切。眼下高電壓平臺(tái)的量產(chǎn)之路仍在探索，但一旦突破技術(shù)瓶頸，新賽道中的各方玩家勢(shì)必會(huì)蜂擁而至。蛋糕只有那么大，只有提前入局搶占先機(jī)，積極掌握新技術(shù)，面對(duì)市場(chǎng)的變化才能更加從容。

（以上內(nèi)容來自馬瑞利電機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)理於輝于2022年6月24日由蓋世汽車主辦的2022中國汽車電驅(qū)動(dòng)與關(guān)鍵技術(shù)-云論壇發(fā)表的《800V電機(jī)技術(shù)》主題演講。）

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