【原创】华域电动高压扁线电机关键技术探讨

今天主要围绕是第三部分高压绝缘部分，一提到新能源汽车大家说的最多的就是里程焦虑，但这个里程焦虑从我个人的理解，真正焦虑的未必是里程，举个例子像我之前开的油车它的续航也就是450公里左右，但开了好多年从来没有真正焦虑过里程，这个原因也很简单，我开的油车可以在很方便的5公里范围内找到一个加油站，我加一次油可能就几分钟补完能量，但像我们现在的电车就有这方面的问题。

首先它补能的充电站到底有没有这么多，当然这是个基础建设的问题，除了充电站之外还有一个要关注的就是补能的时间，比如我半个小时或者一个小时的补能，前段我有个同事就遇到这个问题，他从浦东机场打车回家11点多了，结果开到一半车没电了，又等人家将近半个小时的时间，这个感受还是非常差的。而提升它的电压对充电时间有很大的好处，就是可以大大缩短充电时间。

所以现在看起来很多整车企业都有高压平台的需求，如果来了高压后比如800V现在很多都量产应用了未来是不是再往上提升1000V、1200V，这个我个人认为还是有可能性的。

高压给我电机带来哪些问题首当其冲就是刚才提到的绝缘系统是比较大的问题，同样对轴电压还有EMC，针对这些问题有相应的解决措施，但我们今天主要聊的还是绝缘。

第二部分就是讲讲高压对于驱动电机绝缘系统的影响。对于绝缘系统的挑战，大家都知道绝缘系统会随着应用时间的延续逐渐老化，受到的一些应力（热、环境、机械、电）都会导致绝缘系统的衰减和老化。尤其现在我们用了控制器，电机都需要进行调速的，有了控制器之后，尤其是高压的控制器对我高频的接风、电压以及快速的风级电压上升时间这都是对绝缘系统带来很大的挑战。

左边这个图我们做了一些测试，比如说在400V和800V的时候，开关频率400V是10Hz，到了800V20Hz，上升时间高压之后也是大大提升。再就是最大的峰值电压有一个明显的上升，这些都是给我们绝缘系统带来很大的独立影响。

对于绝缘系统到了高压以后我们要进行哪些加强？第一肯定电气强度进行补强，要么提高TDIV的性能，要么就是耐电晕的能力提升，还有一些是爬电和安全汽笛有一些变化。目前来说，我见到针对800V的绝缘系统，一般是一型、二型基本上都有，市面上一型绝缘也有（高PDIV），还有二型绝缘，我们现在做的以二型绝缘为主，有耐电晕。我个人判断这个电压后面还会进一步上升，电压的上升可以给消费者带来一些感官上的收益。比如现在电机转速的提升，但是你回过头来想转速的提升能给消费者带来什么，消费者未必会感受到，但是你的充电时间是实打实的。你原来如果是做了高压15分钟能充满现在到10分钟，还是有很好的体验。

华域电动在绝缘系统的研究上做了一些工作也做了一个交流。我们从2019年底就决定要做策划高压的电机绝缘平台的研发，也是从几个方面，首先从材料级、电枢级、整机，最后的目的是要形成自己的一套技术规范，包括绝缘系统的检测方法以及评定标准。为什么这么做呢？因为我们在电机的绝缘标准是有的，但是针对新能源汽车，我们在2019年做的时候根本没有，怎么验证这些材料，怎么验证电枢能力都没有统一的方法，我们也是通过这些研究总结出自己一套方法之后，最终目的是万一以后电压进一步提升，比如说到了1200V甚至1500V以后我们难道还要从头做一遍吗？有了这套方法我们可以按部就班的很快迭代。

这是一些案例。我们对于材料做了一个验证，我们从市面上把当时能在找到所有的绝缘材料、绝缘纸、PECK线做了很多的验证，做了一个材料级的验证，从这里面选取我们认为可以满足高压需求的，进行下一步的电枢经验。把不同的绝缘材料做成了相应的绝缘系统，从材料到系统看起来好像是一个简单的组合，从测试中也能看到问题，绝缘材料测试出来的性能基本上比较接近，能够满足我高压需要的，但是不同的组合最后做完老化之后差距非常大，这不仅仅是电枢的热老化，你把电热老化加在一起变化还会更大。

光选择绝缘材料只是一方面，绝缘系统的搭建还是要做很多研究的，我们也是经过好几轮的研究得出一套系统，目的形成自己的一套技术规范，只是列了一部分，我们形成的一些指导性的工艺文件包括验证技术规范。有了它们之后，我们后面做更高压驱动电机的电压等级有了相应的方法和标准，至少我们公司内部是有的。刚才的方法做完之后也会进行一个整机的DV、PV的验证，最后才能真正形成量产。

第四部分，分享一下华域电动从去年开始做U mini绕组技术的研发。我们预测后面的电压还会进一步提升，我们U mini的技术在研发过程中就考虑到高压化的应用。

介绍一下什么是U mini绕组技术。在我们原有的Hair-pin技术基础上做了一个更新和迭代，得到的收益是四个方面。一个是轻量化，用了U mini之后我的绕组端部可以进一步缩短，端部缩短重量会相应减轻、效率可以提升（电阻小了）、高可靠性，因为这个技术是在原有的技术上的迭代，意味着原有Hair-pin技术能够实现的，U mini技术都能够保证。比如以后800V电压等级的需求，焊接质量跟以前是一样的，这样在一些恶劣工况下的应用也是没有什么问题的。

高成熟度，这部分也要跟大家提一下。我们技术提升并不需要把产线做很大的调整，其实90—95%的设备可以沿用，大概只有5%左右的参数需要调整，这样都后续投资、以前设备的利用非常有帮助。更可贵的是合格率可以达到90%以上，跟我们现有的Hair-pin技术非常接近了。

这是做了一些对比，我应用了U mini技术之后，焊接端高度可以降低25%，在花冠端可以降低20%。这是两台样机的对比验证。用了U mini技术之后电阻降低3%，单台电机的运铜量可以减少0.1公斤，这是省下来的成本。最高效率可以提升0.03%，高效区范围提升0.5%。

这也是大家比较关心的，我们都知道一些竞品，有一些像X-pin技术，我们跟X-pin的对比，首先从焊接端这侧肯定要比X-pin高一些的。因为很简单，这是把直线段几乎切掉了，我们在这侧一定要更长。但是我们在花冠端做了优化的，优化之后总的端部高度比X-pin降低10—15%。

第二，绕组连接的灵活性，U mini就是在Hair-pin技术上的迭代和更新，意味着我原有Hair-pin技术绕组连接形式现在所有都可以应用。比如像大小线圈都可以进行实现，好处是可以给设计人带来更多设计的自由度。

这是我们说的高压之后面临的问题。首先U mini技术本身是Hair-pin技术的迭代，所以爬电距离和安全间隙跟原来是一致的，也就是说我们现有Hair-pin技术800V已经在量产，但是比如像X-pin，因为本身把直线段切掉之后，天生带来一些问题，安全距离和爬电距离、安全间隙没有办法满足一些实际标准，当然不是没有办法解决，可以通过二次绝缘进行加强，但是做绝缘的人也能体会到，做二次绝缘有一个比较大的问题是没有办法保证100%实现绝缘的可靠性。

我们都知道，做了二次绝缘之后怎么去检测，因为在一些很内侧的位置，焊接的好坏没有办法通过外观等一些技术有效快速筛选，这也是比较大的弊端。随着技术的提升说不定会有好的方法进行提升。

总结下来，应用了U mini技术之后，电机的重量更轻了，单台电机的用铜量可以减少0.1—0.2公斤，这都是省出来的成本。端部的尺寸，跟上一代Hair-pin技术比，我可以降低端部高度20—30%，跟我们竞品比同样可以降低10—15%。高效，我们的最高效率可以提升0.03—0.1%，高效区的范围可以提升0.5—0.8的范围。可以满足后续高压的需求，我们现在做高压800VU mini技术已经可以实现量产没有任何问题，我们现在做完验证之后发现1000V之后也是没有任何问题，后续还在尝试是不是可以把更高的电压提升，比如说到1200V以后U mini技术是否还能够满足需求。

今天分享的内容就这些，感谢大家的耐心聆听，谢谢。