扁線電機加速滲透，或?qū)⒅鲗?dǎo)新能源汽車市場

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）近幾年來，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、電力電子技術(shù)以及大功率開關(guān)器件的發(fā)展，再加上高壓、高速電機制造技術(shù)的提升，電機迎來了快速的發(fā)展。

汽車領(lǐng)域，隨著新能源時代的到來，電機在其中發(fā)揮了決定性的作用。如何發(fā)揮出更好的電機性能成為新能源汽車的核心問題。過去內(nèi)燃機時代發(fā)動機不同技術(shù)路線之間的激烈競爭也由此變成了圓線電機和扁線電機之間的競爭。

更緊湊更強勁，扁線電機引領(lǐng)新能源汽車電機發(fā)展趨勢

電驅(qū)系統(tǒng)，是新能源汽車的核心系統(tǒng)之一，被譽為新能源汽車的心臟。它的作用是高效率地將動力電池組的能量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪上的動能反饋到動力電池組中，電驅(qū)系統(tǒng)中電機又是絕對的核心，其驅(qū)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標。

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的逐年發(fā)展，新能源汽車產(chǎn)銷量也快速增長，市場對高性能、高效率的電機需求越來越大。同時工信部和發(fā)改委也提出規(guī)劃，要在2025年實現(xiàn)乘用車功率度大于4kW/kg，政策和需求進一步推動了對電機更高功率密度的追求。在對電驅(qū)系統(tǒng)要求越來越高的背景下，電驅(qū)系統(tǒng)正在向扁線電機、油冷電機、多合一電驅(qū)動系統(tǒng)總成方向演變。

扁線電機，是相對于傳統(tǒng)圓線電機來說的，扁線驅(qū)動電機整機結(jié)構(gòu)與圓線電機沒有大的區(qū)別，都包括了外殼、前后軸承、定子組件、轉(zhuǎn)子組件等幾大部分。但是扁線電機定子繞組所用的導(dǎo)線形態(tài)發(fā)生了變化，繞組從多根細的圓線轉(zhuǎn)變成幾根粗的矩形導(dǎo)線，這也就是扁線電機稱呼的由來。

新能源汽車電機的小型化是未來發(fā)展的趨勢，電機體積的減小可以節(jié)約空間，降低成本。由于繞組形式的改變，實現(xiàn)同樣的功率，扁線電機相比于傳統(tǒng)圓線電機體積更小，耗材更少。在相同的體積下，扁線電機可以填充的導(dǎo)線可以多20%—30%，槽滿率更高，對功率密度提升也不小，電機槽數(shù)的優(yōu)化對提高轉(zhuǎn)矩也有幫助。當然，槽滿率也不是說提高就能提高的，高槽滿率也意味著成本和成品下線難度都會大幅增加。

其次，扁線的繞組設(shè)計使得導(dǎo)線和導(dǎo)線間的接觸面積增大，內(nèi)部間隙變小，散熱和熱傳導(dǎo)更好，這也使得扁線電機能夠承受更高的瞬時功率。眾所周知，電機對散熱和溫度是非常敏感的，散熱性變好，性能自然會提升，相比圓形電機這也是一個大提升。

此外，扁線電機能使電樞具備更好的剛度，能抑制電樞噪音，并進一步降低電機電磁噪音，可靠性也超過圓線電機。目前已經(jīng)應(yīng)用在新能源汽車上的扁線電機以Hairpin扁線電機為主，部分車型采用了集中繞組扁線電機。

雖然扁線電機在很多方面都展現(xiàn)出了比圓線電機更契合新能源汽車發(fā)展趨勢的特性，但它也有弱勢的地方。除了前面提到的高槽滿率也意味著成本和下線難度會增加，還有高轉(zhuǎn)速下受集膚效應(yīng)影響，交流電阻變大，扁線電機的效率會降下來，目前絕大部分車型的大部分工況都在中低轉(zhuǎn)速里，扁線電機的效率還是要高出圓線電機的。高轉(zhuǎn)速下降低損耗提高效率這也是扁線電機在持續(xù)突破的技術(shù)方向。

扁線電機需求上升，加速新能源汽車突破更高性能

扁線電機作為提升電機轉(zhuǎn)矩和功率密度以及效率的主要手段，隨著近幾年產(chǎn)業(yè)鏈上下技術(shù)的突破，可以說扁線電機的發(fā)展目前看是超出預(yù)期的。根據(jù)汽車之家數(shù)據(jù)，2022年新能源車扁線電機出貨量已經(jīng)達276.2萬套，占比超過40%。

隨著各主機廠緊鑼密鼓地布局扁線電機業(yè)務(wù)，預(yù)計未來3—5年扁線電機滲透率還將進一步提升，有望在2025年左右滲透率超過80%。中航證券則預(yù)計2025年中國扁線電機需求量為978萬個，對應(yīng)市場空間為342億元。

扁線電機其實很早就應(yīng)用在汽車上了，雪佛蘭和豐田是最早采用扁線電機的車廠。此后隨著扁線電機的發(fā)展和普及，許多新能源汽車公司如上汽、比亞迪、特斯拉、蔚來等主流車企紛紛換裝扁線電機。

特斯拉為Model 3和Model Y設(shè)計的扁線電機，采用的Hairpin扁線繞組技術(shù)，效率在95%以上，相關(guān)參數(shù)220kW/19000rpm/440Nm（3D6）。此前已經(jīng)做到過10層繞組，不過目前四代又回到了8層繞組，看來現(xiàn)階段還是8層繞組性價比更高，10層不論是良率還是成本無法保證利潤，還需要迭代。

比亞迪扁線電機采用的1槽6線扁線繞組技術(shù)，電機效率最高可達97.5%，額定功率提高了32%，高效區(qū)間（效率大于90%）占比高達90.3%，質(zhì)量功率密度達到5.8kW/kg。同時采用了油冷技術(shù)，電機功率密度44.3kW/L。

去年長安發(fā)布了全新的數(shù)智電驅(qū)混動系統(tǒng)，采用了10層Hairpin扁線油冷電機技術(shù)，是混動領(lǐng)域首個應(yīng)用10層扁線技術(shù)的。電機效率達到97.8%，并且高效區(qū)間占比超過90%，電機峰值功率達到158kW，質(zhì)量功率密度達到7kW/kg。

去年年末，小米超級電機面世，同樣采用了扁線電機。其中超級電機V8s采用54槽6極設(shè)計，8 層Hairpin扁線繞組，槽滿率為77%，鐵損降低了25%。該扁線電機有635Nm峰值扭矩、98.11%的最高效率，電機質(zhì)量功率密度可達10.14kW/kg。

扁線電機的上車，讓我們看到了電機技術(shù)突破給新能源汽車帶來的強大性能提升，雖然還面臨著一些挑戰(zhàn)，但是扁線電機在各主機廠緊鑼密鼓地布局下，正漸漸成為新能源汽車市場的強勢增長點。

扁線電機匹配高算力主控與SiC電控

扁線電機強大的性能自然不假，6層也好，8層也好，10層也好，都需要相匹配的系統(tǒng)才能充分發(fā)揮出電機的實力，這就包括高效率高算力的電機控制器、高可靠的熱管理系統(tǒng)、高效的傳動系統(tǒng)等等。

在長安的數(shù)智電驅(qū)上，電機控制器就采用了四核、單核300MHz算力的TC38X作為MCU主芯，算力相比類似的兩個單核芯片提升50%，因此才能實現(xiàn)高精度動態(tài)扭矩響應(yīng)控制。為了扁線電機實現(xiàn)更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音，扁線電機控制對更快的指令響應(yīng)時間和更優(yōu)異的高頻擾動抑制能力的需求是很明顯的，因此主機廠需要更強算力的主控芯片來匹配更強性能的扁線電機電驅(qū)系統(tǒng)。

電機控制器核心功率控制模塊里SiC器件為高效的車用電機驅(qū)動賦能也已經(jīng)是確定的趨勢，特斯拉、極氪、蔚來、小鵬、小米等品牌均開始陸續(xù)為車輛裝配SiC電驅(qū)電控系統(tǒng)。SiC在新能源汽車上的應(yīng)用將在保證汽車的強度和安全性能的前提下大大減輕汽車的重量，有效提升電動車的續(xù)航里程，并顯著減少電控系統(tǒng)體積。SiC加扁線電機，將大幅提升新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)性能以及可靠性。

小結(jié)

雖然還有一些技術(shù)挑戰(zhàn)存在，但扁線電機在大多數(shù)關(guān)鍵性能指標上都展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，特別是在體積、散熱能力和效率方面，其在新能源汽車中的應(yīng)用會越來越多，為新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)帶來顯著的提升。