2017年7月19日，华夏电动车子百人会2017年第四期“电动车子热点难题研讨会”在湖南省株洲市举办，本期研讨会聚集“新燃料车子电力电子技艺”。

　　华夏大巴车网从现场理解到，依托要害技艺的突破创新提升焦点竞争力，已成为新燃料车子范畴的共识。电力电子作为新燃料车子的要害技艺，其技艺进步作用着新燃料车子资产向电动化、智能化方向迈进。会上，清华大学教授李建秋发表演讲。现场实录如是：

　　　尊敬的陈清泰理事长，尊敬的丁荣军院士，尊敬的各位行家、领导，大伙上午好!十分荣幸能有那么一种机会给大伙报告在能源电池体系中的少许电力电子的难题。咱的汇报大概分成四个部分：

　　第一，能源电池体系的构成。

　　第二，国家内部外能源电池车子进行的全新进展。

　　第三，详细能源电池体系当中的电力电子的详细难题。

　　第四，小结。

　　起首，来看能源电池体系。

　　能源电池体系包括电堆本体，包括外围的空气体系;接下来是冷却体系，有风扇、水泵等等，也包括节温器;另有氢气供给体系，包括氢气的电磁阀和再重复的回路。能源电池是被动事业的，功率输出必需要有个DC/DC来匹配，全个体系由相应的电控体系来匹配事业。是以咱们通常来说，一种能源电池体系，咱们简单称呼能源电池启动机，包括有电化学的，便是他自身事业的进程是电化学的，可是也包括传热传质的进程，气体的流动、水热交换等等。自然包括功率操控，电力电子包括电机的操控。是以搞能源电池启动机必需要集成三个学科的团队，一种是电化学的，一种是惯例启动机的，另有一种是电力电子的。

　　第二，能源电池车子国家内部外的进行。

　　起首，电堆技艺或许最焦点的部分，根本上分成两大流派，一种所以小汽车作为利用的，采纳金属的双极板，图底下是电机和变速器，这种是空压机，上面便是带有电缆的接口是电力电子操控总成，是用碳化硅的半导体器件来做的。这种是本田，本田的能源电池启动机在世界上日前技艺状况是最佳的，2015年的MIRA根本上排第二。这里是美国的，本来UTC做的营运车的能源电池体系，你可行见到它的功率密度差一种数量级，即100千瓦/公斤，这种大概有三四百公斤重，是以你可行见到电堆的功率密度是很矮的，为何差别那么大呢?是由于用的资料不一样，它的电堆用的是金属的双极板，另一种电堆用的是碳板，碳板空间大、重一丝。这种电堆的特性便是耐久性十分好，平均超越1万小时，最佳的一台车在美国曾经跑了2.3万小时，可是咱们金属板的启动机通常都不会超越5千小时。

　　下方就报告，把这种启动机装在车上造成了各式能源电池机动车的进行概况。起首是大巴车，日前世界上，如美国、德国、日本都公布了能源电池大巴车，功率大概是从120—200千瓦，都配有锂电池(多多少少都会配的)，加上两个电机，通常的电机功率都相比大，续驶路程可行跑到300千米无难题，耐久性平均达到1万小时。可是这种车做的相比贵，大概是100万美元左右，咱们国家内部的车比它廉价，后面咱们会说。

　　卡车的概况，这是全新的进展，卡车此刻曾经有三家最初在做了，一种是美国的Nikola One，是全家专门做卡车设置的企业，它宣称它要做一台能源电池半挂的拖车，大概能够行进1000英里，是用200公斤的液氢储氢装置，300千瓦的能源电池体系，这种车还无出去。昨年一提议这种想法，丰田说咱有能源电池启动机，是以丰田就抓紧时间做了第一款能源电池的卡车。在Nikola One此前公布了这种，以后丰田遭到Nikola One的启发，说咱也做重卡，美国港口牵引车用的8级重卡，总重要概49吨，36吨的载货量，用了4个气瓶，2个MIRA的能源体系，曾经做了搞了少许运动。

　　从能量密度来说，能够满足长距离、重型机动车行进，能够持续提供能量的，咱感受仍是能源电池相比靠谱。

　　下方报告一下小汽车的概况，能源电池小汽车海外进行要点的，包括丰田、通用、日产、奔驰，包括后面另有几家都公布来了。通用这种车老一丝，处在大概2008、2009年的状况，后面无再改良了，其它两家皆是最近两三年改良的，续驶路程全在500—600千米，跟惯例的汽油车相当了。除了这种之外，最近又有几个新的加入这种阵营，宝马、大众，大众尤其是奥迪的品牌，一种机动车公布三个版本，纯电动、插电、能源电池，采纳四驱，一种车上用了三个气瓶可行装6公斤的氢气，完整的跑600千米无难题。

　　戴姆勒奔驰公布了它的插电式的能源电池小汽车，功率大概是75—100千瓦，9千瓦时的电池。现代在IX35 SUV上公布了能源电池启动机。

　　咱们想给大伙瞧瞧，本田的启动机集成度是最高的，由于咱们今日是电力电子，它是全球上起首悉数采纳碳化硅功率模块实现小型高功率，大概100千瓦的DC/DC浮动器，集成在上面，咱们以为这点事业在全世界来看皆是优先的。

　　况且它做了一项事业，把能源电池启动机真实的替代惯例的启动机，放到启动机舱全个能源总成。这是将来本钱的进行概况，国家内部外估计到2020年一台能源电池小汽车，差不多于B级车的水准，续驶路程五六百千米，一次加氢3—5分钟，全车本钱是2600美元，大概20万国民币不到，是以这种根本上曾经为能源电池车子的资产化铺平了公路。咱们往日讲，本来咱们特别担忧贵金属铂的用量相比高，此刻全新的资料技艺水准，采纳非铂和低铂的催化剂曾经可行下降铂的用量，惯例内燃机，便是大伙平时开的石油机，三效催化装置后面有后料理装置大概3—5克铂，是以能源电池车的铂用量在快速挨近惯例内燃机的水准，这种是值得咱们重视的。

　　刚才欧阳老师讲，特斯拉用了10几公斤的钴，将来至少每辆车用公斤级的钴是必需的。公斤级的钴跟克级的铂差了上千倍，是以钴虽然地球的储量相比多，可是咱们的判断将来纯电动，便是电池的资产大了以后，这点金属的资源也会相对稀缺，咱们预测的结果是将来能源电池和能源电池要相互匹配，它是一种能源电池车子，可是上面也用能源电池，可是用量不会像纯电动那末多，用氢来做存储装置，达到纯电动车子核能源电池车子两个协调进行，咱们的电池资产、核能源电池资产可行相互匹配进行，这是有益于咱们全个新燃料车子产业协调进行的。

　　其它的没再多说了，包括有轨电车，咱们最近也在跟青岛搞有轨电车，本年要上线最初在佛山运转了。

　　国家内部的概况给大伙容易报告一下，咱们曾经做了十好几年，2015年最初，咱们一种能源体系平台，往物流车、大巴车、有轨电车，包括此刻小汽车也最初推了，做了好多的事业，包括它的耐久性。这是咱们的大巴车跟海外的对照，根本上咱们12米的大巴车此刻价值在200万以内，这仍是在咱们能源电池启动机无批量制造概况下的本钱，咱们此刻能源电池启动机批量的制造线，年产2000套，下一步到年产1万台的启动机制造线，等咱们把这种线建起来，它的本钱应当还能再下调2—3成。海外的机动车，咱们全个功能跟它相当，可是本钱跟耐久性明显提升，这块咱们是有创新的，咱们此刻国家内部做的能源电池能源体系跟他们仍是有区分的。这种是有轨电车正好调试的概况，咱们此刻一种能源体系平台推广到不同的全车利用内部，而且从本年最初上百台的大巴车的定单曾经最初在制造了。

　　技艺路线不具体讲了，有个耐久性的预测，鉴于咱们国家内部电堆和资料的水准、操控的技艺，咱们预测2020年达到1万小时的指标，到2025年，源于咱们资料和操控技艺的进行，会做到2.5万小时，根本上跟大巴车等生命，是以咱们估计从此刻到2020年仍是小批量示范1万左右的量，到2025年咱们估计产量就会起飞了，况且起飞的量是依照10万台，每年几万台到10万台的量起飞，咱们全个资产链布置，以启动机为焦点，不久咱们要讲的咱们的电力电子的这点难题要害零部件，咱们最初要发展要害化的布置和准备。

　　下方报告一下能源电池内部几个要害的点，便是电力电子难题。

　　第一，能源电池专用的DC/DC，它的功率模块部分是十分要害的，DC/DC要达成甚么功效呢?咱们是把它作为能源电池操控的要紧执行器，第一种功效达成功率的切换，第二个功效要达成对能源电池的耐久性发展操控，便是操控能源电池的功率电压，咱们晓得功率等于电压×电流，实质上这种便是双闭环操控。同一时间要干脆操控能源电池功率的浮动率，这种也是很要害的，除了功率自身要操控还要操控浮动速度。第三个十分要害的，参加能源电池的交流阻抗辨识，不但仅要实现功率的浮动，况且是要经过发生高频的扰动信号，帮助操控体系来辨识电堆内部的含水量。是以不需要以为一种平凡的DC/DC的公司就可以够做好这种能源电池的专用DC/DC，这种概念是错的，还须要有少许新的功效。干脆操控能源电池在暖机进程的事业电压，这种也是不一样的。另有其它的，车子级的电力电子器件的事业请求，电池兼容、重量、空间、效能、本钱，另有26262的规范请求等等。

　　下方开展讲讲，双闭环操控表现在甚么位置呢?双闭环操控表现在能源电池假如事业电压过高的话衰减会很快，假如事业电压相比低的话，衰减倒是不快了，可是你的启动机效能会下调，通常会有个下限电压，也会有上线电压，通常叫做电压前位操控，电压前位操控的目的便是为了让得启动机的经济性、耐久性都相比好，这是咱们前位电压操控的算法。海外也做过，电压浮动率，假如负载，例如从0.65满负荷、怠速或许空转，假如你的电压突变可行见到红色这条线不到1千小时电堆衰减到唯有80%了，假如只稳固在一种点，即便7千小时也衰减不到5%。是以这点皆是咱们把DC/DC作为能源电池的要紧的执行器，包括瞬态的操控以及浮动率。咱们此刻提议来，DC/DC功率的浮动率和电堆的里面事业进程要相互匹配，空气的流量和负担在动态进程中相互匹配。

　　另有一种，须要经过能源体系，便是说能源电池的功率不行急剧的浮动，机动车的功率要随意浮动的，驾驶员一脚油门踩下来就要提速，怎样办?这边面有混合能源操控的难题，能源电池的功率跟能源电池的功率怎样样相互匹配，咱们往日做了十好几年，最重要的在这方面做了好多的事业，此刻根本上咱们能源体系的技艺曾经稳固了。

　　另有一种，怎样样参加里面状况辨识，这是能源电池的事业电压特定曲线，横坐标是电流，纵坐标是电压，为了辨识能源电池电堆内部含水量的状况，须要专门发生一种主动的扰动信号，这种扰动的量非是相当大，十几个安培的电流浮动就能，经过这种扰动量把DIDT和DVDT求导，得到交流阻抗，这种质子交换膜是电堆最焦点的产生电化学反映的膜，咱们应用这种含水量来看膜的含水量，便是经过阻抗的尺寸，实现含水量的闭环操控，这种叫能源电池的水治理，这种对能源电池的耐久性作用是十分大的，假如膜高了，这种生命就会很快的衰减。

　　DC/DC的功效便是要干脆实现软机发动，寻常能源电池输出电压是0.75V，低温要求下为了能源电池的产热相比大，这种部分是产热，下方是功率输出，冷发动的时刻须要DC/DC拉的电压会很矮，例如说0.1V每个单体，寻常事业是0.75V，发动的时刻为了实现迅速，软机要拉到0.1—0.2V。

　　全个能源电池DC/DC的操控电压是这样的，起首，蓝色的这条线代表低温发动的时刻，便是说寻常事业电压大概300V多到400V发动的时刻唯有几十伏，随着电堆温度上升，DC/DC会一步步的调高暖机电压，最终温度寻常的时刻再调高到寻常的事业电压，是以这种对DC/DC的事业频次，对你的设计、对你的参数的配合皆是有作用的，非是一种通用的DC/DC。

　　第二点，能源电池空气体系内部有个十分十分要害的执行器，便是它的空气紧缩机，为了提升能源电池的功率密度，通常咱们须要对它的空气发展增压，通常跟咱们内燃机增压到2—3个大度压，怎样样增压呢?咱们惯例内燃机可行经过废气涡轮增压，可是能源电池启动机废气的能量是很矮的，由于排气的温度唯有六七十度，不像内燃机可行到五六百度，差一种数量级，这样咱们必需要用一种电机来驱动这种空压机，单位事业转速很高。这种电机和操控器就很要害，咱们此刻有个专门的团队是搞空气能源学的，他专门要把这种空压机的转速降下去，从10万转降到5万转，降到4万转，便是说空压机叶形的设置下降转速，这边面有甚么呢?空压机的总成设置难题，那么高的转速电机加上叶片在一同，在一根轴上，这种轴的能源学就很要害，轴承也很要害，你不行用咱们废气涡轮增压的机油来润滑这种轴承，为何呢?机油会造成油的蒸汽，这种会造成电池污染，是以咱们必需是没有油空压机的研发，咱们此刻组织甚么队伍在研发呢?在佛山广顺在产业里相比有名，是专门做医疗内部空气泵、空压机的。另有一种团队航天11所，航天能源探讨所，搞长城5火箭启动机液氢液氧泵的团队，那个液氢液氧泵的转速也很高，咱们经过它们解决这种难题。

　　自然电控方面临咱们也是挑战，一种10万转的电机非是那末好做的，自然咱们今日英飞凌的徐辉女子也在这儿，咱们跟她们也在合作，电机操控这块，用TC275的平台在做这点事业。你可行见到，这边面12万转的转速，低压堆也要5万—6万转的转速。

　　电机咱们在跟精进电动合作，正在咱们蔡蔚博士也在，咱们在做相应的事业，怎样样把快速电机的设置跟空压机集成在一同，这种难度相当大，由于电堆自身咱们此刻有好几家能解决了，反却是空压机此刻还无量产，无批量做的相比没有问题。

　　同一时间，由于要上高转速，是以电流的操控能力要更强，是以咱们期望能够上碳化硅的这点操控的，新的电力电子器件期望用在上面，包括刚才本田的启动机，曾经是DC/DC和空压机都曾经用碳化硅的器件来做电力电子器件了。

　　第三个部分，咱们的氢气再重复泵和操控器。氢气再重复泵有个特色，第一，要防爆，跟咱们阴极也不一样，阳极这种由于多数气体是氢气，是以它的速度也很高，也是几万移到十几万转，同一时间还要防爆，这种防爆的电机和操控器应当怎样做?同一时间介质是浮动的，阴极水蒸汽透过膜，由于此刻质子交换膜很薄，大概20微米厚，会透过阴极到达阳极，假如一直重复不排，氮气和水蒸气的比重会上升，氢气的浓度就会下调，反映效能就下调了，是以你还得经常要有阳极的尾排，尾排以后气体成份就变了，成份变了以后空压机的事业，由于它的黏度和阻力都不一样，氢气的阻力是很小的，氮气和水蒸气的阻力和黏度是相比大的，是以氢气再重复泵的阻力就会浮动。是以这块咱们曾经到了，根本上国家内部此刻无人提这一块，咱们便是把这种要求提议来，是以咱们在座的有搞电力电子、有搞电机的，期望能够跨产业的合作，把这种空压机和氢气再重复泵这两个快速的旋转部件做好下一步的研发和部署，这样咱们国度能源电池启动机的技艺水准才会有个相比明显的提升。这是咱们全个氢体系的，内部有三个执行器，一种是前端的氢气喷射，就像咱们天然气的喷嘴一样，也是要用电控喷射的，这种咱们曾经解决了，此刻氢气再重复泵还无解决，尾排电磁阀也解决了，是以全个的要点在这边。

　　最终讲一讲咱们此刻在交流阻抗辨识反映的进展。咱们曾经做了一种，这是咱们的主DC/DC。咱们不改这种主DC/DC的功效，咱们加了一种小DC/DC专门来做交流阻抗辨识，此刻进展十分好，根本上咱们跟海外的对照咱们曾经把每个电堆包括每一片的交流阻抗都测出去了，这边面仍是有少许难点的，便是每一片的电压振动两十分小，怎样样才能让你这种电压的采集十分精准，咱们在测量方面也做了好多的事业。

　　这种DC/DC，便是咱们跟英飞凌合作的结果，英飞凌专门给咱们提供了一种通用的DC/DC，咱们就拿它来作为交流阻抗辨识，此刻咱们做的根本上曾经能够实现反馈了。

　　下一步要做的便是交流阻抗的算法干脆AURIX TC275的，曾经有个规划了。

　　将来咱们期望实现的，能源电池启动机不论事业温度和负载有甚么浮动，这种膜的含水量，交流阻抗根本上是恒定的，这样能源电池的耐久性就会获得确保。

　　最终做一种小结。第一种结论便是，要搞好能源电池启动机必定要组好团队，不但要有搞惯例电化学的，便是搞能源电池资料的人，也要有传热传质的人，这边面大批便是传热传质的事业，要想把启动机操控好最重要的是操控和传热传质方面组织好。第三个便是今日的专题，咱们电力电子，不管是DC/DC，仍是空压机的电机，仍是氢气再重复泵的电机，以及操控器，在能源电池的操控内部是所占十分要紧角色的，是以咱们重申，唯有实现多学科的集成，才能克服耐久性木桶的短板效应，最终把每个木桶的板子做的都一样齐，能源电池的耐久性就会高了，不然假如你有个短板，那个短板就会惨重的作用这种电堆的耐久性。

　　第二，能源电池专用DC/DC是它的焦点的执行器，承受了若干功效的实现，它的概括功能是十足依赖于DC/DC的，是以咱们培养的亿华通便是在搞能源电池启动机的产线，是本人把DC/DC也做资产化了，便是由于太焦点了，差不多因而它的要紧的焦点部分。第三，空压机、电机是它要紧的执行器，须要攻克压气机和电子转子一体化集成、快速和超快速电机操控加上空气轴承技艺才能真实满足FCEV的要求。

　　咱的报告就到这边，谢谢各位行家和领导。