“尋求變化,設定目標,然后,實現它。”在曹紅飛的概念中,創新從來都沒有退路。
2023年的上海車展,注定要被銘刻在中國汽車工業史上。盡管我們在兩年前的上海已經開始“擁抱變化”,但當變化真正到來時,仍然讓人震撼于其所帶來的驚人的沖擊。上屆上海車展上僅僅嶄露頭角的自主新能源汽車品牌,如今已具備了與國際品牌分庭抗禮的實力與底氣,甚至大有技高一籌,扶搖直上之勢。
而這背后,是中國汽車自主產業鏈筑起的,新的長城。
如同發動機之于燃油車一樣,電機之于新能源車,同樣被稱之為“動力心臟”。作為汽車電動化的核心部件之一,電機直接決定了新能源汽車爬坡、加速度、最高速等重要指標的性能,其高效化、輕量化、小型化、低成本化也是企業矢志不渝的目標。
實際上,在這短短的兩年里,新能源汽車性能之所以快速提升,與電機技術的更新迭代不無關系。從2020年滲透率不到10%,到如今的45%甚至更高,扁線電機無疑已經在中高端市場站穩了腳跟。
4月2 日,上海易唯科電機技術有限公司(以下簡稱“易唯科”)高調宣布,第三代扁線電機進入批量生產,相比普通扁線電機,功率密度可提升20%以上,可有效提高整車動力性。由于散熱性能和傳導性能進一步提高,產品能量轉換效率大幅提升,最高效率可達98%,單電機CLTC(國標下純電動模式續航里程) 綜合工況高達96.5%。
易唯科第三代扁線電機的成功研制,再一次將扁線電機的性能拉升到了新的高度。兩年前,僅僅因為扁線電機相比普通電機效率能可提升1%,就已經掀起了“圓換扁”的濤天巨浪,第三代扁線電機的研發和量產,無疑將有力助推新能源汽車整體性能的全面提升。
然而,扁線電機的研發與制造無論在設計、制造還是原材料等方面,均面臨技術瓶頸和巨大的成本挑戰,易唯科是如何做到的?
起點
在2008年的中國國際工業博覽會上,上汽以“綠色上汽,創新未來”為主題,攜新能源車和自主品牌新產品參展。這被看作上汽新能源汽車的起點。彼時正在一家軍工企業參與大功率驅動電機研發工作的曹紅飛,接到了與上汽合作、將可靠性高、體積更小和重量更輕的驅動電機應用到新能源汽車上的全新任務。
就這樣,曹紅飛于2009年來到上海,開始了新能源汽車電機的開發。“我記得我們做的第一臺電機峰值功率是50kW,重量是37kg,和國內同行的產品相比,重量要輕7~8kg。”曹紅飛對這款電機的性能充滿了信心,但當他在2013年看到美國通用計劃引入中國市場量產的新能源動力總成時,“傻眼了,通用的扁線電機產品既美觀,性能又好,產品一致性比我們要強很多,功率密度至少領先我們20%~30%。”
巨大的差距激發了曹紅飛的斗志,他決定在扁線電機領域取得突破,縮小與國外產品之間的差距,實現進口替代。真正開始動手時,曹紅飛卻發現,事情遠沒有想象的那么簡單。“完全是兩個概念。之前我們做的扁線電機匝數較少,對形狀、尺寸要求都不是很高,但國外產品無論從尺寸、耐壓能力、加工工藝各個方面都完全不一樣。”
經過深入的研究和分析,曹紅飛終于找到了急需突破的兩個關鍵點:原材料和加工設備。
突破
盡管找到了突破口,但問題卻并未在短期內迎刃而解,在關鍵技術上,國內企業面臨了歐美行進技術的全面封鎖。
作為繞組線的主要品種之一,漆包線是指用絕緣漆作為絕緣涂層、用于繞制電磁線圈的金屬導線,也稱電磁線。“美國通用的漆包線供應商是美國埃塞克斯,可是他們卻不愿意將產品賣給中國企業。買不到,我們就只好想辦法自己做。”
就這樣,曹紅飛找到一家國內的漆包線供應商,又找了國外的兩家漆廠。“扁線電機銅過程中工藝較為復雜,特別是絕緣涂層,既要保證在受力折彎的過程中不破裂,又要能夠耐高溫,盡可能提高韌性、降低收縮形變,這是傳統的焊接工藝和涂層所無法實現的。”曹紅飛介紹說,不僅要調試底漆和面漆的配方,還要控制漆膜的均勻度和厚度,“將近三年的時間,我們終于攻克了扁線電機漆包線的難題。”
解決了材料問題,接下來就是設備了。“經過多方打聽,我們終于知道,產線是日本小田原的,但小田原產線技術在整車廠控制之下,根本不可能向日本以外的區域出口,一條電子的產線甚至需要兩億元以上的價格。”曹紅飛說,“最后,我們硬是憑著自己的想象,通過逆向工程技術對模具進行開發。”
在得到了多位專家、工程師及老師傅的幫助之后,“第一臺模具終于被幾位老師傅一錘子一錘子敲出來了。”原材料和加工設備這兩大瓶頸的突破,讓國內自此具備了扁線電機的開發和生產能力,并且開始形成規模。
新能源汽車市場和技術發展速度的加快,對電機的工作頻率也提出了更高的要求,“這就需要增加電機繞組的層數。從2層到4層甚至更高層數時,如何突破扭頭部分工藝又再次成為了技術難點。”曹紅飛說,“當我們的技術迅速提高,接近國際高端水平時,國外的企業就愿意和我們交流了,所以我們漸漸突破了技術瓶頸。2016年,我們開發的第二代扁線電機的繞組層數已經可以做到6層甚至8層。”
盡管仍然面臨設備投資高、無法柔性生產的問題,但不可不認的是,國內的電機產業鏈已經隨著技術的進步逐漸形成并開始走向成熟。可以說,曹紅飛及其團隊對扁線電機技術的自主創新,打通了驅動電機上下游產業鏈,同時帶動了驅動電機和新能源產業鏈的延伸,并使其更加穩定和富有韌性。
引領
從驅動電機的技術升級過程中我們不難發現,隨著新能源汽車的不斷進步,小型化、高速化成為新能源汽車電機的主要發展趨勢,這必然要求扁線電機不僅需要更高的功率密度以適應高轉速,同時還要適應更高的電壓。“第二代扁線電機的技術指標已經無法滿足需求。”在曹紅飛看來,必須要開始研發并生產第三代扁線電機,全面提升電機性能,解決用戶的痛點。
“要想成為迭代產品,第三代扁線電機要走不同的技術路線,產品性能也要有大幅提升,同時成本還要有所下降。所謂技術創新,就是要在別人之前,先革自己的命。”曹紅飛說,第三代扁線電機的轉速至少要達到20000rpm以上,層數可能要達到10層甚至12層,在對精度的要求越來越高的同時,必然需要增加漆膜厚度,以適應800V的電壓,然而增加漆膜厚度又將帶來空間利用率降低的弊端。
“整個的開發過程并非一帆風順,雖然已經想到了可以通過不等槽寬將空間利用率提高,但真正實現起來又遇到了很多問題。再加上突出其來的疫情,第三代產品的研發一度陷入僵局。”說到這里,曹紅飛難掩眼中的信心,“但我們的團隊并沒有放棄,很多創新都是在絕境中被逼出來的。當時大家雖然都被關在家里,卻并沒有停止對產品的研發。最終,我們找到了解決方案。”
新世界的大門就此打開。
2021年9月,上海EVK成立。2022年6月,第三代扁線電機的樣機試制成功,產品外徑覆蓋138~270mm,功率級覆蓋5~300kW。通過將槽型由直槽改為不等槽寬,并且將繞組以雙拼形式放進去,使電機疊厚減少20%以上,大大提高了空間利用率,在同等體積下,其綜合能量轉換效率較頂級圓線電機產品提高4%,較二代扁線電機產品提高2%.這對于數噸重的電池組來說,相當于減少了幾十公斤的重量。
目前,易唯科已經三項國際專利,申請中國專利50余篇,大部分是發明專利。基于第三代創新的扁線電機技術正在申請國家新能源科技創新項目和上海市科技創新項目。第三代扁線電機的電機功率,也早已達到甚至超過國家要求的“2030年電機功率要達到每千克6000瓦”的性能標準。
與此同時,易唯科的定子組裝產線自動化率達到70%,信息化覆蓋率達到100%,絕緣處理產線的自動化率和信息化覆蓋率均達到100%,可實現柔性生產,能夠根據客戶的不同需求調整制造方案,從而避免在投資過程中的風險問題。“第三代扁線電機不僅可以廣泛應用于新能源汽車領域,甚至還可以擴展到摩托車、工程機械、電動船舶和航空航天領域。”在曹紅飛的規劃里,第三代產品有著更為巨大的市場潛力。
技術創新,就是要不斷尋找差異化,只能能夠給客戶帶來價值的技術和產品,才有市場和未來。2022年,易唯科第三代扁線電機獲評中國汽車研究院和中國商用車黑科技大賽組委會“電動化技術創新獎”,EVK易唯科公司被中國汽車評價研究院評為“汽車行業隱形獨角獸企業”。
隨著年產能10萬臺自動化生產線的全面投入使用,易唯科將逐步擴大在國內驅動電機行業的市場占有率,并積極開拓國際市場,以對電機行業的熱愛和情懷,實現中國驅動電機行業的國際領先。