比亚迪：自主掌握电动汽车核心技术抢占高端纯电动乘用车产业制高点

文/潘慧 吴幸雷

[导语]

比亚迪股份有限公司（比亚迪汽车工业有限公司母公司）（以下简称“比亚迪”）成立于1995年2月，总部位于广东省深圳市，业务布局涵盖汽车、轨道交通、新能源和电子四大产业，并在这些领域发挥着举足轻重的作用，从能源的获取、存储，再到应用，全方位构建零排放的新能源整体解决方案。比亚迪是香港和深圳上市公司，营业额和总市值均超过千亿元。在今年广东省科技创新大会上，比亚迪“高端纯电动乘用车关键技术研发及产业化”项目荣获2021年度广东省科技进步奖特等奖。

自主创新 勇摘2021年度广东科技进步奖特等奖

《广东科技》：恭喜比亚迪“高端纯电动乘用车关键技术研发及产业化”项目荣获2021年度广东省科技进步奖特等奖。请介绍一下你们此次获奖项目及其科研团队的基本情况。

比亚迪：谢谢！一直以来，比亚迪肩负高度的社会责任感和历史使命感，构建“电动车治污，云巴治堵”绿色大交通体系，助力实现碳达峰、碳中和目标。比亚迪坚持自主创新，掌握电池、电机、电控及芯片等新能源车全产业链核心技术，在2008年推出了全球首款量产插电式双模电动车，拉开全球新能源车变革的序幕；在2010年提出全球首个公共交通电动化解决方案，该方案后来上升为国家战略，已形成全球共识；在2020年推出刀片电池，解决市场最关心的安全痛点；在2021年发布DM-i超级混动技术，加速新能源车对燃油车的替代。2021年，比亚迪交付汽车74万辆，其中交付新能源车60.4万辆，同比增长220%，连续9年国内排名第一；2022年1～6月，累计销售新能源汽车64.3万辆。比亚迪新能源车运营足迹已遍及全球六大洲、70多个国家和地区、超过400个城市。

今年4月，比亚迪“高端纯电动乘用车关键技术研发及产业化”项目荣获2021年度广东省科技进步奖特等奖。该项目以比亚迪在高端纯电动乘用车动力系统领域的技术突破作为创新成果，主要创新点包括“三明治”结构高安全无模组刀片电池系统、大功率低损耗SiC模块控制器设计制造技术、充驱一体高电压深度集成架构。

该项目研发团队于2003年开始新能源汽车相关技术的研发，是我国最早一批进行电动车驱动系统、电池系统及功率半导体的研发团队。团队从国内外知名高校吸纳了一批硕士、博士专业人才，组建成芯片、电池、驱动总成创新研究队伍，人员学科背景以车辆工程为主，同时吸纳了机械工程、电子电气工程、计算机、仪器、材料等领域的优秀人才。经过不断努力，人才队伍建设取得了长足发展，建立了一支专业年龄和专业结构合理、研发能力一流的技术人员队伍，一支以学术带头人和优秀中青年技术骨干为主的研究梯队已经形成。

突破关键技术 占领高端纯电动乘用车产业制高点

《广东科技》：贵司科研团队当初为何选择此项技术作为课题的研究方向？该项目的创新思路，主要内容、解决的难点问题（创新点）及意义是什么、取得了哪些重要科研成果？

比亚迪：我国已成为全球最大的汽车产销国，汽车产业从高速增长进入高质量发展新阶段，需要进一步夯实产业基础，冲击高端市场，真正实现从汽车大国到汽车强国的转变。高端乘用车技术复杂，综合性能领先，是技术发展风向标，更是产业制高点，占领高端乘用车市场是汽车产业由大变强的重要标志。在传统燃油车领域，外资品牌拥有雄厚的核心技术积累，打造了一系列极具竞争力的高端乘用车产品。我国汽车产业起步较晚，核心技术缺失，高端化产品的持续性和规模一直难以突破，高端市场长期被国外垄断。在电动车领域，我国已取得先发优势，汽车电动化为实现汽车强国战略提供了重大机遇，亟须抓住产业发展战略窗口期，自主掌握电动汽车核心技术，占领高端纯电动乘用车产业制高点。

“高端纯电动乘用车关键技术研发及产业化”项目在此背景下应运而生，并获得三大重大技术突破：

第一，创建“三明治”结构高安全无模组刀片电池系统。发明超长电芯高精度模腔涂布、基于弯缸支座的辊压变形控制等技术，首次实现超大长宽比刀片电池的创新设计和高速高精度制造，刀片电池极芯体积利用率提升到98%；研制了以超长刀片电芯阵列为骨架、高绝缘高热阻结构胶直接粘连电芯与托盘的“三明治”结构动力电池系统，实现电芯到整包无模组直接集成，系统体积能量密度达240Wh/L（特斯拉电池系统为206Wh/L），电池包直接碰撞不起火爆炸，彻底解决动力电池热失控痛点。该技术已应用在比亚迪全系乘用车上。

第二，创建大功率低损耗SiC模块控制器设计制造技术。发明多组分纳米银膏新型烧结材料和多致密层低形变复合活性基板，突破大电流密度SiC芯片可靠散热封装难题；创新全桥复用RC尖峰抑制电路，攻克SiC快速开关引起的尖峰电压抑制难题；发明融合死区补偿、动态转子位置补偿、转子形态补偿、磁链补偿等多因子协同补偿控制技术，实现电机在高功率工况下的精准稳定控制；开发出全球首款量产车规级SiC驱动模块控制器，打破国外功率芯片封装制造“卡脖子”难题，引领行业第三代半导体规模化应用，SiC驱动总成功率密度达2.1kW/L，总成综合效率达89%。

第三，创建充驱一体高电压深度集成架构。首创充电和驱动一体的高性能高电压系统深度集成架构，攻克高电压架构充放电性能协同提升难题。研制出高电压电机、电控、电动压缩机等核心部件，自主构建高端纯电动乘用车高电压平台设计制造体系；创新提出了电驱动系统功率器件和电机绕组复用构建升压电路的技术路线，发明驱动与升压充电一体化拓扑结构，突破了高电压车型在低电压充电桩快速补能的难题；发明零扭矩升压充电控制算法，实现升压充电工况下零扭矩精确控制。开发的深度集成架构可实现最大充电功率超300kW（特斯拉的最大充电功率为250kW）。

该项目获得授权发明专利79项，实用新型专利43项，主导制定了我国首个电动汽车安全强制国家标准等14项国家标准，代表中国主导制定了全球第一个电动汽车安全技术法规。项目成果经专家组鉴定：“整体处于国际先进水平，刀片动力电池和充电驱动一体集成架构技术处于国际领先水平”。

项目突破高端纯电动汽车安全、续航、动力协同提升难题，打造出汉、唐等系列化高端纯电动车型，中大型轿车汉已成为我国20万元级别以上唯一单月销量连续过万辆的自主车型。项目成果实现对丰田等国外一流品牌的技术输出和产品配套。近三年，比亚迪直接经济效益超千亿元，强力支撑我省在全国新能源汽车发展领域的引领地位，助力广东省打造世界级新能源汽车产业高地。

《广东科技》：项目成果的应用情况及产生的效应如何？

比亚迪：“高端纯电动乘用车关键技术研发及产业化”项目研究成果于2018年被比亚迪纯电动乘用车搭载并陆续上市，产品历经市场考验，市场反馈产品性能优异、稳定性高，得到用户肯定。

社会效益方面，一是自主可控，掌握电动汽车全套关键核心技术。项目构建了从材料、部件、系统、控制到整车集成的全产业链研发设计制造能力，涵盖动力电池、电控功率器件、驱动电机等新能源汽车关键核心系统，具备既能设计出来也能制造出来的能力，确保我省高端电动汽车产业自主可控。

二是协同创新，树立高端纯电动汽车技术标杆。依托项目成果打造出汉、唐等系列化高端纯电动乘用车，其中高端轿车汉续航里程超600km，百公里加速3.9s，百公里能耗12.8kW·h，从0到100%充电时间仅60min，成为首款荣获CNCAP 和中保研“双优安全认证”的新能源轿车，树立了高端纯电动汽车技术标杆。

三是成果应用，助力我省打造世界级产业高地。高端轿车汉上市以来月销量连续破万辆，近一年累计销量超10万辆。在汉、唐等高端产品带动下，比亚迪从今年6月开始连续获得国内单月新能源汽车销量冠军，成为首个进入新能源汽车百万辆俱乐部的中国品牌，助力广东省打造世界级新能源汽车产业高地。

四是定标立准，保障电动汽车行业可持续发展。项目完成单位主导制定了我国首个电动汽车安全强制标准等14项国家标准，参与了电动汽车动力系统全部国标的制定，支撑我国建立了完善的电动汽车标准体系；作为组长单位，代表中国主导制定了全球第一个电动汽车安全技术法规。

五是成果共享，共同推动汽车产业电动化变革。项目打造的高端纯电动乘用车技术水平达到国际一流水平，吸引了丰田等品牌成立合资公司，购买项目成果产品用于其旗下高端电动汽车，打破了我国汽车核心技术长期跟随国外的局面，推动汽车产业电动化变革。

攻坚克难 持续攻关促创新

《广东科技》：请介绍贵司科研团队在项目研发过程中遇到了哪些困难，是如何克服的？

比亚迪：我们的科研团队在项目研发过程中面临的难题主要有以下三方面：

首先，高端车长续航需要提升电池能量密度，但高能量密度三元电池安全性差，高安全磷酸铁锂电池在传统成组结构下系统能量密度低，因此要实现高安全要求下的长续航极为困难。

其次，与传统Si基材料相比，SiC功率器件具有电流密度大、损耗低的优势，但大电流密度下的芯片可靠冷却、高开关速度下电压电流尖峰抑制难题制约SiC功率器件产业化应用。

再次，高电压设计是提升整车动力性能、降低损耗的有效手段，但存在高电压平台在低电压充电桩的适应性问题，独立的升压充电装置系统冗余，成本高昂。

电池技术是电动汽车的能量来源，对于汽车来说，长续航和安全都是基本要求，高能量密度与高安全需求极为矛盾。从2002年开始研发磷酸铁锂动力电池，2005年首款动力电池量产，2008年首次搭载车型应用，十余年的坚持和积累，让我们具备进行电池领域重大技术创新的基础能力。

针对传统电池尺寸设计空间利用率低，限制续航提升，传统电芯、模组、整包三层结构成组效率低，无法充分利用整包空间等一系列问题，项目提出了超大长宽比电池技术路线，发明了均流模腔涂布结构和基于弯缸原理的支座修正辊压结构，解决了超长电芯带来的极片涂布和辊压均匀控制难题，实现超宽极片的均匀涂布和辊压，开发出最大宽度达1200mm、电池极芯体积利用率提升到98%的超大长宽比刀片电芯；发明了无模组高度集成的“三明治”动力电池结构，以超长刀片电芯阵列为骨架，创新高绝缘高热阻结构胶将电芯与上盖、底板直接粘连，整包空间利用率大幅提升，电池体积能量密度达240Wh/L。同时，在电池安全设计上，我们也取得了突破。通过添加无机非金属材料提供双重高压绝缘设计，内层耐高温涂层加外层云母，突破传统有机材料包覆的高压铜、铝排设计，保证极端情况下绝缘有效。

通过大量的材料、工艺和结构创新，我们成功开发兼具高安全、长寿命、高能量密度、高性价比的刀片电池，可轻松应对针刺、挤压、炉温、过充（仅冒烟）等极端工况试验。

《广东科技》：贵司科研团队还开展了哪些相关研究？

比亚迪自主构建高端纯电动全产业链研发设计制造能力

比亚迪荣获2021年度广东省科技进步奖特等奖证书

比亚迪：高速、高效、高密度、低噪音、高性价比是纯电动汽车驱动总成的重点发展方向，我们科研团队在此方面主要研究内容如下：第三代宽禁带半导体器件基础材料与设计技术、功率模块高效冷却与封装、无源器件技术、相关传感、控制和通信用集成电路等技术和工艺；开发高比功率、高效驱动电机设计与工艺技术，研究基于电磁材料多域服役特性、多物理场协同正向设计，电磁部件物理底层建模分析，以及大数据自动优化算法；控制器主控芯片、软件开发与测试技术，新型控制算法效率提升技术，电机控制器功能失效保护新技术等。

建言献策 助力建设更高水平科技创新强省

《广东科技》：贵司认为近些年广东省创新政策、环境和机制，对企业科技创新起到了怎样的作用？对广东省实现科技自立自强，进一步加快建设更高水平科技创新强省有何意见和建议？

比亚迪：广东深入实施创新驱动发展战略，扎实推进粤港澳大湾区国际科技创新中心和科技创新强省建设，强化企业技术创新主体地位，不断完善以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。

近年来，广东省、深圳市积极鼓励企业加强关键核心技术“卡脖子”问题攻关，提升产业技术核心竞争力，在5G、芯片与软件、新能源汽车等领域启动一批重大攻关项目，推动产业创新平台建设，促进企业、高等院校、科研院所组建产业技术创新联盟，科技创新对经济社会发展的支撑和引领作用日益增强。比亚迪积极参与省、市重大专项项目，承担工程创新中心和重点实验室建设，与来粤设立科研机构的国内高水平相关院校联合共建重点实验室、技术创新中心等创新平台，比亚迪的技术创新能力和产品水平得到了大幅提升。

但是，比亚迪的科技创新工作仍然面临一些困难和挑战，希望得到省市政府部门的支持。一是加快标准化体系建设。标准是自主创新的技术基础、企业生产经营的依据，引导着产业升级方向。建议我省开展新能源汽车、智能网联汽车标准体系研究，支持企业加快制订新能源汽车、智能网联汽车关键零部件生产和应用标准，并将相关企业标准和产业技术联盟标准上升为地方标准。二是加强科技人才引进。以健全的激励机制引进人才、留住人才，为科技创新人才提供基本的生活保障与奖励；通过建设“明星高校”深圳校区引进更多科研人才；适当出台人才来粤就业定居的补贴政策，比如延续广东省高层次人才认定政策以留住人才。三是继续强化科技支撑保障。针对水电、道路、交通、土地等基础性资源，通过出台相关的优惠政策和降低使用门槛，为企业提供充足的后勤“保障”，从而解决企业在日常经营活动中遇到的基础性资源问题。