图为苏州瑞驱电动科技有限公司前瞻研发中心主任魏延羽博士作主题演讲

8月25日，“2023氢能与燃料电池技术及应用国际峰会”在中国上海召开，苏州瑞驱电动科技有限公司的前瞻研发中心主任魏延羽在会上做主题演讲。

以下是发言内容文字记录，未经嘉宾审阅：

魏延羽：

各位专家、领导下午好，非常荣幸能在这里代表瑞驱科技跟大家分享一下我们公司在车载氢燃料电池应用领域，电驱动产品上面的一些思考和我们的一些工作成果。

我今天的汇报大概是四个部分：

第一个就是对氢燃料电池系统里面电驱动的产品做一个简单的介绍；

第二个引出电驱动产品架构发展的趋势；

第三个是我们公司在电驱动产品上的一些技术研究；

第四个对我们公司做一个简单的介绍。

首先是氢燃料电池电驱动产品，氢燃料电池里面的零部件非常多，有哪些被我们归为电驱动产品呢？最核心的是DCDC的变换器，刚才黄总介绍了有空压机，我们给它配套做空压机的控制器，还有氢气循环泵的控制器，包括水泵的控制器。

这幅图是车载氢燃料电池系统的示意图，这里面标出来了5个电驱动产品在车里面所起的作用。实际上氢燃料电池系统，一般把它划分成四个子系统，第一个是空气子系统（供氧），第二个是氢气子系统（供氢），第三个是水热管理（冷却水泵），第四个是电气子系统（DCDC变换器），除了四个子系统之外还有一个大脑系统控制器（FCU）。

实际上氢燃料电池的电驱动产品的架构，我们根据自己的理解把它分为三个阶段，第一个阶段就是X+1架构，1是指FCU，除了1之外X就包括DCF、ACP、HCP控制器、水泵控制器。

第二代的架构做了集成，除了FCU把所有驱动类的、大功率、高压的部分集成了多合一的控制器，这个目前也是各家做电驱动产品主流的做法。

最终发展趋势是预的架构，有点类似于车上面做预控制器这种，把所有的跟电相关的全部集成到一个控制器里面去。

分立产品X+1架构，我把它称为一个纵向集成，它是机电一体化的概念，把电控部件和运动部件作为一个纵向的集成，类似于目前比较主流的水泵控制器和泵体是集成在一起的。像氢气循环泵控制器和泵虽然没有放在一起，物理上没有集成，但是实际上是成套的。但是FCU和DCF这部分只有电控没有运动部件的，X+1架构面临的问题主要是分立的零部件数量非常多，整个构成氢燃料电池系统的电器和机械接口就非常复杂。因为每一个控制器都要有一个独立的壳体，整个空间利用率比较低，功率密度也比较小，是很难满足市场需求。

所以就出现了第二代的多合一的1+1架构，1+1架构实际上是把出FCU之外的电控单元全部做一个横向集成，叫电控一体化的产品，这样做相当多个控制器共用一个壳体，带来了电器和机械结构的简化，另外功率密度能够大大的提升。

下面是域架构，域架构是把FCU也集成进去，相当于电控部件除了执行的手脚，也把大脑集成进去。这样实际上是有一个发展趋势，就是整个的控制器产品走向一个软件定义系统的思路，而且更容易实现功能安全。

如果说产业能够按之前预期迅速发展的话，会很快走到域控制器的架构，但是我们目前面临这样一个现实，就是我们的量产需求出现了一个低谷，可能很多行业内的大家都正在经历这么一个过程，但是最终它的目标到2025年或者2050年车载氢燃料电池的应用还是会发展起来的，只是我们现在面临一个低谷。这个时候量产需求是往下走的，但是平台开发类的项目是在持续推进的。

在供应链一侧，半导体芯片包括第三代半导体碳化硅功率器件的供应是获得了改善，应该从今年开始。

另外一方面就是国产化的方案开始越来越多，国家的供应链是有利好的。在产品这一侧呢？因为多核心架构大概从去年开始逐渐落地，产品开始上车去跑，这样的话在产品上应用的一些问题开始反过来牵引设计，有一点类似于规模型的开发，现在开始反馈到了设计端。

所以我们对电驱动控制产品大概的想法就是，第一个横向集成会取代纵向集成，因为电控一体化是有很大的优势的，尤其是在功率密度这一块。

第二个X+1的架构和1+1两种架构，短期内会同时存在，不会很快把X+1架构取代掉。另外域架构需求可能不会那么快的推向市场。除了方向上的发展之外，我们目前看到电驱动产品对成本可靠性、开发周期的要求是非常紧迫的。

基于上面的思考，瑞驱已经开发完成的产品或者说大概的规划是这样的，首先第一块是瑞驱的氢气循环泵产品，我们现在实际上已经开发完成了WTX-02、WTX-03、WTX-04三款产品，分别适用于不同功率等级的电堆，像WTX-02是我们第一款应该也是国内第一款200CC大盘量的氢气循环泵产品，03是面向更大功率的电堆，04是降功率面向小堆的应用。

这边还有一个目前产业大概思路就是把氢气循环泵和引射器做一个集成，把它作为一个氢系统的阳极模块。

除了泵体瑞驱提供循环泵的控制器产品，我们面临三个电压平台都可以提供适配的控制器。

在空压机控制器这块，瑞驱是目前规划了四款系列化的产品，目前ACP35、ACP40、ACP50都已经实现量产，ACP60是在必样阶段。ACP35是匹配大概20千瓦到35千瓦功率段，ACP40是比ACP35在EMC方面有了很大的提升，然后能够实现Class3的要求。ACP50是面向更大功率的电堆，ACP60是基本上能够覆盖掉180千瓦电堆系统，除了分立的电驱动产品之外，瑞驱还在开发多合一的控制器，目前我们在做的是210千瓦的多合一控制器，里面集成了DCF、ACP控制器、氢气循环泵控制器，里面包含了ES功能和PDU单元。

下面是瑞驱在一些技术方面的研究和进展，我们划分为一些功能性的技术和一些多合一里面各个零部件单元模块化的技术。首先是第三代大功率半导体碳化硅的应用技术，瑞驱是面临开发周期大大缩短的挑战，然后我们采用的策略是用模块化设计，把采用碳化硅多管并联技术，还有金属极板我们做出来半桥的功率模块，像图示的功率模块我们能够实现75A的载流，在ACP控制器上能实现15kw的功率输出，在DCF上是25kw。当我需要大功率产品的时候，我就通过模块的堆叠实现功率的扩展。这个模块我们给他实现了电流电压有温度的隔离采样以及短路、过压、过流保护功能。

在EMC技术，对于车载氢燃料电池EMC我们的理解更多是指EMI，因为里面有高频的PWM开关和一些大功率的电流，所以更多的是干扰别人。我们通过DVDT的优化，通过PWM策略的优化，降低发射源，通过结构上的分仓、屏蔽设计、以及空间布局上的优化，来减少耦合，通过设计高衰减增益的滤波器抑制对外的电磁辐射，目前我们的产品是能够满足Class3的要求。

这块是磁集成电感技术，这里面因为现在多合一背后的逻辑就是要节省空间，提高功率密度，怎么样节省呢？这里面磁、电感、元件是电驱动产品里面占体积非常大的一块，我们通过分享耦合的磁集成电感设计，能够把电感电流纹波降低22%的同时，把体积和重量降低34%，能够实现功率密度的大幅度提升。

在软件开发这一块，目前我们是引入了MBD自动代码生成的开发方式，通过需求管理、模块化设计和快速仿真验证，最终实现自动代码生成，除了MBD，我们目前正在研究的就是Autosar架构，就是把汽车产业里面软件开发的Autosar架构理念引入到车载的氢燃料电池系统、电驱动的产品软件开发里面来，实现软件和硬件的结耦，提高软件的质量。

另外就是我们在做关于功能安全这一块的一些研究，通过三层的监控架构以及支持Asil-D的多核MCU方案，然后再结合MBD和Autosar架构完成功能安全的实现。

这一块就是各个模块一些关键的技术，这是在氢气循环泵上面要面临低温冷启动的问题，瑞驱开发了自己独有的破冰启动技术，能够实现温度零下35度的无外加热源的冷启动。图片上是搭载瑞驱WTX02氢气循环泵上汽的燃料电池车型，在黑龙江黑河的冬季标定，当时是能够完全实现无故障的启动。

这块是空压机的快速启动，刚才黄总讲过，空压机轴承那边的气息很小。空压机有一个特点就是在低速段，要靠空气轴承是很容易损伤的，所以要快速的渡过这个阶段，瑞驱通过自己的技术研发，能够保证在0.3秒内把空压机加速到起飞转速，这个目前在业内应该是做得比较快的。

这一块是DCF这一部分的交错并联优化技术，DCF目前电堆的功率等级在不断的提升，像现在已经有300千瓦的电堆出现，DCF的功率等级也随之提升。目前一般都是用交错并联的方案去做，但是用多少路去做交错并联是一个很难去确定的问题，瑞驱是做了这么一个优化技术，通过设定效率、纹波电流和功率器件特性这样的一些限制条件，然后最终做一个多目标的全局寻优，实现这个体积和重量的最优。

我们目前在刚才的210千瓦的多合一控制器用了十路的交错并联，这块是目前DCF一般都会具备电化学组抗谱的测量，它的功能是去识别电堆的水研或者磨干的一些状态来做一些健康的诊断，目前瑞驱在这块能够做到的单频和多频的叠加，频率范围是从4赫兹到2K赫兹，THD的识别精度大概是3%。

下面就是对我们公司做一个简单的介绍，瑞驱是2016年成立，公司地址是在昆山，我们目前的两块业务除了氢燃料电池BUP电控部件来做车载的热管理，就是压缩机控制器，压缩机这一块。

这是瑞驱的一个发展历程，我们大概是2017年和上汽的前瞻技术部开始合作开发，大概是在2019年在国内推出了首款大排量的气循环泵产品，目前气循环泵在国内的市场占有率比较靠前，后面我们就开始开发空压机的控制器包括多合一控制器。

这个是我们大概的公司产品图谱，上面已经介绍过了，就不多说了。我今天的汇报就到这里，谢谢大家。