槽内注塑/三电平技术/槽内油冷等等| 从上海车展看各家技术布局

紧接上期上车展期间各家分布式电驱种类以及各自特点的总结，本期内容主要是针对上海车展期间各家拿出的比较前沿的技术以及产品做一个交流总结，看看各企业未雨绸缪的布局以及到底哪些才是真正的未来趋势。

本期内容涵盖了槽内注塑、塑代铝、槽内油冷、发泡绝缘、嵌入式功率模块、三电平技术。

01. 槽内注塑以及塑代铝技术

定子注塑是一种通过将熔融塑料注入模具，与定子铁芯、线圈等部件结合，形成一体化结构的制造工艺。其核心作用是固定线圈、增强绝缘性能并提升定子组件的机械强度。还能将定子铁芯槽口密封成型，让冷却油直接流经绕组所在的槽内空间，也就是槽内油冷，以此来延续峰值功率。

◎住友电木本次车展展出了其槽内注塑技术，其用的是热固模塑料封装工艺，用150-300微米厚的封装层替代绝缘纸，所用的固化树脂是一种低粘度高导热定子密封树脂组合物，通过优化环氧树脂、固化剂与无机填充材料的配比，使树脂在175度下的最低熔融粘度≤40Pa·s，实现快速填充定子槽且操作简便。核心配方采用邻甲酚酚醛环氧树脂与酚醛树脂系固化剂，搭配球形二氧化硅（粒径0.01-50μm）提升导热性（≥0.7W/m·K），固化后弯曲模量达10-30GPa确保结构强度。实测胶凝时间40-100秒，在保持流动性的同时缩短成型周期。

而且这种注塑树脂还是可降解回收的，是通过设计含有特定硅氧烷结构(-Si-O-)的热固性树脂，使固化后的密封树脂在含氟离子溶剂中快速分解，无需高温破坏即可轻松回收定子中的铜线等材料。具体方案包括：采用甲硅烷基醚改性酚醛树脂或有机硅树脂作为核心成分，固化后形成易断裂的硅氧键网络；解体时仅需将定子浸入含氟溶剂（如四丁基氟化铵溶液），常温下即可使树脂崩解，铜线完整分离。实验显示，该树脂在溶剂中24小时内完全解体，铜线回收率达100%，相较传统高温灰化工艺，成本降低且无二氧化碳排放，尤其适用于电动汽车电机等需高效资源回收的场景。

◎汇川联合动力这次车展展出的槽内注塑定子是通过高精度模具注塑，使铁芯槽齿与注塑料形成分子级结合，同时，注塑体特有的阻尼特性可吸收电机电磁振动，提升了驱动电机在使用过程中的静音性和舒适性。汇川选用了CTI值≥600V的高性能工程塑料，相比传统绝缘纸的175V，绝缘性能大幅提升。这种材料不仅具备优异的电气绝缘性，还拥有出色的耐高温特性，能够在电机高负荷运行时保持稳定性能。同时，材料的导热系数达到2.0W/m・K，是绝缘纸的13倍。

绝缘设计方面根据汇川联合动力实测数据显示，其绕组端部高度缩减8-10%，同时爬电距离仍能保持3.0mm的安全冗余。工艺方面也相应简化了，注塑一体化成型工艺实现了定子组件零焊接，工序精简约7%，取消了绝缘纸成型工艺及扭转护齿工装。

而且，其注塑绝缘层只有0.15mm厚，相对于传统0.25mm的绝缘纸方案 ，可腾出空间让扁线绕组宽度增加0.2mm、厚度增加0.075mm，槽满率提升7%，同体积驱动电机电流承载能力提升。该技术突破使同体积电机功率密度提升（3-6）%，同时绝缘体系厚度缩减（30-40）%。

◎舍弗勒的定子槽内注塑的技术方案，是用整体注塑形成的聚合物代替槽绝缘纸，单层通过转移模塑固定一个整体铁心。

◎汇川联合动力这次车展还展出了其自主研发的塑代铝新材料方案，是专为满足电磁兼容性（EMC）屏蔽需求而设计，是一种高性能的注塑级工程塑料，该材料可广泛用于外壳、支架、连接器和散热器等关键部件。整体重量减轻7.7%，可将电控/电源盖板和壳体全部替换，相比铝合金材料，NVH降低5-10dB。

传统壳体采用铝合金（密度2.716 kg/m³），导致重量大、材料阻尼因子高，运行中噪音显著。而塑料的密度约为1.8kg/m3，远远小于铝合金的密度，所以在相同体积下，由塑料基体和电磁屏蔽体形成的壳体的重量较小，并且其材料阻尼因子较低，所以在应用过程中噪音也较小，从而能够实现降重和降噪的效果。

但是采用工程塑料做电控盖板并且要在保持电磁屏蔽、防护和密封功能的前提下，实现减重降噪绝非易事。汇川的方案是通过在塑料表面或内部集成金属层、碳纤维布或金属网等电磁屏蔽结构，来解决塑料材料无法屏蔽电磁干扰的问题，并额外增强了耐腐蚀性。

02. 槽内油冷与发泡绝缘技术

◎汇川联合动力的槽内油冷电机其实在上海车展前NE时代就有介绍（汇川联合动力的槽内冷却方案！），其用的是异形线方案以及半沉浸式方案（绕组端部做密封处理），结合其发泡绝缘纸技术解决传统滴漆工艺引入的清洁度管控风险。其持续峰值比由传统油冷方案的50%提升到80%，相比传统油冷方案，持续热负荷由1800A2/mm3提升到6500A2/mm3，功率密度提升30%，电机体积降低30%。

但是这种异形线要如何避免出现死液(不流动区域)区域，同时还要能够增强对流换热，达到提升绕组端部散热效率的目的是一个难题。汇川的方案是通过结构设计增加冷却液在腔内的流动距离，强化扰动与散热。例如通过双腔分隔+过液孔引导流动的设计，可实现冷却液流速提升、流动路径延长与死区消除的多重效果。当然实际应用中需结合CFD模拟与实验验证，进一步优化参数以确保可靠性与经济性。

◎提到发泡绝缘就不得不提3M的发泡绝缘技术，这次车展3M也有展出，发泡绝缘纸就是通过特定的加热过程，可实现对定子绕组的绝缘和固化。3M的发泡绝缘纸发泡温度是160度，固化时间是160度保持30分钟即可完成。通过发泡涨紧来到达固定绕组的作用，以此来省去滴漆工艺，这不仅能大幅提高定子生产节拍，还可以减少滴漆设备数量，缩小占地面积，并降低一次性设备投入。

同时，发泡绝缘技术杜绝了油冷方案中滴漆工艺堵塞定子轭部或槽间油路的风险。同时，该技术还具有高结构强度和粘结性能，为800V电气架构下PEEK线不易挂漆的漆皮材质提供了更优的固化方案。但也存在一定的问题，发泡绝缘纸虽能填充间隙，但可膨胀粘合剂层的导热系数通常较低，不利于将定子绕组所产生的热量散发到定向芯部外部。

针对这个问题，3M的解决方案是用的粘合剂分区设计，通过将槽绝缘纸的粘合剂层分为三段设计：中间的粘合剂区段采用高导热非膨胀粘合剂覆盖绕组槽底壁，直接提升热量向定子外部的传导效率，而两侧的粘合剂区段则采用可膨胀粘合剂，在受热膨胀后自动填充绝缘纸与扁铜线绕组之间的间隙，省去传统浸漆工艺，同时配合压敏胶胶点精准固定绝缘纸位置，实测可使电机最高温度降低4℃。巧的是发泡绝缘NE时代此前也有写过，3M的这个方案与联合电子分区发泡方案有些类似，感兴趣的这是文章链接（发泡绝缘纸或是槽内油冷的最优解！）。

◎舍弗勒这次车展展出的槽内油冷技术是采用的槽内内置流道设计，其出口端设置成了开放式出油口，出口端油罩与定子芯围成容纳油液的出口端油腔，绕组端部浸没其中，出油口位于油腔顶部且未连接管路或接头，使出口端油腔呈开放状态，油压接近大气压。具其车展期间给出的产品信息来看，其持续功率与峰值功率的比值达到了100 %，定子温升最高可降50 K，转子温升最高可降30 K。

03. 嵌入式功率模块

◎舍弗勒车展期间也是展出了其高压嵌入式功率模块，该产品采用高压PCB嵌入式封装技术，具有低损耗、高集成度、高效且耐用等优势，可适配新能源汽车800V平台应用，在降低成本的同时，可有效提升整车性能及效率。尺寸168mm*90mm（带开放式水冷器），158mm*88mm（带闭合式水冷器），重量790g。

相较于框架式与注塑式等传统封装形式，该款嵌入式功率模块有诸多优势，首先就是杂散电感更低，效率更高，CLTC循环下可使逆变器的整体开关损耗降低超过30%，使逆变器效率提升至99%以上。而且流通能力也有提升，单位半导体的通流能力提升10%左右。在不降低开关频率的前提下，该功率模块的全性能峰值电压最高可达930V，可满足更高性能的应用需求，提升了系统的可拓展性。其嵌入式功率模块还采用了无引线互联工艺，可使功率模块的寿命达到传统封装的数倍，大幅提升产品的耐用性。

◎浩思动力在车展期间也发布了一款氮化镓PCB嵌入式封装模块，是用在其Gemini小型增程器上，相比于现有模块封装整体高度降低35%，体积缩小超过50%，杂散电感降低超过90%，并可解决氮化镓器件在高功率场景面临的过流能力低、散热性能差、可靠性不足等多重痛点，实现整车能耗优化。

利用氮化镓材料的超低电子迁移率特性，通过整机级-模块级-芯片级三层级优化电流路径设计，将主回路杂散电感大幅降低90%至1nH水平，将导通开关损耗显著降低，同时依托CIPB嵌埋封装技术的双面高效散热结构，可将氮化镓芯片的过流能力与热可靠性大幅提升，在行业内创新性地提出了功率氮化镓器件双面强化冷却十层嵌埋封装设计方案。这一全新技术组合不仅打破了氮化镓器件在高功率场景下的应用瓶颈痛点问题，更成功推动其首次规模化落地混合动力系统。在实现系统整体效率提升2%之外，也为整车能耗优化带来核心支撑。更详细的内容我们会在下期氮化镓上车趋势的内容里详细阐述。

04. 三电平

在汽车、光伏与风电等新能源技术应用领域，为适应高压大功率的场合，三电平逆变器得到了广泛应用。相比传统两电平逆变器，二极管钳位型(NPC)拓扑和T型拓扑三电平逆变器可以获得更多阶的输出电压，使得输出电压谐波含量变小，更接近于正弦波、等效开关频率高、谐波含量小、每个开关器件承受的电压值相当于原来直流电压的一半等特点。

但是三电平逆变器每相桥臂的输出端都通过箝位二极管连接到了直流侧的电容中点，所以在逆变器工作时会有电流流入或流出电容中点，对上下两个电容进行不等量充放电，这会导致中点电位的不平衡。因此，中点电位不平衡问题是NPC三电平逆变器的固有问题。这会让输出电压波形发生严重畸变，导致低次谐波输入到电机中，使得电机的负载产生转矩脉动，影响变频调速系统的性能；逆变器的开关器件承受的电压应力不同，致使开关器件的耐压等级提高，提高了工程的成本，造成资源的浪费；中点电位的波动降低了电容的使用时间，在功率传递过程中，如果不采取一定的措施，将会导致逆变器的电平数退化。

◎长安这次车展展出的三电平逆变砖兼容IGBT+SiC混联或SiC方案，采用可调驱动方案设计，可根据工况切换驱动回路，降低开关损耗。同时也应用了多项新技术、新工艺。自研Super T-Type控制算法，降低器件损耗，减少功率器件用量，兼顾成本与性能。铜排采用激光焊接工艺，杂散电感小。

长安维持中点电压平衡是通过动态调节冗余小矢量的作用时间，有效解决中点电压偏移问题。将电压矢量空间划分为6个大扇区，每个大扇区进一步细分为6个小扇区和2个区域，精确定位参考矢量位置；根据中点电压偏差和输出电流极性，实时计算或查表获取分配因子k，动态调整正/负小矢量的作用时间比例，实现电容充放电平衡。

◎吉利这次车展也展出了其三电平技术，具体技术信息都是没有展示，从外部信息来看其采用了激光焊接工艺。联合电子这次也有展出三电平技术，其拓扑为T型三电平方案，模块方案采用TPAK和PM6两种功率模块组合实现。