一篇文章读懂电驱动系统产业发展现状和趋势研究

一篇文章读懂电驱动系统产业发展现状和趋势研究电驱系统（电机、电控、变速器等）是新能源汽车的核心部件。发展初期，电驱动相比较成本高昂的动力电池在政策、企业和市场端受关注度普遍较低。但随着补贴政策的逐步推出，产品进一步市场化，新能源汽车的动力性和能耗水平也成为衡量整车的重要指标，电驱动技术越来越受到行业的普遍重视。总体市场分析市场现状作为市场的新入局者，新能源乘用车整体受政策和外界环境影响较大。从市场走势来看，2017年和2018年产量同比均实现大幅增长，2018年单年产量突破百万。2019年新能源汽车补贴退坡导致下半年市场表现不及预期，全年仅实现同比1.54%的微增。由于新冠状肺炎疫情的影响，2020年1-5月新能源乘用车产量同比降低46.51%。电驱系统配套情况与新能源汽车市场同步发展态势。电驱市场及供货关系我国电驱系统供应链体系逐步建立，发展较为完善，多家自主企业具备独立的研发和生产能力。2020年1-5月电机配套量前三的乘用车企业分别是比亚迪、特斯拉和蔚来，市场占比累计达到38%从电机供应模式来看，主要分为自产自销、第三方供货以及合资公司供货三种模式。自产自销的典型代表企业是比亚迪、特斯拉和蔚来，此类企业的特征有三，分别是先天具备电动化基因，资金实力较强且产品市场占有率较高。先天的基因注定此类企业是颠覆性的，在关键动力部件的布局上也较为完善；资金实力，有足够的资本进行研发和投机建厂；高占有率有利于形成规模效应，降低零部件的成本。其次是以第三方电机企业供应为主，主要以华晨宝马、广汽等传统企业为主，此类企业的特点是以传统车为主，电动化过程是循序渐进逐步过渡式的，短期内采用第三方企业产品就可以满足需求。第三类以合资公司供货的代表就是一汽大众和上汽大众。除了电机之外，电机控制器的供应模式和市场格局与电机基本相似。技术现状永磁电机市场占比逐年提升永磁同步电机和交流异步电机是电动车应用最广的两种电机。永磁同步电机具有功率密度高；效率高；能耗低，高启动转矩、启动时间较短等优势，但缺点在于成本高，高温引发退磁现象等。从近几年配套乘用车不同类型电机市场占比走势来看，永磁同步电机市场占比提升明显，从2017年的70.97%提升到了2019年的96.52%；2020年1-5月也达到95%以上。永磁同步电机成为绝对主力。市场的变化与近几年电动汽车产品结构有较大关系，前期小微型车在市场占主导，为了降低成本小微型车多配备交流异步电机；而随着扶优扶强政策的切换，紧凑型及以上车型开始占主导，为保证整车动力性，配套永磁同步电机的车型也越来越多。电机功率是衡量电机技术水平的重要指标，纯电动轿车中微型轿车电机功率主要分布在25-50kW，质量集中在20-40kg之间；紧凑型车功率主要分布在100-150kW，质量40-60kg之间；中型车车型数量比较少，电机功率分布较散。对于纯电动SUV，紧凑型和中型SUV质量主要分布在50-60kg之间，中型车电机功率普遍略高在150kW上下。扁导线电机得到进一步应用扁导线电机具有槽满率高，低直流铜损，散热性和热传导更好等优势，被认为是提升电机功率密度的有效手段。同时，扁导线绕组电机存在工艺复杂、趋肤效应大、铜线要求高和设备要求高等特点，技术门槛相对较高。早在2007年，雪佛兰Vlot采用雷米生产的扁导线电机技术，2015年丰田普锐斯采用电装生产的扁导线电机。我国扁导线技术起步较晚，2017年上汽研发成功并应用在热门车型ERX5、Ei5等；2020年蜂巢开发的小型扁导线电机在欧拉R1上进行了装配。精进电动研制了扁导线绕组乘用车电机样机，功率密度达到4.4kW/kg以上。电机控制器功率密度整体偏低电机控制器是三电核心部件之一，是能量由电池到电机传递转换的枢纽和控制核心，对于提升能量利用效率、输出动力的可靠性和稳定性有着至关重要的作用。根据《节能与新能源汽车技术路线图》的规划，2020年控制器比功率实现15kW/L，2030年达到控制器比功率35kW/L。我国现阶段电控功率密度整体偏低，绝大多数产品位于斜线以下，绝大多数产品功率密度不足10Wh/L，与技术路线图规划目标存在一定的差距。电驱集成化目前比较主流的做法是将电机、控制器和减速器深度集成，形成三合一电驱方案。系统集成优势明显，通过共用壳体、连接件等可以有效地减小电驱动系统的体积、降低系统总质量，达到轻量化、节约成本等目的。以下介绍三中三合一电驱产品。比亚迪的这款产品NEDC综合效率可达88%，最高效率超过92%，功率密度达到1.9kw/kg；成本降低三分之一，主要应用于秦ProEV、唐600等产品。北汽的这款产品，系统效率达到了91%，减重超过20%，促进性能提升了25%，主要应用在北汽EU5等车型。广汽的这款三合一电驱产品，将最大输出功率、最大系统输出扭矩分别提升至150kW、3900Nm，而重量有87kg，主要应用在AionS等产品。发展趋势总体看来，未来电驱系统趋势主要围绕“集成化”“高效化”“低成本”等维度发展。电机小型高效化和低成本是未来发展的重要方向。提升电机效率主要通过降低铜损和铁损来实现；通过将绕组圆导线改为扁导线提升槽满率是降低铜损的重要手段，随着技术和工艺的不断成熟，未来扁导线电机会得到更大规模的应用。在降低铁损方面，一味追求高的转速并不是明智之举，在提升电机的动力性同时也要兼顾铁损的降低。此外，伴随着新能源汽车市场规模的不断增加，低重稀土永磁材料的开发和应用将是降低电机成本的关键手段。电控是电驱系统的“大脑”，核心功率器件SiCMOSTET凭借更高的导热系数、高禁带宽度等优异性能有望在未来五到十年逐步替代传统IGBT。从产业链布局情况来看，材料厂商如美国科锐、日本昭和电工、罗姆等公司纷纷加大SiC产能的布局；功率器件厂商如英飞凌、意法等公司也加大车规级SiCMOSTET产品的开发和布局，纷纷同上游材料厂商签订战略合作协议；OEM厂如特斯拉已经率先在Model3装配；丰田将2021年混动和氢燃料电池车将全面使用SiC，同时与电装成立合资公司，布局车载半导体业务；我国比亚迪也在比亚迪汉EV进行了搭载，并计划到2023年，旗下的电动车中实现SiC基车用功率半导体对硅基IGBT的全面替代。电机减速器的优点是结构简单，技术难度小，成本低等，但缺点也很明显，当汽车高速运行，电机转速高，电机能量损失大，电耗大幅提高。通过多挡化设计以保证电机在不同工况下都能在较高效区工作，既保证了汽车的动力性，也提升了整车的节能效果。目前2级减速器已经得到应用，如宝马i8采用了吉凯恩开发的2级减速器，长城P8、长安CS75PHEV采用了舍弗勒开发的2级减速器。在纯电动车型上，上汽荣威MARVELX采用了后置双电机配两级变速器技术。随着电动车体量的增大，对整车能耗水平的逐步加严以及多级减速器技术的不断成熟，必将得到进一步的应用。结论与展望综上所述，随着时代及技术的发展，大数据在汽车商品企划中的作用逐渐明