一篇文章讀懂電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)研究

一篇文章讀懂電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)研究電驅(qū)系統(tǒng)（電機(jī)、電控、變速器等）是新能源汽車的核心部件。發(fā)展初期，電驅(qū)動(dòng)相比較成本高昂的動(dòng)力電池在政策、企業(yè)和市場(chǎng)端受關(guān)注度普遍較低。但隨著補(bǔ)貼政策的逐步推出，產(chǎn)品進(jìn)一步市場(chǎng)化，新能源汽車的動(dòng)力性和能耗水平也成為衡量整車的重要指標(biāo)，電驅(qū)動(dòng)技術(shù)越來越受到行業(yè)的普遍重視。總體市場(chǎng)分析市場(chǎng)現(xiàn)狀作為市場(chǎng)的新入局者，新能源乘用車整體受政策和外界環(huán)境影響較大。從市場(chǎng)走勢(shì)來看，2017年和2018年產(chǎn)量同比均實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，2018年單年產(chǎn)量突破百萬。2019年新能源汽車補(bǔ)貼退坡導(dǎo)致下半年市場(chǎng)表現(xiàn)不及預(yù)期，全年僅實(shí)現(xiàn)同比1.54%的微增。由于新冠狀肺炎疫情的影響，2020年1-5月新能源乘用車產(chǎn)量同比降低46.51%。電驅(qū)系統(tǒng)配套情況與新能源汽車市場(chǎng)同步發(fā)展態(tài)勢(shì)。電驅(qū)市場(chǎng)及供貨關(guān)系我國(guó)電驅(qū)系統(tǒng)供應(yīng)鏈體系逐步建立，發(fā)展較為完善，多家自主企業(yè)具備獨(dú)立的研發(fā)和生產(chǎn)能力。2020年1-5月電機(jī)配套量前三的乘用車企業(yè)分別是比亞迪、特斯拉和蔚來，市場(chǎng)占比累計(jì)達(dá)到38%從電機(jī)供應(yīng)模式來看，主要分為自產(chǎn)自銷、第三方供貨以及合資公司供貨三種模式。自產(chǎn)自銷的典型代表企業(yè)是比亞迪、特斯拉和蔚來，此類企業(yè)的特征有三，分別是先天具備電動(dòng)化基因，資金實(shí)力較強(qiáng)且產(chǎn)品市場(chǎng)占有率較高。先天的基因注定此類企業(yè)是顛覆性的，在關(guān)鍵動(dòng)力部件的布局上也較為完善；資金實(shí)力，有足夠的資本進(jìn)行研發(fā)和投機(jī)建廠；高占有率有利于形成規(guī)模效應(yīng)，降低零部件的成本。其次是以第三方電機(jī)企業(yè)供應(yīng)為主，主要以華晨寶馬、廣汽等傳統(tǒng)企業(yè)為主，此類企業(yè)的特點(diǎn)是以傳統(tǒng)車為主，電動(dòng)化過程是循序漸進(jìn)逐步過渡式的，短期內(nèi)采用第三方企業(yè)產(chǎn)品就可以滿足需求。第三類以合資公司供貨的代表就是一汽大眾和上汽大眾。除了電機(jī)之外，電機(jī)控制器的供應(yīng)模式和市場(chǎng)格局與電機(jī)基本相似。技術(shù)現(xiàn)狀永磁電機(jī)市場(chǎng)占比逐年提升永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)是電動(dòng)車應(yīng)用最廣的兩種電機(jī)。永磁同步電機(jī)具有功率密度高；效率高；能耗低，高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)時(shí)間較短等優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)在于成本高，高溫引發(fā)退磁現(xiàn)象等。從近幾年配套乘用車不同類型電機(jī)市場(chǎng)占比走勢(shì)來看，永磁同步電機(jī)市場(chǎng)占比提升明顯，從2017年的70.97%提升到了2019年的96.52%；2020年1-5月也達(dá)到95%以上。永磁同步電機(jī)成為絕對(duì)主力。市場(chǎng)的變化與近幾年電動(dòng)汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較大關(guān)系，前期小微型車在市場(chǎng)占主導(dǎo)，為了降低成本小微型車多配備交流異步電機(jī)；而隨著扶優(yōu)扶強(qiáng)政策的切換，緊湊型及以上車型開始占主導(dǎo)，為保證整車動(dòng)力性，配套永磁同步電機(jī)的車型也越來越多。電機(jī)功率是衡量電機(jī)技術(shù)水平的重要指標(biāo)，純電動(dòng)轎車中微型轎車電機(jī)功率主要分布在25-50kW，質(zhì)量集中在20-40kg之間；緊湊型車功率主要分布在100-150kW，質(zhì)量40-60kg之間；中型車車型數(shù)量比較少，電機(jī)功率分布較散。對(duì)于純電動(dòng)SUV，緊湊型和中型SUV質(zhì)量主要分布在50-60kg之間，中型車電機(jī)功率普遍略高在150kW上下。扁導(dǎo)線電機(jī)得到進(jìn)一步應(yīng)用扁導(dǎo)線電機(jī)具有槽滿率高，低直流銅損，散熱性和熱傳導(dǎo)更好等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是提升電機(jī)功率密度的有效手段。同時(shí)，扁導(dǎo)線繞組電機(jī)存在工藝復(fù)雜、趨膚效應(yīng)大、銅線要求高和設(shè)備要求高等特點(diǎn)，技術(shù)門檻相對(duì)較高。早在2007年，雪佛蘭Vlot采用雷米生產(chǎn)的扁導(dǎo)線電機(jī)技術(shù)，2015年豐田普銳斯采用電裝生產(chǎn)的扁導(dǎo)線電機(jī)。我國(guó)扁導(dǎo)線技術(shù)起步較晚，2017年上汽研發(fā)成功并應(yīng)用在熱門車型ERX5、Ei5等；2020年蜂巢開發(fā)的小型扁導(dǎo)線電機(jī)在歐拉R1上進(jìn)行了裝配。精進(jìn)電動(dòng)研制了扁導(dǎo)線繞組乘用車電機(jī)樣機(jī)，功率密度達(dá)到4.4kW/kg以上。電機(jī)控制器功率密度整體偏低電機(jī)控制器是三電核心部件之一，是能量由電池到電機(jī)傳遞轉(zhuǎn)換的樞紐和控制核心，對(duì)于提升能量利用效率、輸出動(dòng)力的可靠性和穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的作用。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的規(guī)劃，2020年控制器比功率實(shí)現(xiàn)15kW/L，2030年達(dá)到控制器比功率35kW/L。我國(guó)現(xiàn)階段電控功率密度整體偏低，絕大多數(shù)產(chǎn)品位于斜線以下，絕大多數(shù)產(chǎn)品功率密度不足10Wh/L，與技術(shù)路線圖規(guī)劃目標(biāo)存在一定的差距。電驅(qū)集成化目前比較主流的做法是將電機(jī)、控制器和減速器深度集成，形成三合一電驅(qū)方案。系統(tǒng)集成優(yōu)勢(shì)明顯，通過共用殼體、連接件等可以有效地減小電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積、降低系統(tǒng)總質(zhì)量，達(dá)到輕量化、節(jié)約成本等目的。以下介紹三中三合一電驅(qū)產(chǎn)品。比亞迪的這款產(chǎn)品NEDC綜合效率可達(dá)88%，最高效率超過92%，功率密度達(dá)到1.9kw/kg；成本降低三分之一，主要應(yīng)用于秦ProEV、唐600等產(chǎn)品。北汽的這款產(chǎn)品，系統(tǒng)效率達(dá)到了91%，減重超過20%，促進(jìn)性能提升了25%，主要應(yīng)用在北汽EU5等車型。廣汽的這款三合一電驅(qū)產(chǎn)品，將最大輸出功率、最大系統(tǒng)輸出扭矩分別提升至150kW、3900Nm，而重量有87kg，主要應(yīng)用在AionS等產(chǎn)品。發(fā)展趨勢(shì)總體看來，未來電驅(qū)系統(tǒng)趨勢(shì)主要圍繞“集成化”“高效化”“低成本”等維度發(fā)展。電機(jī)小型高效化和低成本是未來發(fā)展的重要方向。提升電機(jī)效率主要通過降低銅損和鐵損來實(shí)現(xiàn)；通過將繞組圓導(dǎo)線改為扁導(dǎo)線提升槽滿率是降低銅損的重要手段，隨著技術(shù)和工藝的不斷成熟，未來扁導(dǎo)線電機(jī)會(huì)得到更大規(guī)模的應(yīng)用。在降低鐵損方面，一味追求高的轉(zhuǎn)速并不是明智之舉，在提升電機(jī)的動(dòng)力性同時(shí)也要兼顧鐵損的降低。此外，伴隨著新能源汽車市場(chǎng)規(guī)模的不斷增加，低重稀土永磁材料的開發(fā)和應(yīng)用將是降低電機(jī)成本的關(guān)鍵手段。電控是電驅(qū)系統(tǒng)的“大腦”，核心功率器件SiCMOSTET憑借更高的導(dǎo)熱系數(shù)、高禁帶寬度等優(yōu)異性能有望在未來五到十年逐步替代傳統(tǒng)IGBT。從產(chǎn)業(yè)鏈布局情況來看，材料廠商如美國(guó)科銳、日本昭和電工、羅姆等公司紛紛加大SiC產(chǎn)能的布局；功率器件廠商如英飛凌、意法等公司也加大車規(guī)級(jí)SiCMOSTET產(chǎn)品的開發(fā)和布局，紛紛同上游材料廠商簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議；OEM廠如特斯拉已經(jīng)率先在Model3裝配；豐田將2021年混動(dòng)和氫燃料電池車將全面使用SiC，同時(shí)與電裝成立合資公司，布局車載半導(dǎo)體業(yè)務(wù)；我國(guó)比亞迪也在比亞迪漢EV進(jìn)行了搭載，并計(jì)劃到2023年，旗下的電動(dòng)車中實(shí)現(xiàn)SiC基車用功率半導(dǎo)體對(duì)硅基IGBT的全面替代。電機(jī)減速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)難度小，成本低等，但缺點(diǎn)也很明顯，當(dāng)汽車高速運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，電機(jī)能量損失大，電耗大幅提高。通過多擋化設(shè)計(jì)以保證電機(jī)在不同工況下都能在較高效區(qū)工作，既保證了汽車的動(dòng)力性，也提升了整車的節(jié)能效果。目前2級(jí)減速器已經(jīng)得到應(yīng)用，如寶馬i8采用了吉?jiǎng)P恩開發(fā)的2級(jí)減速器，長(zhǎng)城P8、長(zhǎng)安CS75PHEV采用了舍弗勒開發(fā)的2級(jí)減速器。在純電動(dòng)車型上，上汽榮威MARVELX采用了后置雙電機(jī)配兩級(jí)變速器技術(shù)。隨著電動(dòng)車體量的增大，對(duì)整車能耗水平的逐步加嚴(yán)以及多級(jí)減速器技術(shù)的不斷成熟，必將得到進(jìn)一步的應(yīng)用。結(jié)論與展望綜上所述，隨著時(shí)代及技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)在汽車商品企劃中的作用逐漸明