(一)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及性能

 

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是新能源車三大核心部件之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)，它是電動(dòng)汽車的重要部件。電動(dòng)汽車的整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成。

 

簡(jiǎn)單來講，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器兩部分構(gòu)成。從電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈來看，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器所占的成本之比大致相同。

 

下圖：電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件

 

 

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于中低壓電機(jī)范疇，由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，相對(duì)一般中低壓產(chǎn)品，它具有較高的性能要求：

 

1)調(diào)速范圍寬：新能源汽車有兩類工況場(chǎng)景，在啟動(dòng)、加速、爬坡時(shí)，要求工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間；在高速行駛時(shí)，要求電機(jī)工作在恒功率區(qū)間；

 

2)功率密度高，主要是為了在盡量小的車內(nèi)空間限制、電池電量下，提高續(xù)航里程；

 

3)安全可靠，要求電機(jī)的穩(wěn)定工作和抗震、散熱性能佳；

 

4)輕量化，即電機(jī)體積小，滿足整車輕量化的要求；

 

5)過載能力強(qiáng)：在啟動(dòng)、加速、爬坡工況下，要求電機(jī)具有4-5倍的過載能力。

 

下圖：新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能要求

 

 

       (一)不同電機(jī)類型應(yīng)用場(chǎng)景存在差異

 

電機(jī)一般要求具有電動(dòng)、發(fā)電兩項(xiàng)功能，按類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關(guān)磁阻等幾種電動(dòng)機(jī)。功率轉(zhuǎn)換器按所選電機(jī)類型，有DC/DC功率變換器、DC/AC功率變換器等形式，其作用是按所選電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級(jí)的直流、交流或脈沖電源。

 

適合新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁同步、交流異步和開關(guān)磁阻三大類。因其不同特點(diǎn)，各有應(yīng)用場(chǎng)合。

 

永磁同步電機(jī)體積小、質(zhì)量輕，功率密度大，可靠性高，調(diào)速精度高，響應(yīng)速度快；但最大功率較低，且成本較高。由于永磁同步電機(jī)具有最高的功率密度，其工作效率最高可達(dá)97%，能夠?yàn)檐囕v輸出最大的動(dòng)力及加速度，因此主要用在對(duì)能量體積比要求最高的新能源乘用車上。

 

交流異步電機(jī)價(jià)格低、運(yùn)行可靠；但其功率密度低、控制復(fù)雜、調(diào)速范圍小是固有限制。價(jià)格優(yōu)勢(shì)使得其在新能源客車中使用的較廣泛。

 

開關(guān)磁阻電機(jī)價(jià)格低、電路簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍寬；但震動(dòng)、噪聲大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，且對(duì)直流電源會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電流。用于大型客車。

 

下圖：驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能指標(biāo)對(duì)比

 

 

 

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前的發(fā)展方向有以下幾方面：小型輕量化；高效性；更出色的轉(zhuǎn)矩特性；使用壽命長(zhǎng)，可靠性高；噪聲低；價(jià)格低廉。隨著時(shí)間的推移，新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)了下面的趨勢(shì)：

 

①電機(jī)本體永磁化：永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)具有世界最為豐富的稀土資源，因此高性能永磁電機(jī)是我國(guó)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要發(fā)展方向。

 

②電機(jī)控制數(shù)字化：專用芯片及數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，促進(jìn)了電機(jī)控制器的數(shù)字化，提高了電機(jī)系統(tǒng)的控制精度，有效減小了系統(tǒng)體積。

 

③電機(jī)系統(tǒng)集成化：通過機(jī)電集成(電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)集成或電機(jī)與變速箱集成)和控制器集成，有利于減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量和體積，可有效降低系統(tǒng)制造成本。

 

(二)永磁同步電機(jī)成主流趨勢(shì)

 

現(xiàn)階段，交流異步電機(jī)主要是以特斯拉為首的美國(guó)車企和部分歐洲企業(yè)使用。一方面，這與特斯拉最初的技術(shù)路徑選擇有關(guān)，交流感應(yīng)電機(jī)價(jià)格低廉，而偏大的體積對(duì)美式車并無掛礙；另一方面，美國(guó)高速路網(wǎng)發(fā)達(dá)，交流電機(jī)的高速區(qū)間效率性能上佳。

 

包括中國(guó)、日本在內(nèi)的其他國(guó)家新能源汽車電機(jī)最廣泛使用的仍是永磁同步電機(jī)。適合本國(guó)路況是主要因素，永磁同步電機(jī)在反復(fù)啟停、加減速時(shí)仍能保持較高效率，對(duì)高速路網(wǎng)受限的工況是最佳選擇。此外，我國(guó)稀土儲(chǔ)量豐富，日本稀土永磁產(chǎn)業(yè)有配套基礎(chǔ)也是重要因素。目前，永磁同步電機(jī)在我國(guó)新能源汽車中的使用占比超過90%。

 

日本的豐田、本田、日產(chǎn)等汽車公司基本上都采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如豐田公司的Prius，本田公司的CIVIC。因?yàn)樵谌毡?，供?yīng)永磁電機(jī)使用的稀土磁鐵的公司比較多，同時(shí)汽車大多以中低速行駛，因此采用加減速時(shí)效率較高的永磁同步電動(dòng)機(jī)較為適宜。日本在發(fā)展混合動(dòng)力汽車方面居世界領(lǐng)先地位，其中以豐田普銳斯最為著名。

 

下圖：國(guó)外主要新能源汽車電動(dòng)類型及供應(yīng)商情況

 

 

 

下圖：國(guó)內(nèi)主要新能源汽車電動(dòng)類型及供應(yīng)商情況(乘用車)

 

 

 

下圖：國(guó)內(nèi)主要新能源汽車電動(dòng)類型及供應(yīng)商情況(商用車)

 

 

 

綜合來看，新能源汽車電機(jī)技術(shù)要求較高，永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車的三大核心部件之一，相比傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī)，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)有更高的技術(shù)要求。從綜合性能來看，永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì)，更能代表新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展方向。由于中國(guó)稀土儲(chǔ)量極大豐富，而且電機(jī)工藝已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平，因此預(yù)計(jì)永磁電機(jī)將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占據(jù)中國(guó)新能源汽車的電機(jī)市場(chǎng)。

 

二、新能源汽車用電機(jī)市場(chǎng)特征

 

(一)新能源汽車高速發(fā)展催生出巨大的電機(jī)需求市場(chǎng)

 

隨著新能源汽車在國(guó)內(nèi)的高歌猛進(jìn)，新能源汽車電機(jī)的增速也非常高。據(jù)測(cè)算，2014年，國(guó)內(nèi)新能源汽車電機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模為14.8億元，其中客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)和乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別占比53%和42%，還有5%為專用車電機(jī)。2015年我國(guó)新能源汽車電機(jī)行業(yè)對(duì)應(yīng)規(guī)模約為65.6億元，客車/乘用車/專用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)所占份額分別為52%/33%/15%。

 

預(yù)計(jì)未來幾年隨著新能源汽車產(chǎn)銷的持續(xù)增長(zhǎng)，電機(jī)市場(chǎng)將呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)2016年中國(guó)新能源汽車用電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到97億市場(chǎng)規(guī)模，到2020年市場(chǎng)空間將突破190億元。(注：不包括電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將在另外的研究文章中詳細(xì)分析)

 

未來幾年，新能源乘用車的產(chǎn)銷量增速將習(xí)慣于客車增速，乘用車用電機(jī)的比例將呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)到2020年，新能源乘用車用電機(jī)占比達(dá)到47.4%，新能源客車用電機(jī)占比達(dá)到42.7%，專用車用電機(jī)占比10%。

 

下圖：中國(guó)新能源汽車電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模

 

 

(二)國(guó)內(nèi)外技術(shù)存在差距

 

目前，我國(guó)新能源汽車配套電機(jī)市場(chǎng)仍然是國(guó)內(nèi)自給，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手參與較少。而國(guó)內(nèi)技術(shù)水平與國(guó)外相比，仍有不少差距。以專利作為技術(shù)儲(chǔ)備來衡量，過去10年，我國(guó)新能源汽車電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)專利申請(qǐng)總量位于世界第一，但其中最具體現(xiàn)技術(shù)水平的發(fā)明專利僅占比50%，遠(yuǎn)低于同期國(guó)外發(fā)明專利申請(qǐng)總量90%的占比。

 

下圖：國(guó)內(nèi)新能源汽車電機(jī)專利情況

 

下圖：國(guó)外新能源汽車電機(jī)專利情況

 

 

全球來看，德國(guó)、日本、韓國(guó)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)力強(qiáng)勁。國(guó)內(nèi)奇瑞汽車、吉利汽車研究院、清華大學(xué)、長(zhǎng)安汽車、上海中科深江電動(dòng)、長(zhǎng)安新能源、北京理工大學(xué)、比亞迪等企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)具有豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。

 

下圖：1996~2015年全球新能源汽車電機(jī)專利申請(qǐng)前20名

 

 

(三)產(chǎn)品相對(duì)成熟，參與者眾多

 

目前新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)頗具吸引力，潛在市場(chǎng)空間較大、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未確定、整車供應(yīng)鏈未成熟，能夠伴隨新能源汽車一同壯大，正是理想的朝陽(yáng)行業(yè)。現(xiàn)階段主要有三類市場(chǎng)(潛在)參與者：傳統(tǒng)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、汽車零部件供應(yīng)商、整車企業(yè)內(nèi)部配套。

 

傳統(tǒng)電機(jī)企業(yè)產(chǎn)能成熟、電機(jī)生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)豐富，且中小電機(jī)行業(yè)近幾年持續(xù)低迷，使其具有迫切的向新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)型的需求。這類企業(yè)生產(chǎn)線可以較快的技改切換適應(yīng)激增的新能源汽車訂單，在競(jìng)爭(zhēng)中最具實(shí)力。如江特電機(jī)、大洋電機(jī)、方正電機(jī)、信質(zhì)電機(jī)、正海磁材、尼得科(中紡銳力)、東方電機(jī)等，紛紛轉(zhuǎn)型進(jìn)入新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)陣營(yíng)。

 

由于電力電子及材料儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步，汽車終端消費(fèi)市場(chǎng)逐漸被電氣化的新能源產(chǎn)品替代，汽車整車廠及零部件供應(yīng)商為了適應(yīng)這種產(chǎn)品形態(tài)的滲透乃至顛覆，都有自我革新、推出電動(dòng)化新世代產(chǎn)品的需求。其中的先行者包括華域電動(dòng)、南車時(shí)代電動(dòng)、萬向錢潮、比亞迪、上汽集團(tuán)、奇瑞汽車等。

 

事實(shí)上，由于新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)和控制器需要高效匹配，且兩類產(chǎn)業(yè)電機(jī)制造偏重資產(chǎn)，控制器屬于輕資產(chǎn)，具有一定互補(bǔ)性，因此，市場(chǎng)上越來越多的參與者希望將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體打包制造銷售。因此，電機(jī)、控制器的相互合作并購(gòu)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就越來越頻繁，產(chǎn)業(yè)界限逐漸模糊，這種趨勢(shì)帶來的另一后果就是動(dòng)力系統(tǒng)集成化的趨勢(shì)。

 

由于新能源汽車行業(yè)享受了多項(xiàng)政策優(yōu)惠，為了搶先登陸新能源汽車電機(jī)市場(chǎng)，近年來，資本市場(chǎng)密集出現(xiàn)涉及新能源汽車電機(jī)項(xiàng)目的并購(gòu)重組案例，其中上海電驅(qū)動(dòng)、上海大郡、天津松正、大洋電機(jī)等都是新能源汽車電機(jī)行業(yè)的佼佼者。大洋電機(jī)已經(jīng)收購(gòu)了上海電驅(qū)動(dòng)，方正電機(jī)也將并購(gòu)上海海能和德沃仕。國(guó)內(nèi)電機(jī)業(yè)巨頭紛紛收購(gòu)新能源汽車電機(jī)及上游材料企業(yè)，意圖通過并購(gòu)企業(yè)的方式來為自己增加競(jìng)爭(zhēng)砝碼，足見這些企業(yè)對(duì)新能源汽車的重視。

 

由于新能源汽車電機(jī)的起步時(shí)間并不長(zhǎng)，所以還需要從汽車應(yīng)用的角度入手，讓整車企業(yè)與電機(jī)廠商共同攜手來研究制造出滿足新能源汽車需求的專用電機(jī)。在中國(guó)乃至全球范圍內(nèi)，汽車電機(jī)都是電機(jī)業(yè)中的小分支，但是汽車電機(jī)制造門檻非常高，尤其是我國(guó)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與國(guó)外驅(qū)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比還存在不小的差距與不足，得益于政策的扶持和電機(jī)巨頭對(duì)市場(chǎng)的重視，目前中國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)正在加快發(fā)展步伐。

 

三、國(guó)內(nèi)主要的新能源汽車電機(jī)企業(yè)

 

下圖：國(guó)內(nèi)外主要新能源汽車電機(jī)企業(yè)