|
一、新能源汽车用电机类型及趋势 （一）电机的结构及性能 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。 简单来讲，电机驱动系统主要由驱动电机和电机控制器两部分构成。从电机驱动系统的产业价值链来看，驱动电机和电机控制器所占的成本之比大致相同。 图表 1 电机的结构部件 新能源汽车驱动电机属于中低压电机范畴，由于其应用领域的特殊性，相对一般中低压产品，它具有较高的性能要求： 1）调速范围宽：新能源汽车有两类工况场景，在启动、加速、 爬坡时，要求工作在恒转矩区间；在高速行驶时，要求电机工作在恒功率区间； 2）功率密 度高，主要是为了在尽量小的车内空间限制、电池电量下，提高续航里程； 3）安全可靠， 要求电机的稳定工作和抗震、散热性能佳； 4）轻量化，即电机体积小，满足整车轻量化的要求； 5）过载能力强：在启动、加速、爬坡工况下，要求电机具有 4-5 倍的过载能力。 图表 2 新能源汽车驱动电机性能要求
资料来源：一览众咨询 （一）不同电机类型应用场景存在差异 电机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。 适合新能源汽车的驱动电机主要有永磁同步、交流异步和开关磁阻三大类。因其不同特点， 各有应用场合。 永磁同步电机体积小、质量轻，功率密度大，可靠性高，调速精度高，响应速度快；但最 大功率较低，且成本较高。由于永磁同步电机具有最高的功率密度，其工作效率最高可达 97%，能够为车辆输出最大的动力及加速度，因此主要用在对能量体积比要求最高的新能 源乘用车上。 交流异步电机价格低、运行可靠；但其功率密度低、控制复杂、调速范围小是固有限制。 价格优势使得其在新能源客车中使用的较广泛。 开关磁阻电机价格低、电路简单可靠、调速范围宽；但震动、噪声大，控制系统复杂，且 对直流电源会产生很大的脉冲电流。用于大型客车。 图表 3 驱动电机性能指标对比 新能源汽车驱动电机目前的发展方向有以下几方面：小型轻量化；高效性；更出色的转矩特性；使用寿命长，可靠性高；噪声低；价格低廉。随着时间的推移，新能源驱动电机的发展呈现了下面的趋势： ①电机本体永磁化：永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等优点。我国具有世界最为丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要发展方向。 ②电机控制数字化：专用芯片及数字信号处理器的出现，促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效减小了系统体积。 ③电机系统集成化：通过机电集成(电机与发动机集成或电机与变速箱集成)和控制器集成，有利于减小驱动系统的重量和体积，可有效降低系统制造成本。 （二）永磁同步电机成主流趋势 现阶段，交流异步电机主要是以特斯拉为首的美国车企和部分欧洲企业使用。一方面，这与特斯拉最初的技术路径选择有关，交流感应电机价格低廉，而偏大的体积对美式车并无 挂碍；另一方面，美国高速路网发达，交流电机的高速区间效率性能上佳。 包括中国、日本在内的其他国家新能源汽车电机最广泛使用的仍是永磁同步电机。适合本国路况是主要因素，永磁同步电机在反复启停、加减速时仍能保持较高效率，对高速路网 受限的工况是最佳选择。此外，我国稀土储量丰富，日本稀土永磁产业有配套基础也是重 要因素。目前，永磁同步电机在我国新能源汽车中的使用占比超过 90%。 日本的丰田、本田、日产等汽车公司基本上都采用永磁同步电机驱动系统，如丰田公司的Prius，本田公司的CIVIC。因为在日本，供应永磁电机使用的稀土磁铁的公司比较多，同时汽车大多以中低速行驶，因此采用加减速时效率较高的永磁同步电动机较为适宜。日本在发展混合动力汽车方面居世界领先地位，其中以丰田普锐斯最为著名。 图表 4 国外主要新能源汽车电动类型及供应商情况
图表 5 国内主要新能源汽车电动类型及供应商情况（乘用车）
图表 6 国内主要新能源汽车电动类型及供应商情况（商用车）
综合来看，新能源汽车电机技术要求较高，永磁同步电机最具优势。驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一，相比传统工业电机，新能源汽车驱动电机有更高的技术要求。从综合性能来看，永磁同步电机最具优势，更能代表新能源汽车驱动电机的发展方向。由于中国稀土储量极大丰富，而且电机工艺已经接近世界先进水平，因此预计永磁电机将在较长时间内占据中国新能源汽车的电机市场。 二、新能源汽车用电机市场特征 （一）新能源汽车高速发展催生出巨大的电机需求市场 随着新能源汽车在国内的高歌猛进，新能源汽车电机的增速也非常高。据测算，2014 年，国内新能源汽车电机的市场规模为 14.8 亿元，其中客车驱动电机和乘用车驱动电机分别占比 53%和 42%，还有 5%为专用车电机。2015 年我国新能源汽车电机行业对应规模约为 65.6 亿元，客车/乘用车/专用车驱动电机所占份额分别为 52%/33%/15%。 预计未来几年随着新能源汽车产销的持续增长，电机市场将呈现高速增长态势。预计2016年中国新能源汽车用电机市场规模将达到97亿市场规模，到2020年市场空间将突破190亿元。（注：不包括电机控制器，电机控制器将在另外的研究文章中详细分析） 未来几年，新能源乘用车的产销量增速将习惯于客车增速，乘用车用电机的比例将呈现上升态势，预计到2020年，新能源乘用车用电机占比达到47.4%，新能源客车用电机占比达到42.7%，专用车用电机占比10%。 图表 7 中国新能源汽车电机市场规模 （二）国内外技术存在差距 目前，我国新能源汽车配套电机市场仍然是国内自给，国际竞争对手参与较少。而国内技术水平与国外相比，仍有不少差距。以专利作为技术储备来衡量，过去 10 年，我国新能源 汽车电机及驱动控制系统专利申请总量位于世界第一，但其中最具体现技术水平的发明专利仅占比50%，远低于同期国外发明专利申请总量 90%的占比。 图表 8 国内新能源汽车电机专利情况 图表 9 国外新能源汽车电机专利情况 全球来看，德国、日本、韩国的电驱动系统实力强劲。国内奇瑞汽车、吉利汽车研究院、 清华大学、长安汽车、上海中科深江电动、长安新能源、北京理工大学、比亚迪等企业和研究机构具有丰富的技术储备。 图表 10 1996~2015年全球新能源汽车电机专利申请 前 20名 资料来源：中国科技论坛、中金公司、一览众咨询 |
|
|
