電動汽車驅(qū)動電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢

驅(qū)動電機(jī)主要為機(jī)械部件，原材料成本相對容易核算，在行業(yè)競爭日趨激烈的情況下，提升電機(jī)的功率重量密度和功率體積密度，使電機(jī)重量減輕是降低驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)品成本的有效方式。

提升電機(jī)轉(zhuǎn)速，則對電機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，軸承選型、電機(jī)散熱、轉(zhuǎn)軸材料、定轉(zhuǎn)子硅鋼片材料、電磁仿真、機(jī)械強(qiáng)度仿真、熱仿真、公差計(jì)算匹配等等都變的更有挑戰(zhàn)性。

近年來不論是國內(nèi)還是國外的產(chǎn)品，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都在不斷的提升過程中。

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2、 電機(jī)扁線化勢頭明顯，多家企業(yè)已經(jīng)開始布局及大規(guī)模量產(chǎn)

扁線電機(jī)，即采用扁平銅包線繞組定子的電機(jī)。與普通圓漆包線繞組相比，扁線繞組在相同的體積下，具有能量密度更高，電機(jī)效率更高的特點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)包括：

? 更高的槽滿率：相比傳統(tǒng)圓線電機(jī)，裸銅槽滿率可提升20%~30%，有效降低繞組電阻進(jìn)而降低銅損耗。

? 散熱性能更好：扁線形狀更規(guī)則，在定子槽內(nèi)緊密貼合，熱傳導(dǎo)效率更高，提升電機(jī)峰值和持續(xù)性能。

? 更短的端部尺寸：相比圓線電機(jī)繞組端部尺寸更短，端部總高度短5~10mm，有效降低端部繞組銅耗。

? 更好的NVH表現(xiàn)：扁線結(jié)構(gòu)繞組有更好的剛度，同時(shí)扁線繞組通過鐵芯端部插線，電磁設(shè)計(jì)上可以選擇更小的槽口設(shè)計(jì)，有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩脈動。

特斯拉、上汽新能源、雪佛蘭Volt、豐田第四代Prius、長城蜂巢、東風(fēng)嵐圖、保時(shí)捷Taycan、大眾ID.4、 漢GT、吉利極氪等車型或平臺中都采用了扁銅線定子電機(jī)，扁線電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)期，未來隨著技術(shù)工藝的進(jìn)一步成熟，扁線電機(jī)的生產(chǎn)成本有望低于傳統(tǒng)圓線電機(jī)。

3、?IGBT單管并聯(lián)分立式技術(shù)是降低功率器件成本的有效方式

IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品；封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上，在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。

采用MOSFET以及IGBT單管并聯(lián)技術(shù)（PEBB電力電子集成技術(shù)）的理念制作功率模塊，有利于電機(jī)控制器靈活擴(kuò)容，精準(zhǔn)功率匹配，降低成本，保障了產(chǎn)品的可靠性，且具有良好的電磁兼容性。根據(jù)英搏爾公司2021年半年報(bào)，其采取單管并聯(lián)方案的“集成芯”動力總成其重量、體積、成本均低于目前主流產(chǎn)品20%以上。

同時(shí)，在電機(jī)控制器向高壓大功率趨勢發(fā)展的情況下，第三代功率半導(dǎo)體SiC的應(yīng)用成為共識，因其導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快的特點(diǎn)，運(yùn)用單管并聯(lián)技術(shù)才能發(fā)揮其最優(yōu)特性。

4、新型功率器件如SiC的應(yīng)用將會極大的提升電機(jī)控制器性能

在新能源汽車電機(jī)控制器當(dāng)中，電力轉(zhuǎn)換是通過控制IGBT的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。IGBT受材料本身的局限，較難工作在200℃以上。高功率密度的電機(jī)控制器需要高效的電力轉(zhuǎn)換效率和更高的工作溫度，這對功率器件也提出了更高的要求，如：更低的導(dǎo)通損耗、耐高溫、高導(dǎo)熱能力等。

基于碳化硅（SiC）單晶材料的功率器件，具有高頻率、高效率、小體積等優(yōu)點(diǎn)（比IGBT功率器件小70%-80%），已經(jīng)在特斯拉 Model 3 車型中得到了應(yīng)用。

碳化硅（SiC）半導(dǎo)體控制器能使新能源汽車實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程、更短的充電時(shí)間、更高的電池電壓。與二代硅基IGBT相比，半導(dǎo)體碳化硅（SiC）750V時(shí)能效增加8-12%，總損耗減少約1/7，模塊體積僅為IGBT的1/5左右，開關(guān)頻率為IGBT的5-10倍。

5、系統(tǒng)集成化為確定性趨勢，是技術(shù)發(fā)展和成本壓力下的選擇

電驅(qū)動系統(tǒng)集成化是未來確定性的趨勢，同時(shí)集成化產(chǎn)品也增加了行業(yè)的進(jìn)入壁壘，技術(shù)層面，集成化程度更高的產(chǎn)品優(yōu)勢包括：

? 機(jī)械方面殼體、軸等部件上能夠做到集成化，這樣減少了使用零件的個(gè)數(shù)與部件的重量，節(jié)省了成本；

? 電氣方面大三電集成能夠減少控制器與電機(jī)相連三相線的長度，效率提升的同時(shí)也節(jié)省了線束成本，密閉的殼體空間內(nèi)使電磁兼容方面的性能也能夠提升；小三電方面共電路板設(shè)計(jì)也能夠降低成本和產(chǎn)品體積。

? 系統(tǒng)層面，集成產(chǎn)品由一家來供應(yīng)也可在最初始階段就進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到系統(tǒng)的成本最優(yōu)，節(jié)省成本的同時(shí)也節(jié)省空間，在整車裝配更迅速快捷。

商務(wù)層面，供應(yīng)商集成化的產(chǎn)品增大了系統(tǒng)的復(fù)雜度，客戶的粘度也更高；主機(jī)廠減少了集成工作，對供應(yīng)商更好管理，且集成產(chǎn)品價(jià)格更具優(yōu)勢。

2018年，分體式90kw電驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)、電控、減速箱、高壓連接線束總價(jià)在11000元左右；2020年，集成式90KW電驅(qū)動系統(tǒng)平均產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)降到了7500元左右，降幅超過30%，同時(shí)體積和重量也下降明顯。

6、 大小三合一產(chǎn)品將會維持一段時(shí)間，多合一產(chǎn)品逐漸替代

隨著電驅(qū)動產(chǎn)品集成化的進(jìn)一步提升，除電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器之外，高壓分線盒、DC/DC、充電機(jī)OBC等零部件也可能集成進(jìn)去，形成功能更全的多合一動力總成系統(tǒng)。華為等廠商都已經(jīng)發(fā)布了N合一的大集成系統(tǒng)。

但我們認(rèn)為，從分體部件到三合一成為主流，再從三合一到N合一產(chǎn)品會有一定過程。主要在于：

? 部件增多，集成難度增加，進(jìn)而帶來質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)更大，對供應(yīng)商的能力要求也更高。

? N合一產(chǎn)品也更為核心，若主機(jī)廠自身不能夠集成或掌握集成能力較為擔(dān)心被供應(yīng)商所制約。

? 充配電與動力系統(tǒng)功能相對有所分別，集成帶來的成本降低相對不那么明顯。

華為DriveONE 多合一電驅(qū)動系統(tǒng)：業(yè)界首款超融合架構(gòu)的動力域解決方案，集成了電機(jī)控制器(MCU)、電機(jī)、減速器、車載充電機(jī)(OBC)、電壓變換器(DC/DC)、電源分配單元(PDU)及電池管理系統(tǒng)主控單元(BCU)七大部件。

7、根據(jù)車輛的等級及配置不同，車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)配置也有所差別

對高銷量車型的驅(qū)動系統(tǒng)配置進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)不同等級配置擁有較大差異：

? A00級別的車型電驅(qū)動功率范圍在25-35kw，多為單驅(qū)，且基本都為外部采購。

? A級車電驅(qū)動功率范圍有所提高，在100-165kw，但仍多為單驅(qū)，產(chǎn)品開始有自身供應(yīng)。

? B級及C級車電驅(qū)動功率一般在180kw以上，且四驅(qū)版配置，即一臺車會配置兩套甚至更多的電驅(qū)動系統(tǒng)。

8、 新能源汽車的發(fā)展帶動電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)增長

我們認(rèn)為新能源汽車銷售量在過去幾年中高速增長，也帶動了電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展，電驅(qū)動系統(tǒng)的搭載量節(jié)節(jié)提升。

根據(jù)NE時(shí)代統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年乘用車電機(jī)電控搭載量為123.46萬套，而2021年1-3月即已經(jīng)達(dá)到50.15萬套。

在新能源車中，純電動乘用車A00、A、B級車，插電混A級車擁有最大的銷量和銷售增速，如之前分析A00級電動車電機(jī)功率多為25-35kw，A級及B級車根據(jù)配置不同電機(jī)功率多為100kw以上，我們認(rèn)為隨著銷量的增長，這類車型所配套的電驅(qū)動產(chǎn)品將會增速最快，也將擁有最大的出貨量。

9、電驅(qū)動市場規(guī)?？蛇_(dá)千億元，未來將能夠保持高速發(fā)展

國內(nèi)電驅(qū)動市場高速發(fā)展：在政策及市場的共同推動下，新能源汽車市場未來有望保持高速發(fā)展，也必將帶動電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展。

若2025年新能源汽車銷量達(dá)到850萬輛，則國內(nèi)電驅(qū)動市場規(guī)模整體有望達(dá)到1088億元；2021年我國電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的規(guī)模約為378億元。

海外市場也是巨大的增量市場：2020年，乘用車中我國新能源汽車銷售量占全世界新能源汽車銷售量的41%，但歐洲及北美的政策不斷推動新能源汽車的發(fā)展。

假設(shè)2025年我國占世界35%的新能源汽車市場份額，則可推算2025年全球電驅(qū)動系統(tǒng)市場規(guī)?？山舆_(dá)3100億元。

10、電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)格局目前較為分散，車廠自供目前占據(jù)較大份額

電驅(qū)動市場目前還有新參與者進(jìn)入，一起形成了四類主要的供應(yīng)商。我們認(rèn)為整個(gè)市場參與者眾多，車廠自供目前占據(jù)較大份額。除去車廠自供之外，市場集中度不高，但第三方廠商中有頭部企業(yè)開始出現(xiàn)，行業(yè)仍處于洗牌當(dāng)中。

目前行業(yè)內(nèi)主要有四類廠商：

? 車企旗下：弗迪動力、上海變速器、蜂巢電驅(qū)動、威睿電動、蔚然動力、華域電動、大眾變速器、現(xiàn)代摩比斯、電裝；

? 外資巨頭：日本電產(chǎn)、博格華納、聯(lián)合電子、法雷奧西門子、緯湃科技、采埃孚；

? 自主頭部：匯川技術(shù)、上海電驅(qū)動、精進(jìn)電動、英搏爾、中車時(shí)代電氣、巨一動力；

? 新進(jìn)入者：華為；此外還有單部件廠商在不斷補(bǔ)齊其它子系統(tǒng)能力，以及創(chuàng)業(yè)公司在不斷的進(jìn)入。

11、從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，車廠自供與供應(yīng)商供應(yīng)并存是較為長期的趨勢

由于新能源汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車的驅(qū)動系統(tǒng)不論是機(jī)械結(jié)構(gòu)，還是控制軟件方面變化都非常大，屬于全新技術(shù)，整車廠在初期采取自供的方式主要考慮有：

隨著新能源汽車的銷量逐漸增長，電驅(qū)動產(chǎn)品發(fā)展逐漸成熟，成為“標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品”后，車廠將有望逐漸轉(zhuǎn)向外部采購，未來車廠自供與供應(yīng)商供應(yīng)并存，這將是較為長期的趨勢：

? 市場上較多方案可供選擇時(shí)，成本將成為重要的考量因素，而供應(yīng)商通過同一產(chǎn)品供給多家車廠，成本均攤，擁有規(guī)模與成本優(yōu)勢。

? 供應(yīng)商供應(yīng)多個(gè)客戶，更加專業(yè)，且對先進(jìn)技術(shù)更敏感。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，以及產(chǎn)品集成化的提升，主機(jī)廠難以如行業(yè)發(fā)展初期一般繼續(xù)大規(guī)模進(jìn)行研發(fā)投入，供應(yīng)商有望引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

? 智能電動汽車時(shí)代，主機(jī)廠的核心競爭力在于智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域，底盤電驅(qū)動系統(tǒng)相對更為“標(biāo)準(zhǔn)化”。

目前在A00車型上已經(jīng)看到，暢銷車型的較低功率電驅(qū)動系統(tǒng)基本都為外部采購。

從2021下半年以來，能夠看到第三方獨(dú)立廠商市場份額開始提升。

進(jìn)入2021年下半年以來，能夠看到第三方獨(dú)立廠商市場份額開始提升。我們認(rèn)為車廠對供應(yīng)商的選擇一旦定點(diǎn)，將會是較為長期的合作關(guān)系，從2021年的趨勢來看，未來第三方供應(yīng)商的市場份額將有望逐漸提升。

我們認(rèn)為在當(dāng)前處于洗牌期的市場競爭情況下，只有具有較強(qiáng)實(shí)力，能夠有較大出貨量的企業(yè)才能夠不斷的優(yōu)化產(chǎn)品、提升技術(shù)水平、擴(kuò)大規(guī)模而構(gòu)建更高的競爭壁壘，才能夠在未來勝出。

12、過去三年行業(yè)洗牌，目前行業(yè)處于底部位置，復(fù)蘇勢頭已經(jīng)顯現(xiàn)

隨著新能源汽車銷量的不斷提升，新能源汽車電驅(qū)動部件的出貨量也將隨之提高。但由于補(bǔ)貼的退坡及行業(yè)內(nèi)競爭越來越激烈，整車廠逐漸將成本壓力轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商上，尤其是作為三電核心器件之一的電驅(qū)動供應(yīng)商身上，行業(yè)從2019年下行。

電驅(qū)動產(chǎn)品相比電芯標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，根據(jù)不同的車型會有不同功率的產(chǎn)品匹配，與電芯可大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)有所不同。同時(shí)其進(jìn)入門檻對比電池行業(yè)相對較低，因此參與廠商較多，所以在行業(yè)下行期間市場競爭更為激烈，未能如電池行業(yè)走出類似寧德時(shí)代、恩捷等能占據(jù)較大市場份額的公司。

經(jīng)過近3年的行業(yè)洗牌，可以看到2021年H1，行業(yè)內(nèi)頭部公司的收入已經(jīng)接近2020年全年的收入，并且毛利率也開始改善。我們認(rèn)為行業(yè)頭部公司已經(jīng)開始顯現(xiàn)，并且當(dāng)前集成化的產(chǎn)品供應(yīng)市場壁壘更高，未來第三方獨(dú)立電驅(qū)動系統(tǒng)公司將會迎來高速發(fā)展期。

編輯：黃飛

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