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作者:管理员    发布于:2023-11-05 23:32    文字:【】【】【

  中信娱乐主管-首选首页新能源电驱动系统是新能源汽车的“心脏”和“肌肉”,作用相当于燃油车的发动机和减速箱。电驱动中主要包含驱动电机、驱动电机电控和传动总成三部分,电控根据整车控制器的指令将直流电逆变为交流电驱动电机转动,再通过减速器进行减速、提高输出转矩,带动车轮转动。

  虽然传统燃油车和电动车都存在发动机控制和驱动,但由于电动车主要靠电池功能发动,因此电控和驱动中会新增 围绕电能的功能(如能量回收、高压上下电控制等),由此其性能要求相对燃油车会更高。

  电驱系统面临的工况相对复杂:需要能够频繁起停、加减速,低速/爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,具有大变速范围;混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。此外,电机的能耗直接决定了固定电池容量情况下的续航里程。因此,电动汽车驱动系统在负载要求、技术性能和工作环境上有特殊要求,电控是这个系统的核心。

  电驱动系统研发的核心基因是以电机控制器为电能转换单元,以高频高功率半导体技术为核心,围绕硬件开发与软件设计,电力电子设计、控制算法优化能力等,实现对电机转速、转向、角度、响应时间的精确控制。通过巧妙设计将三电结构深度集成,减少彼此间的连接器、冷却组件、高压线束等部件的使用,其体积小、重量轻、成本低、便于装载的优势,对于推动整个新能源汽车行业的发展至关重要。

  驱动电机的主要功能是为新能源汽车提供动力,将电能转化为旋转的机械能,主要构成包括定子、转子、结构组件和壳体;详细可见:闲线 驱动电机 - 知乎

  电机控制器总成的作用是基于功率半导体的硬件及软件设计,对电机的工作状态进行实时控制,使其按照需要的方向、转速、转矩、响应时间工作,主要由功率组件、控制软件和传感器组成;详细可见:闲线 电控 ③MCU - 知乎)

  传动总成的作用是将驱动电机的转速降低、转矩升高,以保证驱动电机的转矩、转速满足车辆需求,主要由减速器、齿轮组、离合器和半轴组成。

  传动机构指的是将电机输出的扭矩和转速传递到汽车的主轴上,从而驱动汽车行驶的机构,主要包含减速器和差速器的两个部件。差速器的主要作用是汽车转弯时使得两侧车轮转速不同,无论是电动汽车,还是燃油汽车部件是一样的。而对于减速器,一般由高速轴承和不同齿数的齿轮组成,通过输入轴上齿数少的小齿轮,啮合到输出轴上的齿数多的大齿轮,达到减速和增大转矩的目的。大小齿轮的齿数之比,就是传动比。实际上,作为动力传递机构,减速器早已广泛应用在各种机械的传统系统中。电动汽车的减速器可以看成燃油汽车的变速箱,由于电机本身具有足够宽度的调速性能,因而减速器一般都是固定传动比的单级减速器,也就是只有一个档位的变速箱。

  变换器(Convertor/Converter)主要包含逆变器(Inverter)和DC/DC变换器两个器件。其中,逆变器主要作用是将直流电转换为交流电,将电池的直流电转变为交流输出以驱动电机,将电能转变成机械能驱动电动汽车行驶,IGBT模块是逆变器的核心器件。DC/DC变换器,将直流电源电压转换成任意直流电压,主要用于直流高低压转换,例如把动力电池的高压电(大于400V)转换位低电压,为多媒体系统、空调等设备(12V)供电;另一类功能,是出现在复合电源系统中,与超级电容串联,起到调节电源输出,稳定母线电压的作用。

  由于电机与发动机在功率、扭矩和转速等输出特性的差异导致电动车在传动系统上有明显的变化。电动车减速器目前主流的仍然是固定齿比的单挡结构,这种减速器结构简单,成本低, 成为电动车发展初期至今的主流模式。但这种结构的减速器在电动车高速行驶中,电耗明显增加。随着电动车性能与能耗的要求不断提升,两挡或更多挡位的减速器得研发和量产。两挡减速箱能兼顾电动车的动力性和经济型,成为全球主流电驱动企业研发的重点产品。

  新能源车加速及爬坡时需要低转速大扭矩,高速行驶时需维持高转速,因此驱动电机工况更为复杂,调速范围更宽。在低速重载、高速轻载等情况下,电驱动系统效率会比峰值效率下降 20~30%,为兼顾加速和高速续航,通常有如下方案:1)单电机+单档变速器;2)单电机+两档变速器;3)永磁同步电机+交流异步电机;4)永磁同步电机+永磁同步电机。目前主流的双电机方案是永磁同步电机搭配交流异步电机,其优势在于增加扭矩和功率,扩大系统高效区,高效能量回收。

  根据车辆的等级及配置不同,车辆的电驱动系统配置也有所差别。A00级别的车型采用MOSFET作为功率器件,电驱动功率范围在25-35kw,多为单驱,且基本都为外部采购,如宏光mini EV的最大功率20kW,最大扭矩85N;A级车电驱动功率范围有所提高,采用IGBT模块,在100-165kw,但仍多为单驱,产品开始有自身供应,如比亚迪的秦PLUS采用100-135kW的电驱动系统;B级及C级车电驱动功率一般在180kw以上,且四驱版配置,即一台车会配置两套甚至更多的电驱动系统,如蔚来的ES6采用前后最大功率均为160kW的双电驱系统。

  电驱动系统全产业链概览:经过近年来的发展,我国公司电驱动全产业链已经基本可以自主可控,能与海外公司同台竞争

  电驱动系统行业格局较为分散,车厂自供占据市场较大份额。目前,国内电驱动产业已形成了自主供应商、车企、国际零部件巨头三股势力相互竞争的格局。同时,以华为为代表的电驱动新势力也在加速进入市场,预计未来电驱动产业链竞争会进入白热化阶段。 除去车厂自供之外,市场集中度不高,但第三方厂商中有头部企业开始出现,行业仍处于洗牌当中。海外巨头占据了绝大部分中高端市场,第三方厂商主要出货还是在miniEV这类低端车型。

  1)车企旗下:如特斯拉、比亚迪(弗迪动力)、蔚来(蔚然动力)、上汽(上海变速器)、长城(蜂巢易创)、吉利(威睿)等车企,均有研制电驱动系统的部门或子公司;

  2)外资巨头:如日本电产、博格华纳(德尔福)、联合电子、法雷奥西门子、纬湃科技、采埃孚等;

  3)第三方供应商:汇川技术、上海电驱动、精进电动、英搏尔、中车时代电气、巨一动力等。

  国际厂商早期比较先进,但是技术迭代不够快。联电在国内有很多年汽车行业经验,技术人才储备、国产化和电机产线都做得很早,技术积累特别多。国内由于车厂人员的流动以及本身迭代速度快,国内厂商和国际厂商差距会越来越小。中国竞争激烈,产业发展会非常的快。

  国内的各家供应商毛利率大概20%应该有的,10%+~20%。早期在100千瓦以下大家靠价格抢订单, 100千瓦以上就是要拼技术,因为它涉及到电动、噪音、稳定性等。随着技术和人才的流动,现在是150千瓦以下大家拼价格;再往上到200、250对技术要求高,方案比较优秀的公司用料就会比较省。

  电驱动系统无论是各组件还是系统都在不断进化中,且电控、电机和减速器分别对电力电子设计能力、控制算法优化能力、电机设计能力、精密机械加工制造能力以及成本控制能力有较高的要求。在未来系统级供应商里,仅仅掌握其中一个部件是远远不够的,只有全面掌握上述能力才有可能推出一款具备市场竞争力的电驱动系统产品。

  在现有格局下,车厂采用内部孵化的厂商产品,可以保证产品的定制化程度以及车型推出的时间更高效,在电驱动产品性能有较大改进空间的阶段,可以快速提高整车性能。随着第三方供应商的性能提升以及产品的逐步“标准化”,第三方供应商的平台性优势就体现出来,供应链成本也更容易把控,更加符合行业的发展规律。

  市场上较多方案可供选择时,成本将成为重要的考量因素,而供应商通过同一产品供给多家车厂,成本均摊,拥有规模与成本优势。第三方企业供应多个客户,更加专业,且对先进技术更敏感。有具有较强实力,能够有较大出货量的企业才能够不断的优化产品、提升技术水平、扩大规模而构建更高的竞争壁垒,才能够在未来胜出。

  电驱动系统仍处于迭代升级的进程中,产品功能、设计等并未达到稳定状态,核心部件仍有较大的升级空间。 随着新技术的不断应用,以及产品集成化的提升, 主机厂难以如行业发展初期一般继续大规模进行研发投入,第三方企业专注于该领域,在技术迭代、产品推出效率上,有望引领行业发展。

  智能电动汽车时代,主机厂的核心竞争力在于智能网联领域,底盘电驱动系统相对更为“标准化”。目前在A00车型上已经看到,畅销车型的较低功率电驱动系统基本都为外部采购。只有对需要突出动力性能差异化的电动车产品时,整车企业才需要更多介入电驱动系统,即自制电驱动系统。而这类车型通常定位高端,对于中低端电动车,通常不需要突出动力性能的差异化,整车更倾向于采购第三方标准化动力系统,可以获得低成本等优势。因此,第三方电驱动供应商有望在中低端市场中谋取更大市场份额。

  汇川技术:汇川技术(300124.SZ)汇川技术于2003年成立,经历十余年沉淀,汇川2013年给宇通客车独家供应电控,在2015年成为国内销售额最大的电控企业,2016年底开始布局乘用车电机电控,依托工控平台打造电控产品,联合Brusa补全电机、减速器、DC/DC、OBC等短板,配套超800人研发团队,累计投入研发20亿以上。主要产品为电机控制器、高性能电机、DC/DC电源、OBC电源、五合一控制器、电驱总成、电源总成等,已成功配套威马、广汽、长城、小鹏、理想、奇瑞等主机厂。

  英搏尔:国内少数具备新能源汽车动力系统自主研发、全工艺生产能力的领先企业,可以为车企提供包括驱动总成、电源总成以及驱动电机、电机控制器、充电机等动力域核心模块产品。 产品已实现从A00级、A级、B级、MPV、SUV等全系乘用车型量产配套,单车配套产品价值量也有效 提升,乘用车单个电机控制器配套价值不足3000元,现在装车的多合一动力总成(含电源系统)产品单车配套价值最高达10,000元,专用车单车配套价值最高近15,000元,商用车单车配套产品价值最高更是超 20,000元。“集成芯”驱动总成是英搏尔公司第三代驱动总成,是集电机、电机控制器及减速箱为一体的高度集成产品, 相比同行体积减少30%,重量减轻30%,成本降低20-30%。

  精进电动:精进电动(688280.SH)精进电动于2008年成立,主要从事电驱动系统的研发、生产、销售及服务,已对电机、电控、传动三大总成自主掌握核心技术和实现完整布局,是我国少数能够持续获得全球一线车厂量产订单的汽车零部件企业。三合一电驱动系统产品实现了深度的集成化,缩短了总成的轴向尺寸、减轻了重量、改善了传动效率,其技术参数相比海外零部件巨头毫不逊色,甚至还有一定的优势。已成功配套菲亚特克莱斯勒、Karma、上汽、吉利、广汽、小鹏、比亚迪、东风、一汽、潍柴、北汽、中通、金龙、长安等主机厂。

  电驱系统顺应集成化、平台化、模块化、高压化的发展趋势,主要向部件优化和深度集成两个大方向升级。部件层面,以单体部件为目标进行升级优化,主要通过工艺改进、材料替代等实现。例如,扁线电机、SiC元器件、IGBT 单管并联分立式技术的应用等;系统层面,以集成化为主,实现多部件融合的系统级改造升级,例如,将电机、电机控制器、减速器、OBC、DC/DC、PDU 等独立部件融合为“三合一”、“多合一”,并逐步从硬件融合,向电气融合、芯片融合推进,形成功能更全的多合一动力总成系统。

  此外,各组件细节上仍存在各种问题,都需要逐步解决:电池用久了电压会下降,电压下降对用户来最直观的感觉是续航里程变少;驱动系统可用电压减少,动力变弱;电机散热技术差会使得电机长时间在高温条件下工作而退磁,动力会变弱;轴承,如果电机设计结构差会导致轴电流产生,这对轴承产生腐蚀,导致跑偏、噪音、动力下降,都会出现的。

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