新能源汽車驅動電機已經處于風口,企業該如何分羹?

發表時間:2018-06-03 14:13

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導讀

隨著新能源汽車被提升至國家高度,作為核心部件之一的驅動電機毫無疑問被推上風口。從整車到獨立新能源汽車電機企業,從要研究單位到汽配銷售公司,從政府到民間,大量資金涌入,促進著驅動電機技術完成了一次又次更高級的升級,從直流到交流,從感應到輪轂,未來還將更智能化、集成化。隨著新能源汽車的爆發,我們相信電機市場也會迎來自己的黃金時代,而涉及的新材料、電子、機械等企業也將從中受益。

1 驅動電機的基本情

2 驅動電機與工程塑料

驅動電機系統主要是由電機及其控制器組成,其中電機主要由定子、轉子、機殼、連接器、旋轉變壓器等零部件裝配而成。

驅動電機行業產業鏈上游是電解銅(電磁線)、硅鋼、鋼材、鋁材、絕緣材料、永磁材料等原材料供應商。

3 驅動電機的發展狀況

3.1 驅動電機的發展歷程

汽車電機與工業電機的區別

新能源電機的要求

布置空間有限,封裝尺寸需針對性設計

有效的瞬時功率和功率密度

工作環境溫度變化大(-40℃~+105℃)

較高的效率

安全

須符合車輛電氣控制安全性能指標和規定

通常為冷水冷卻

能實現能量回饋

需要精確的力矩控制,動態性能要好

低速大扭矩、高速寬調速,控制精度要高,動態響應快

功能密度>2.5kw/kg

高密度,輕量化

性價比高

堅固、可靠,防塵防水能力,高電壓、低成本

正是基于此,新能源汽車驅動電機在不斷地革新換代以滿足上述要求,其經歷了一個較長的發展過程。

主要的驅動電機分類如下:

最初的直流電機,到現在的交流異步電機,永磁同步電機,且最新的開關磁阻電機也在快速發展,異步感應電機的研究也一直在推進。這幾種電機的特點如下:

性能及類型

直流電機

異步電機

永磁同步電機

開關磁阻電機

轉速范圍/rpm

4000~6000

12000~20000

4000~10000

>15000

功率密度

輕高

重量

體積

可靠性

一般

結構堅固性

控制器成本


一般

峰值效率(%)

85-89

90-95

95-97

80-90

數據來源:EVTank

3.2 驅動電機的發展方向

新能源汽車驅動電機性能上的目標是:小型輕量化;高效性;更出色的轉矩特性;使用壽命長,可靠性高;噪聲低;價格低廉。

而在技術方向發展呈現了下面的趨勢:

4 驅動電機主要類型介紹

4.1 永磁同步電機

來源:蓋世汽車社區

(1)優點

具有較高的功率密度與轉矩密度,就是相比于其他種類的電機,在相同質量與體積下,永磁同步電機能夠為新能源汽車提供**的動力輸出與加速度,便于布置,還可以把更多的空間貢獻給車內,更多的質量也為增加新能源汽車的續航里程起到了積極作用。

(2)缺點

轉子上的永磁材料在高溫、震動和過流的條件下,會產生磁性衰退的現象,所以在相對復雜的工作條件下,電機容易發生損壞,而且永磁材料價格較高,因此整個電機及其控制系統成本較高。

(3)應用

一汽、東風、長安、奇瑞等。

目前,我國的永磁同步電機已經形成了一定的研發和生產能力,產品技術指標已接近國際先進水平,而且已經基本具備永磁同步電機集成化的能力。

4.2 異步電機

異步電動機(Asynchronous Motor)又稱感應電動機,是由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩,從而實現機電能量轉換為機械能量的一種交流電機。

當電動機的三相定子繞組通入三相對稱交流電后,將產生一個旋轉磁場,該旋轉磁場切割轉子繞組,從而在轉子繞組中產生感應電流(轉子繞組是閉合通路),載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力,從而在電機轉軸上形成電磁轉矩,驅動電動機旋轉,并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。當導體在磁場內切割磁力線時,在導體內產生感應電流,“感應電機”的名稱由此而來。感應電流和磁場的聯合作用向電機轉子施加驅動力。

(1)優點

比永磁同步電機成本更低、工藝更簡單、運行可靠耐用、維修更方便,而且能忍受大幅度的工作溫度變化。反之,溫度大幅變化會損壞永磁同步電動機。轉速范圍廣泛以及高達20000rpm左右的峰值轉速,即使不匹配二級差速器也能夠滿足該級別車型高速巡航的轉速需求,高能量密度也是無敵。

(2)缺點

體積重量上和體積上沒有優勢,功率因數滯后,輕載功率因數低,調速性能稍差。

(3)應用

特斯拉等國際知名品牌。

4.3 開關磁阻電機

開關磁阻電機是一種新型調速電機,調速系統兼具直流、交流兩類調速系統的優點,是繼變頻調速系統、無刷直流電動機調速系統的最新一代無極調速系統。

4.4 輪轂電機

輪轂電機技術也被稱為車輪內裝電機技術,它的**特點就是將動力裝置、傳動裝置和制動裝置都整合一起到輪轂內,得以將電動車輛的機械部分大為簡化。

(1)優點

(2)缺點

(3)有待解決問題

(4)應用:

5 驅動電機生產企業

目前國內新能源汽車驅動電機生產企業主要有三類,包括整車生產企業、通用電機生產企業以及單獨的新能源汽車驅動電機生產企業。這三類企業各有特點,各有優勢,未來將共同快速發展。

生產企業

特點

代表

整車生產企業

具有豐富的傳統整車或零部件研發設計生產經驗,具有雄厚的經濟實力和人才儲備,具有先天的開發優勢。

比亞迪、萬向集團、上汽集團、一汽集團、二汽集團、東風集團等

通用電機生產企業

具有多年傳統電機研發設計生產經驗,具有較雄厚的經濟實力和研發儲備,聯合研究單位和車企共同推進

大洋電機、江特電機、中紡銳力等

單獨的新能源汽車驅動電機生產企業

注重新能源汽車控制系統的研發投入,技術能力較強,市場拓展手段靈活

北京精進電動、上海電驅動、上海大郡等

2016年,大約有56.24%的新能源汽車驅動電機由整車廠生產,43.76%的驅動電機由第三方電機企業生產(下圖左)。EVTank分析認為,參照國外的成熟經驗,未來以整車廠主導生產驅動電機的可能性較大。

EVTank在研究報告中統計了2016年國內有銷量的新能源汽車驅動電機生產企業(上圖右),大約190家左右,其中比亞迪以25.12%的市場份額****。在獨立第三方新能源汽車驅動電機企業中,安徽巨一自動化以3.89%的市場份額****。

此外,從圖中也可以看出,雖然比亞迪一家獨大,但目前還處于多家企業共同競爭的狀態,未來以車企為代表的企業將進一步積聚力量。

附:2016年中國新能源汽車驅動電機生產企業八十強

數據來源:EVTank,中國電池網

6 驅動電機的前景

新能源汽車NEV (New Energy Vehicle),簡單來說即采用非傳統燃油(目前主流是動力電池)作為動力源的汽車。正是這一點小改變,卻對環境、經濟等帶來大大的好處。

新能源汽車優勢

低排放甚至零排放

起步加速性能好,能量轉換效率高

噪音少

實現制動能量回收

精簡了傳動機構

能方便地實現四輪驅動

拓展了空間

充電費低

維修簡單易于保養

政府補貼以及上牌優勢

惡劣的氣候和環境促使著多國政府采取行動,大力新能源汽車的發展。在2017年7月8日,在二十國集團(G20)德國漢堡峰會上,各國聯手表態,將制定明確的禁售燃油車時限,在期限到來前全面禁售燃油車。

挪威四個主要政黨一致同意從2025年起禁止燃油汽車銷售。德國聯邦參議院以多票通過決議,自2030年起新車只能為零排放汽車,禁止銷售汽油車和柴油車。英國、法國計劃從2040年開始,全面停止出售汽油車和柴油車。

印度表示最晚至2030年將全面禁售燃油汽車。荷蘭勞工黨也要求從2025年開始禁止在本國銷售傳統的汽油和柴油汽車。這一切都表明,新能源汽車時代大門已經慢慢開啟。

我國也制訂了新能源汽車推廣相應的計劃。

自2014年以來,國內新能源汽車市場進入到爆發式增長階段,

2014年國內新能源汽車產量達到7.86萬臺,較2013年增長349%;

2015年的增長率仍然維持在330%以上,產量陡升至34.05萬輛;

2016年新能源汽車增長速度相對放緩,一共生產51.7萬輛,銷售50.7萬輛,比上年同期分別增長51.7%和53%;

2017年10月份,新能源汽車生產與銷售分別完成9.2萬輛和9.1萬輛,同比分別增長了85.9%和106.7%。

來源:中國汽車協會

新能源汽車行業在“十二五”期間飛速發展,中國制造2025中更是提出了到2020年新能源汽車年銷量突破100萬輛,新能源汽車保有量達到500萬輛的目標。

而毫無疑問,新能源汽車行業的發展帶動驅動電機的發展,為驅動電機行業帶來發展機會。

根據《電動汽車 充電基礎設施發展指南(2015-2020 年)》以及《十三五 國家戰略性新興產業發展規劃》提出的到2020年,實現新能源汽車當年產銷 200 萬輛以上,累計產銷超過 500 萬輛目標來看,未來新能源車整體市場有望實現年均 50%的增速;以目前新能源乘用車、專用車以及客車每臺 1 萬元、1.5 萬元、2萬元的驅動電機價格測算,預計2021年將達到200億的市場規模。

來源:全國乘聯會,天風證券

隨著新能源汽車被提升至國家高度,作為核心部件之一的驅動電機毫無疑問被推上風口。從整車到獨立新能源汽車電機企業,從要研究單位到汽配銷售公司,從政府到民間,大量資金涌入,促進著驅動電機技術完成了一次又次更高級的升級,從直流到交流,從感應到輪轂,未來還將更智能化、集成化。隨著新能源汽車的爆發,我們相信電機市場也會迎來自己的黃金時代,而涉及的新材料、電子、機械等企業也將從中受益。


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