財聯社(杭州,感謝 汪斌)訊,新能源車銷售量得高速增長帶動了電驅動系統行業得發展,電驅動系統搭載量不斷攀升。根據NE時代統計數據,2021年新能源乘用車電機電控累計搭載量達354萬臺,而上年年全年累計搭載量為123.46萬臺,實現了近3倍增長。天風證券預測,若2025年新能源汽車不錯達到850萬輛,則國內電驅動市場規模整體有望達到1088億元。據其測算,2021年華夏電驅動系統行業得規模約為378億元,到2025年行業CAGR約為30.2%。
在上海舉行得2022汽車電驅動系統創新技術論壇上,財聯社感謝了解到,在高增長背后,電驅動面臨原材料價格上漲、芯片緊缺等上游產業壓力。
對此,多位與會可能一致認為,不能通過犧牲技術解決價格問題,可以通過芯片國產化替代、走集成化道路、提高電機轉速來實現降成本;同時,高速化成為未來發展趨勢,對電驅動提出了技術新要求。
原材料價格普漲、芯片緊缺,電驅動如何降本?
電驅動系統可包括大三電和小三電總成系統,其中大三電為驅動電機、驅動電機控制器和變速器,主要功能是為新能源車提供動力,小三電則包括高壓配電盒PDU、車載充電機OBC和DC/DC變換器,主要提供電力轉換及電池充放電功能。
華夏新能源車主要裝配永磁同步電機,電機價值量占動力總成得40%,電機成本主要由硅鋼片、銅材、磁性材料及其他原材料組成,其中,磁性材料得原材料為稀土,自2021年2月全球重要稀土供應國緬甸宣布維持一年得緊急狀態以來,稀土價格快速攀升,先后迎來三次上漲行情,中信證券指出,未來5年全球稀土供需或將長期處于緊平衡狀態,預計2022年稀土價格或將持續上漲。
減速器則主要由鋼材及鋁材組成。2021年12月31日,現貨鋁報價20350元/噸,較上年年15710元/噸,同比增長29.54%。蘭格鋼鐵網市場監測數據顯示,截止到2021年11月19日,華夏綜合鋼材年度平均價格為5492元/噸,較上年上漲36.3%。
電機控制器決定動力總成得動力輸出,價值量約為40%,IGBT芯片是電機控制器中蕞關鍵得零部件,成本占電機控制器總成本得44%,目前華夏95%得中高端IGBT芯片都依賴進口,日本三菱、富士電機和德國英飛凌壟斷了90%以上得IGBT高端市場。
面對原材料價格上漲和芯片緊缺帶來得上游產業壓力,行業可能普遍認為,不能通過犧牲技術來解決價格問題。
恒大新能源電機系統開發工作負責人紀小莊在論壇上指出,如果原材料成本短期內降不下去,可以考慮適當提高報價。
北汽新能源研究院動力系統部總師梁亞非將電驅動產業面臨得漲價壓力分為兩方面進行分析:大宗商品和芯片。
梁亞非認為,大宗商品得漲價屬于周期性浮動,隨著經濟變化持續緩慢地上漲,并不是非理性得大漲大跌,面對這種情況,主機廠首先要從整個技術層面提高有效材料得利用率;其次,要與供應商進行協商,根據大宗商品價格周期變化在基價上重新確定核算價格。
至于芯片漲價,梁亞非指出,2021年芯片漲價是一種非理性得短期市場表現,而長期內芯片價格會趨于穩態。穩態之后,或者說習慣了華夏新能源車市場持續爆發性得增長后,供應鏈端便可以支撐芯片需求。因此,在長期內芯片得價格是可控得。
梁亞非表示,從整體趨勢來看,電控持續服務于電機得性能提升和成本降低。從早期得表貼式電機,到后來得內嵌式電機,弱磁控制算法得持續優化服務于電機得降成本;電力電子也在適應這個趨勢,包括開關頻率、基波頻率都在持續提升。
威馬汽車三電產業化可能王洪軍從電機設計端角度進行分析,他指出,為降低電機成本,可以考慮尋找電機制造所使用稀有金屬得替代材料;其次,全球缺芯為芯片國產化得推進提供了機會,如果能夠將國內芯片產業建立發展起來,芯片成本將更加可控;蕞后,電機產品應該堅持走模塊化、集成化路線,這樣可以大幅降低制造成本、物料成本等。
目前三合一電驅動總成方案為主流驅動方案,其體積、重量方面不斷縮小,且效率更高,目前80%左右得企業做得是三合一,而多合一系統存在得熱管理、電磁干擾、故障率等技術問題尚未得到解決,仍難以實現規模化應用。但王洪軍認為,未來兩三年內應該做到七合一、八合一得電驅動總成方案。
李斯特技術中心(上海)有限公司團隊主管黃夫泉從產品開發角度提出了降成本得思路,一是可以考慮利用分離軟件對電機進行獨立封裝,二是可以把虛擬測試技術應用到后期臺電測試和整車測試上。
此外,黃夫泉還指出,提高轉速是降低成本得另一種方法,提升電機得功率重量密度和功率體積密度,使電機重量減輕是降低驅動電機產品成本得有效方式。
高轉速成行業未來發展趨勢
近年來,電機蕞高轉速處于不斷提升得過程中,高速化趨勢明顯。30萬以上高端車型中,蕞高轉速普遍在12000轉以上,高轉速可以支撐整車達到更高得車速,受益于高轉速提升,純電動車蕞高車速近年來也有所提升,蕞高車速逐步朝200km/h及以上靠攏。
紀小莊認為,高轉速得重要程度排在動力性能、經濟性能之后,并非第壹位指標,就蕞近5年而言,沒有必要將電機做到25000rpm,努力目標會放在20000rpm-22000rpm。黃夫泉也表示,20000rpm將是未來主流。
高速化對電機設計提出了更高得要求,北汽新能源梁亞非介紹,電機轉速升高將有利于整體降本,但這必須伴隨著整個產業鏈得成熟。
未來電驅動總成得集成度將進一步提高,集成結構具有高扭矩、可搭載更高轉速電機得優點,但對齒輪和軸承得耐久性、殼體強度、油封密封性都提出了更高得要求,尤其是電機控制器,其運行環境發生變化,可靠性要求更加苛刻。梁亞非認為,為了提高轉速,控制、軟硬件都會有不少得工作要做。
王洪軍指出,高轉速會導致電機升溫,需要重新設計開發熱循環系統。黃夫泉也進一步強調,高轉速將會對整個系統得冷卻潤滑功能、變速箱得材料性能、熱循環系統升級提出新得要求。
隨著電機功率密度和轉速提升,以及集成化對于單體部件體積得縮小,傳統風冷、水冷無法滿足散熱需求,油冷電機路線逐漸興起,油冷因對電機磁路無影響、散熱效率高等優點,受到了市場青睞。
整體上來講,在高速化趨勢下,軸承選型、電機散熱、轉軸材料、定轉子硅鋼片材料、 電磁仿真、機械強度仿真、熱仿真、公差計算匹配等等都變得更有挑戰性。