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直流無(wú)刷電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)信息智能網(wǎng)

深度解讀新能源汽車電機(jī):類型 市場(chǎng) 廠商
2022-06-20

一、新能源汽車用電機(jī)類型及趨勢(shì) (一)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及性能 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是新能源車三大核心部件之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu),其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo),它是電動(dòng)汽車的重要部件。電動(dòng)汽車的整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、控制器、各種檢測(cè)傳感器以及電源等部分構(gòu)成。 簡(jiǎn)單來(lái)講,電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器兩部分構(gòu)成。從電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈來(lái)看,驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器所占的成本之比大致相同。 圖表1電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于中低壓電機(jī)范疇,由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性,相對(duì)一般中低壓產(chǎn)品,它具有較高的性能要求: 1)調(diào)速范圍寬:新能源汽車有兩類工況場(chǎng)景,在啟動(dòng)、加速、 爬坡時(shí),要求工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間;在高速行駛時(shí),要求電機(jī)工作在恒功率區(qū)間; 2)功率密 度高,主要是為了在盡量小的車內(nèi)空間限制、電池電量下,提高續(xù)航里程; 3)安全可靠, 要求電機(jī)的穩(wěn)定工作和抗震、散熱性能佳; 4)輕量化,即電機(jī)體積小,滿足整車輕量化的要求; 5)過(guò)載能力強(qiáng):在啟動(dòng)、加速、爬坡工況下,要求電機(jī)具有 4-5 倍的過(guò)載能力。 圖表2新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能要求 要求 原因 調(diào)速范圍寬 包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)(啟動(dòng)、加速、爬坡)和恒功率區(qū)(高速行駛) 功率密度高 提高續(xù)航里程 安全可靠 抗震 輕量化 體積小、減重 過(guò)載能力強(qiáng) 4-5倍的過(guò)載能力(啟動(dòng)、加速、爬坡) (一)不同電機(jī)類型應(yīng)用場(chǎng)景存在差異 適合新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有永磁同步、交流異步和開關(guān)磁阻三大類。因其不同特點(diǎn), 各有應(yīng)用場(chǎng)合。 永磁同步電機(jī)體積小、質(zhì)量輕,功率密度大,可靠性高,調(diào)速精度高,響應(yīng)速度快;但最 大功率較低,且成本較高。由于永磁同步電機(jī)具有最高的功率密度,其工作效率最高可達(dá) 97%,能夠?yàn)檐囕v輸出最大的動(dòng)力及加速度,因此主要用在對(duì)能量體積比要求最高的新能源乘用車上。 交流異步電機(jī)價(jià)格低、運(yùn)行可靠;但其功率密度低、控制復(fù)雜、調(diào)速范圍小是固有限制。 價(jià)格優(yōu)勢(shì)使得其在新能源客車中使用的較廣泛。 開關(guān)磁阻電機(jī)價(jià)格低、電路簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍寬;但震動(dòng)、噪聲大,控制系統(tǒng)復(fù)雜,且 對(duì)直流電源會(huì)產(chǎn)生很大的脈沖電流。用于大型客車。 圖表3驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能指標(biāo)對(duì)比 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)目前的發(fā)展方向有以下幾方面:小型輕量化;高效性;更出色的轉(zhuǎn)矩特性;使用壽命長(zhǎng),可靠性高;噪聲低;價(jià)格低廉。隨著時(shí)間的推移,新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)了下面的趨勢(shì): ①電機(jī)本體永磁化:永磁電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)具有世界最為豐富的稀土資源,因此高性能永磁電機(jī)是我國(guó)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要發(fā)展方向。 ②電機(jī)控制數(shù)字化:專用芯片及數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn),促進(jìn)了電機(jī)控制器的數(shù)字化,提高了電機(jī)系統(tǒng)的控制精度,有效減小了系統(tǒng)體積。 ③電機(jī)系統(tǒng)集成化:通過(guò)機(jī)電集成(電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)集成或電機(jī)與變速箱集成)和控制器集成,有利于減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量和體積,可有效降低系統(tǒng)制造成本。 (二)永磁同步電機(jī)成主流趨勢(shì) 現(xiàn)階段,交流異步電機(jī)主要是以特斯拉為首的美國(guó)車企和部分歐洲企業(yè)使用。一方面,這與特斯拉最初的技術(shù)路徑選擇有關(guān),交流感應(yīng)電機(jī)價(jià)格低廉,而偏大的體積對(duì)美式車并無(wú)掛礙;另一方面,美國(guó)高速路網(wǎng)發(fā)達(dá),交流電機(jī)的高速區(qū)間效率性能上佳。 包括中國(guó)、日本在內(nèi)的其他國(guó)家新能源汽車電機(jī)最廣泛使用的仍是永磁同步電機(jī)。適合本國(guó)路況是主要因素,永磁同步電機(jī)在反復(fù)啟停、加減速時(shí)仍能保持較高效率,對(duì)高速路網(wǎng)受限的工況是最佳選擇。此外,我國(guó)稀土儲(chǔ)量豐富,日本稀土永磁產(chǎn)業(yè)有配套基礎(chǔ)也是重 要因素。目前,永磁同步電機(jī)在我國(guó)新能源汽車中的使用占比超過(guò) 90%。 日本的豐田、本田、日產(chǎn)等汽車公司基本上都采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),如豐田公司的Prius,本田公司的CIVIC。因?yàn)樵谌毡?,供?yīng)永磁電機(jī)使用的稀土磁鐵的公司比較多,同時(shí)汽車大多以中低速行駛,因此采用加減速時(shí)效率較高的永磁同步電動(dòng)機(jī)較為適宜。日本在發(fā)展混合動(dòng)力汽車方面居世界領(lǐng)先地位,其中以豐田普銳斯最為著名。 圖表4國(guó)外主要新能源汽車電動(dòng)類型及供應(yīng)商情況 車型 電動(dòng)機(jī)類型 電機(jī)供應(yīng)商 寶馬i3 永磁同步電動(dòng)機(jī) 采埃孚 寶馬 Mini-E 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) AC Propulsion 日產(chǎn)Leaf 永磁同步電動(dòng)機(jī) In-house Tesla S 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 福田電機(jī) 雪佛蘭 Spark 永磁電動(dòng)機(jī) 日立汽車系統(tǒng) 福特 Focus Electric 永磁電動(dòng)機(jī) Magna Powertrain 本田 Fit EV 永磁電動(dòng)機(jī) In-house 豐田 Pruis 交流電動(dòng)機(jī) In-house 圖表5國(guó)內(nèi)主要新能源汽車電動(dòng)類型及供應(yīng)商情況(乘用車) 車型 電動(dòng)機(jī)類型 電機(jī)供應(yīng)商 北汽 永磁電動(dòng)機(jī) 精進(jìn)電機(jī) 比亞迪 永磁電動(dòng)機(jī) 比亞迪 上汽 永磁電動(dòng)機(jī) 上海電驅(qū)動(dòng)、上海大郡、林泉電機(jī) 東風(fēng) 永磁電動(dòng)機(jī) 大地和、上海電驅(qū)動(dòng) 奇瑞 永磁電動(dòng)機(jī) 上海電驅(qū)動(dòng)、浙江尤奈特、蕪湖杰瑞諾 江淮 永磁電動(dòng)機(jī) 尤奈特電機(jī)、巨一自動(dòng)化、上海電驅(qū)動(dòng) 長(zhǎng)安 永磁電動(dòng)機(jī) 上海電驅(qū)動(dòng)、寧波遠(yuǎn)洲、成都華川電裝 吉利 永磁電動(dòng)機(jī) 吉利、江蘇微特利 圖表6國(guó)內(nèi)主要新能源汽車電動(dòng)類型及供應(yīng)商情況(商用車) 車型 電動(dòng)機(jī)類型 電機(jī)供應(yīng)商 宇通 異步電機(jī) 中車時(shí)代、大連天元 中通 異步電機(jī) 電驅(qū)動(dòng)、大洋電機(jī)、精進(jìn) 廈門金龍 異步電機(jī)、永磁同步 北京精進(jìn)、大洋電機(jī)、大郡 廈門金旅 異步電機(jī)、永磁同步 大郡、福建尤迪電機(jī)、福工動(dòng)力 蘇州金龍 異步電機(jī)、永磁同步 北京精進(jìn) 安凱 異步電機(jī) 中車、南洋電機(jī) 北汽福田 永磁同步 中車時(shí)代 青年客車 異步電機(jī) 美國(guó)伊頓、中車時(shí)代 上海申沃 異步電機(jī)、永磁同步 江門電機(jī)、上海大郡 綜合來(lái)看,新能源汽車電機(jī)技術(shù)要求較高,永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源汽車的三大核心部件之一,相比傳統(tǒng)工業(yè)電機(jī),新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)有更高的技術(shù)要求。從綜合性能來(lái)看,永磁同步電機(jī)最具優(yōu)勢(shì),更能代表新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展方向。由于中國(guó)稀土儲(chǔ)量極大豐富,而且電機(jī)工藝已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平,因此預(yù)計(jì)永磁電機(jī)將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占據(jù)中國(guó)新能源汽車的電機(jī)市場(chǎng)。 二、新能源汽車用電機(jī)市場(chǎng)特征 (一)新能源汽車高速發(fā)展催生出巨大的電機(jī)需求市場(chǎng) 隨著新能源汽車在國(guó)內(nèi)的高歌猛進(jìn),新能源汽車電機(jī)的增速也非常高。據(jù)測(cè)算,2014 年,國(guó)內(nèi)新能源汽車電機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模為 14.8 億元,其中客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)和乘用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別占比 53%和 42%,還有 5%為專用車電機(jī)。2015年我國(guó)新能源汽車電機(jī)行業(yè)對(duì)應(yīng)規(guī)模約為 65.6 億元,客車/乘用車/專用車驅(qū)動(dòng)電機(jī)所占份額分別為 52%/33%/15%。 預(yù)計(jì)未來(lái)幾年隨著新能源汽車產(chǎn)銷的持續(xù)增長(zhǎng),電機(jī)市場(chǎng)將呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)2016年中國(guó)新能源汽車用電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到97億市場(chǎng)規(guī)模,到2020年市場(chǎng)空間將突破190億元。(注:不包括電機(jī)控制器,電機(jī)控制器將在另外的研究文章中詳細(xì)分析) 未來(lái)幾年,新能源乘用車的產(chǎn)銷量增速將習(xí)慣于客車增速,乘用車用電機(jī)的比例將呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì),預(yù)計(jì)到2020年,新能源乘用車用電機(jī)占比達(dá)到47.4%,新能源客車用電機(jī)占比達(dá)到42.7%,專用車用電機(jī)占比10%。 圖表7中國(guó)新能源汽車電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模 (二)國(guó)內(nèi)外技術(shù)存在差距 目前,我國(guó)新能源汽車配套電機(jī)市場(chǎng)仍然是國(guó)內(nèi)自給,國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手參與較少。而國(guó)內(nèi)技術(shù)水平與國(guó)外相比,仍有不少差距。以專利作為技術(shù)儲(chǔ)備來(lái)衡量,過(guò)去10年,我國(guó)新能源汽車電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)專利申請(qǐng)總量位于世界第一,但其中最具體現(xiàn)技術(shù)水平的發(fā)明專利僅占比50%,遠(yuǎn)低于同期國(guó)外發(fā)明專利申請(qǐng)總量 90%的占比。 圖表8國(guó)內(nèi)新能源汽車電機(jī)專利情況 圖表9國(guó)外新能源汽車電機(jī)專利情況 全球來(lái)看,德國(guó)、日本、韓國(guó)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)力強(qiáng)勁。國(guó)內(nèi)奇瑞汽車、吉利汽車研究院、 清華大學(xué)、長(zhǎng)安汽車、上海中科深江電動(dòng)、長(zhǎng)安新能源、北京理工大學(xué)、比亞迪等企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)具有豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。 圖表10 1996~2015年全球新能源汽車電機(jī)專利申請(qǐng)前20名 (三)產(chǎn)品相對(duì)成熟,參與者眾多 目前新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)頗具吸引力,潛在市場(chǎng)空間較大、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未確定、整車供應(yīng)鏈未成熟,能夠伴隨新能源汽車一同壯大,正是理想的朝陽(yáng)行業(yè)?,F(xiàn)階段主要有三類市場(chǎng)(潛在)參與者:傳統(tǒng)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、汽車零部件供應(yīng)商、整車企業(yè)內(nèi)部配套。 傳統(tǒng)電機(jī)企業(yè)產(chǎn)能成熟、電機(jī)生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)豐富,且中小電機(jī)行業(yè)近幾年持續(xù)低迷,使其具有迫切的向新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)型的需求。這類企業(yè)生產(chǎn)線可以較快的技改切換適應(yīng)激增的新能源汽車訂單,在競(jìng)爭(zhēng)中最具實(shí)力。如江特電機(jī)、大洋電機(jī)、方正電機(jī)、信質(zhì)電機(jī)、 正海磁材、尼得科(中紡銳力)、東方電機(jī)等,紛紛轉(zhuǎn)型進(jìn)入新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)陣營(yíng)。 由于電力電子及材料儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步,汽車終端消費(fèi)市場(chǎng)逐漸被電氣化的新能源產(chǎn)品替代,汽車整車廠及零部件供應(yīng)商為了適應(yīng)這種產(chǎn)品形態(tài)的滲透乃至顛覆,都有自我革新、推出電動(dòng)化新世代產(chǎn)品的需求。其中的先行者包括華域電動(dòng)、南車時(shí)代電動(dòng)、萬(wàn)向錢潮、比亞迪、上汽集團(tuán)、奇瑞汽車等。 事實(shí)上,由于新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)和控制器需要高效匹配,且兩類產(chǎn)業(yè)電機(jī)制造偏重資產(chǎn),控制器屬于輕資產(chǎn),具有一定互補(bǔ)性,因此,市場(chǎng)上越來(lái)越多的參與者希望將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體打包制造銷售。因此,電機(jī)、控制器的相互合作并購(gòu)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就越來(lái)越頻繁,產(chǎn)業(yè)界限逐漸模糊,這種趨勢(shì)帶來(lái)的另一后果就是動(dòng)力系統(tǒng)集成化的趨勢(shì)。 由于新能源汽車行業(yè)享受了多項(xiàng)政策優(yōu)惠,為了搶先登陸新能源汽車電機(jī)市場(chǎng),近年來(lái),資本市場(chǎng)密集出現(xiàn)涉及新能源汽車電機(jī)項(xiàng)目的并購(gòu)重組案例。其中上海電驅(qū)動(dòng)、上海大郡、天津松正、大洋電機(jī)等都是新能源汽車電機(jī)行業(yè)的佼佼者。大洋電機(jī)已經(jīng)收購(gòu)了上海電驅(qū)動(dòng),方正電機(jī)也將并購(gòu)上海海能和德沃仕。國(guó)內(nèi)電機(jī)業(yè)巨頭紛紛收購(gòu)新能源汽車電機(jī)及上游材料企業(yè),意圖通過(guò)并購(gòu)企業(yè)的方式來(lái)為自己增加競(jìng)爭(zhēng)砝碼,足見這些企業(yè)對(duì)新能源汽車的重視。 由于新能源汽車電機(jī)的起步時(shí)間并不長(zhǎng),所以還需要從汽車應(yīng)用的角度入手,讓整車企業(yè)與電機(jī)廠商共同攜手來(lái)研究制造出滿足新能源汽車需求的專用電機(jī)。在中國(guó)乃至全球范圍內(nèi),汽車電機(jī)都是電機(jī)業(yè)中的小分支,但是汽車電機(jī)制造門檻非常高,尤其是我國(guó)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與國(guó)外驅(qū)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比還存在不小的差距與不足,得益于政策的扶持和電機(jī)巨頭對(duì)市場(chǎng)的重視,目前中國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)正在加快發(fā)展步伐。 三、國(guó)內(nèi)主要的新能源汽車電機(jī)企業(yè) 圖表11國(guó)內(nèi)外主要新能源汽車電機(jī)企業(yè) 區(qū)域 電機(jī)企業(yè) 區(qū)域 電機(jī)企業(yè) 國(guó)外 采埃孚 浙江 寧波韻升 博世 斯科若 大陸 百轉(zhuǎn)電動(dòng) 西門子 德沃仕 豐田 方正電機(jī) 日立 臥龍電氣 富田 萬(wàn)向電動(dòng) 松下 尤奈特 明電舍 綠巨能機(jī)電 現(xiàn)代摩比斯 江蘇 微特利 美倍亞株式會(huì)社 牧康新能源 雷米國(guó)際 湖北 宇清傳動(dòng) 麥格納 山東 德洋電子 廣東 比亞迪 福建 福工動(dòng)力 大地和 尤迪電機(jī) 港新動(dòng)力 湖南 中車時(shí)代 金泰德勝 湘潭機(jī)電 合普動(dòng)力 中智遠(yuǎn)科技 大洋電機(jī) 眾達(dá)汽車 北京 精進(jìn)電動(dòng) 天津 松正 中紡銳力 吉林 富奧 中科易能 遼寧 天元電機(jī) 上海 上海大郡 廣西 五菱柳機(jī) 上海電驅(qū)動(dòng) 江西 江特電機(jī) 中科深江 安徽 巨一自動(dòng)化 聯(lián)騰動(dòng)力 蕪湖杰瑞諾 華域汽車 四川 成都華川電裝 南洋電機(jī)

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