一篇文章讀懂電驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)狀和趨勢

新能源汽車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車最核心的技術(shù)在于“三電”，即電池、電機(jī)、電控。目前，由于續(xù)駛里程和安全等問題，產(chǎn)業(yè)將大部分關(guān)注點(diǎn)聚焦在電池產(chǎn)業(yè)。而對直接決定電動(dòng)汽車爬坡、加速、最高速度等主要性能指標(biāo)的電機(jī)電控等組成的電驅(qū)系統(tǒng)，則關(guān)注相對較少。

那么，目前中國電驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展處于什么階段？發(fā)展的趨勢和難題又有哪些？

2019年6月26日，國家863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體組電機(jī)責(zé)任專家貢俊，在“2019南京創(chuàng)新周新能源汽車產(chǎn)業(yè)地標(biāo)峰會”上，對中國電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行了介紹。

國家863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體組電機(jī)責(zé)任專家貢俊

同時(shí)，由中國汽車研究中心有限公司和電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟主編的《中國新能源汽車電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2019）》（以下簡稱《電驅(qū)動(dòng)發(fā)展報(bào)告》）正式發(fā)布，全面評估了中國電驅(qū)動(dòng)的技術(shù)現(xiàn)狀和問題。

得益于豐富的稀土資源，中國成為驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)大國，且生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)多項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。但個(gè)別領(lǐng)域，例如電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成能力，以及SiC器件研發(fā)、制造等領(lǐng)域，與國外先進(jìn)水平仍存在較大差距。

1、中國電機(jī)產(chǎn)業(yè)全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

貢俊認(rèn)為，中國在驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)具備一定優(yōu)勢。隨著國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國電機(jī)產(chǎn)業(yè)也取得了長足進(jìn)步。國內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈完善，自主電機(jī)始終占據(jù)絕對份額。目前，僅有少數(shù)乘用車采用外資企業(yè)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，中國已經(jīng)形成包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、變速器、電驅(qū)動(dòng)總成、主要關(guān)鍵材料和關(guān)鍵器件在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，并實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國自主配套驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器和電驅(qū)動(dòng)總成比例達(dá)95％以上。中國新能源汽車公告中電機(jī)和電機(jī)控制器生產(chǎn)企業(yè)超過200家，其中前20位的生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品總量占比達(dá)7成以上，市場集中度相對較高。尤其在商用車領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)化配套。

中國驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出多元化趨勢。目前以上海電驅(qū)動(dòng)、精進(jìn)電動(dòng)、上海大郡、中車株洲所、聯(lián)合電子等獨(dú)立的電機(jī)供應(yīng)商為代表，部分產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)出口；以蘇州綠控、南京越博等商用車動(dòng)力總成為代表的的企業(yè)，自主研發(fā)、生產(chǎn)電機(jī)和電控，主要為商用車配套；另有比亞迪、北汽新能源、長安、奇瑞、蔚來等整車發(fā)企業(yè)，通過自主建設(shè)、合資合作等途徑，研發(fā)、生產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

精進(jìn)電動(dòng)三合一電驅(qū)動(dòng)總成

中國驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的一半以上。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國主要驅(qū)動(dòng)電機(jī)企業(yè)的電機(jī)產(chǎn)能已超過300萬臺（套）。在貢俊看來，中國已經(jīng)是名副其實(shí)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)大國。

2、中國整體電驅(qū)動(dòng)水平與國際先進(jìn)差距不大

中國算不算是驅(qū)動(dòng)電機(jī)強(qiáng)國呢？從性能指標(biāo)來看中國電機(jī)并不差。目前，中國生產(chǎn)的電機(jī)技術(shù)多項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

《電驅(qū)動(dòng)發(fā)展報(bào)告》顯示，中國自主研發(fā)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系列化產(chǎn)品功率范圍滿足250kW以下各類新能源汽車的需求。在關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面，中國驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率密度、效率與國際水平基本相當(dāng)。

乘用車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

具體來看，中國驅(qū)動(dòng)電機(jī)在功率密度、系統(tǒng)集成度、電機(jī)最高效和轉(zhuǎn)速、繞組制造工藝、冷卻散熱技術(shù)等方面持續(xù)進(jìn)步，與國外先進(jìn)水平并駕齊驅(qū)。據(jù)貢俊介紹，中國已經(jīng)開發(fā)出功率密度達(dá)到4．5—4．6kW／kg的樣機(jī)和產(chǎn)品，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到13000—16000rpm，并實(shí)現(xiàn)了電驅(qū)動(dòng)一體化集成，電機(jī)冷卻方式涵蓋水冷和油冷等多種類型。具體企業(yè)方面，精進(jìn)電動(dòng)開發(fā)出轉(zhuǎn)矩密度達(dá)20．3Nm／kg的商用車直驅(qū)電機(jī)，北京佩特來應(yīng)用扁導(dǎo)線技術(shù)開發(fā)了3500Nm外轉(zhuǎn)子直驅(qū)電機(jī)，這說明中國高密度驅(qū)動(dòng)電機(jī)和商用車電機(jī)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

電機(jī)控制器方面，上海電驅(qū)動(dòng)、上海大郡、中車時(shí)代等紛紛推出自己開發(fā)的車用IGBT芯片、雙面冷卻IGBT模塊封裝和高功率密度電機(jī)控制器，這也說明中國高密度電機(jī)控制器的水平正在迅速趕超國際先進(jìn)水平。例如，上海大郡聯(lián)合上海道之研發(fā)出采用雙面水冷結(jié)構(gòu)、輸入功率達(dá)到260kW，電機(jī)控制器功率密度達(dá)到23．5W／L的雙電機(jī)控制器。該產(chǎn)品與博世的雙電機(jī)控制器相比，功率密度指標(biāo)相當(dāng)。

貢俊認(rèn)為，在中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的優(yōu)勢比較明顯，這主要得益于中國稀土儲備量大。

不過，很多企業(yè)也試圖擺脫電機(jī)對稀土的依賴。以豐田、通用為代表的的國外企業(yè)開始研究采用混合磁體（含鐵氧體等）部分替代釹鐵硼材料的可能性，并研發(fā)出樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證；低含量重稀土永磁材料已經(jīng)在本田雅閣等新能源汽車上實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用。

麥格納電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)

3、輪轂電機(jī)、48V也是熱點(diǎn)

電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一些熱點(diǎn)方向也值得關(guān)注，例如輪轂電機(jī)和48V系統(tǒng)。

在貢俊看來，輪轂電機(jī)是新能源永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要發(fā)展方向，但距離大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用仍有很長的路要走。中國部分高校、科研院所、車企都加大了對輪轂電機(jī)的研發(fā)投入。國內(nèi)采用輪轂電機(jī)的典型企業(yè)為比亞迪，其已經(jīng)成功研發(fā)輪轂電機(jī)（輪邊電機(jī)）在客車上。

但輪轂電機(jī)目前存在集成優(yōu)化設(shè)計(jì)難度大、功率密度性能要求高等問題，在商用車和特種車上的應(yīng)用已經(jīng)開始起步，但在高速乘用車上應(yīng)用仍然需要較長時(shí)間。

輪轂電機(jī)

此外，48V BSG集成一體化總成因具有較高的性價(jià)比，受到國外多個(gè)動(dòng)力總成集成商的關(guān)注，如大陸、博世、法雷奧、馬瑞利、韓國LG等已經(jīng)推出了48V BSG樣機(jī)。《電驅(qū)動(dòng)發(fā)展報(bào)告》顯示，大陸、博世、法雷奧已經(jīng)具備48V系統(tǒng)集成能力（BSG＋電池＋DC／DC），已經(jīng)實(shí)現(xiàn)裝車測試和小批量試制，燃油效率提升幅度高達(dá)12％—15％。

據(jù)貢俊介紹，中國48V BSG總成水平基本與國外相當(dāng)，在48V BSG、DC／DC變換器和48V動(dòng)力電池等關(guān)鍵零部件領(lǐng)域已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化能力。但在集成能力方面，中國仍然需要聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢資源進(jìn)行開發(fā)。

4、高功率半導(dǎo)體對外依存度高碳化硅器件差距較大

當(dāng)然，中國電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展也存在一定短板。

首先，行業(yè)對國產(chǎn)電力電子器件缺乏認(rèn)同。貢俊認(rèn)為，全球高功率半導(dǎo)體仍然被國外企業(yè)占據(jù)。由于新能源汽車中IGBT等大功率電力電子器件，一般預(yù)期壽命在20年以上，功率循環(huán)上萬次甚至百萬次以上，且需要在不同的環(huán)境和氣候下工作，因此，其對性能和可靠性要求都非常嚴(yán)格，國內(nèi)大部分企業(yè)都采用進(jìn)口產(chǎn)品。有數(shù)據(jù)顯示，中國市場需求的新能源汽車IGBT電子產(chǎn)品大約90％都需要進(jìn)口，主要來源地為歐美及日本。

其次，中國在SiC（碳化硅）材料及器件方面的技術(shù)研究起步晚，與國外先進(jìn)水平差距較大。不過，國內(nèi)很多科研院所已經(jīng)開始研究，并取得一些進(jìn)展。《電驅(qū)動(dòng)發(fā)展報(bào)告》顯示，中國電子科技集團(tuán)公司第55研究所、中車株洲所、比亞迪、北京泰科天潤等已經(jīng)開展SiC功率器件的研究。泰科天潤已向市場提供1200V產(chǎn)品，中車時(shí)代電器以開發(fā)出1700 Si IGBT＋SiC Diode 的混合模塊樣品。

SiC功率器件

目前，SiC器件所面臨的挑戰(zhàn)是成本太高：材料制備成本高；大批量制造工藝不成熟，導(dǎo)致成品率較低。預(yù)計(jì)2—3年后，SiC MOSFET器件的制造工藝將趨于成熟，SiC器件應(yīng)用也將趨于優(yōu)化。

國際上老牌系統(tǒng)總成廠商的集成能力非常強(qiáng)，優(yōu)勢明顯?！耙源箨憽Ⅺ湼窦{、吉?jiǎng)P恩、西門子等企業(yè)為代表的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成商推出了電驅(qū)動(dòng)一體化總成產(chǎn)品，包括電力電子與驅(qū)動(dòng)電機(jī)級減速器總成，逐步成為乘用車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用類型?！必暱≌f道。

在貢俊看來，中國電機(jī)生產(chǎn)成本居高不下。這主要是由于中國電機(jī)定制化的產(chǎn)品比較多，盡管一部分東西可以通用化、模塊化，但是產(chǎn)品外觀并不相同，這樣對于具有一定水準(zhǔn)的工程師要求較高，這也提升了人力資源成本。

對于上述問題，貢俊建議，第一，要發(fā)揮頂層設(shè)計(jì)優(yōu)勢，加大研發(fā)，推進(jìn)中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；第二，加快新技術(shù)研發(fā)和革新，持續(xù)提升中國電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)競爭力；第三，要開展多種形式的全球領(lǐng)域的合資合作，輸出比較優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)中國驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。（完）