在10月5日闭幕的2021天津车展上，上汽通用五菱推出的五菱Nano EV迪士尼疯狂动物城限定款电动汽车颇为吸睛，该款车配装24kW永磁同步电机，最高时速可达100公里；而一周前即9月28日上市的零跑C11纯电动SUV，采用了自研的永磁同步电机，双电机最大输出功率达到400kW，最大扭矩720N·m，拥有4秒级的百公里加速性能……
作为新能源汽车的“动力心脏”，电机是与汽车加速度、最高车速、爬坡能力等重要指标及行车体验直接相关的核心部件。伴随国内新能源汽车市场的增势，电机需求也迎来爆发。同时，在新能源汽车行业由政策驱动走向市场驱动的过程中，整车销售呈现出的一些新特点，也推动电机行业向前发展。 市场力量下的配套考量 当前，汽车电动化成为大势所趋，随之而来的是电机需求也大幅增长。新车上险数据显示，今年1～8月，国内新能源汽车电机搭载量累计达到165.28万台，已达去年全年总量的134％。 10月1日，比亚迪汉EV 5G丹拿版＆海豚新车亮相2021南昌车展。动力方面，比亚迪海豚配装最大功率70kW、峰值扭矩180N·m的永磁同步电机；高性能版配装最大功率130kW、峰值扭矩为290N·m的永磁同步电机。另据了解，比亚迪汉EV旗舰车型采用双电机四轮驱动，前电机为最大功率163kW的永磁同步电机，后电机为最大功率200kW的永磁同步电机，续驶里程达550公里，零到百公里加速只需3.9秒。在乘联会最新公布的统计数据中，今年8月，比亚迪汉EV销量达6451辆，配装最大功率135kW永磁同步电机的比亚迪秦PLUS EV销量达6909辆，皆进入当月新能源汽车销量前十之列。 同样屡屡出现在月度新能源汽车销量榜单前列的特斯拉，在新款ModelS、Model X的双电机版上使用了“前置永磁同步电机＋后置交流异步电机”的配置。此外，蔚来ES8也采用这样的技术路线配装电机。 “目前，在永磁同步电机和交流异步电机两大新能源汽车电机类型中，除特斯拉及蔚来的部分车型配装交流异步电机外，北汽新能源、比亚迪、小鹏、哪吒、威马等大多数自主品牌汽车都采用永磁同步电机。”西安交通大学机电一体化技术协同创新研究中心研究员张绪明告诉《中国汽车报》记者，两种电机相比，一是永磁同步电机体积小且重量轻、节省空间、更为节电，而交流异步电机体积大、份量重、占用空间较多，所以导致使用交流异步电机的车型相对较大，耗电量相对较高；二是永磁同步电机的效率表现优异，高功率密度使得其工作效率高达97％，缺点是时间长了永磁体有可能退磁，交流异步电机虽然能量转化率低，但不存在退磁问题，还可将峰值功率、额定功率及峰值功率工作时间延长，电机转速相对较高，适合高速巡航等状态的驾驶；三是永磁同步电机依赖稀土材料制成的永磁体，加工工艺复杂，机械强度差，且成本较高，但控制系统简单，交流异步电机无需稀土材料及永磁体，结构相对简单，成本较低，但控制系统复杂。 “很多新能源车企都是立足自身实际情况，决定对两类电机的选择。”深圳先进技术研究院新能源创新技术中心研究员胡丰林向记者表示，决定因素包括，一是性价比，也就是寻找性能与成本的最佳平衡点。二是从供应链实际出发，如特斯拉在华建厂前，Model S、Model X基本都采用交流异步电机，宝马i3等很多欧洲品牌电动汽车也是如此，而中国和日本的电动汽车大多使用永磁同步电机。其中的原因之一，是稀土永磁体的供应问题。我国是稀土资源大国，而日本是稀土加工的产业大国，永磁材料钕铁硼世界销量前三的公司，住友特殊金属、新越化学和TDK都是日本企业。三是根据车辆使用场景选择，如特斯拉Model S等车型往往比常态化城市通勤家用车更需适应瞬间加速等状况，交流异步电机有天然优势。 山东省新能源汽车产业研究会顾问成世军认为，双电机模式既可在一般行驶状态下使用永磁同步电机，从而获得较长的续驶里程，也能在高速行驶时使用双电机，由转速更快的交流异步电机输出更高的速度，还减少了整车成本，可谓是一举多得。 自主企业占据市场优势 我国是全球新能源汽车产销大国，随着整车的大力推广，电机产业也逐渐发展壮大。一项针对新能源乘用车的统计显示，今年8月，电机配套前十的企业分别为：弗迪动力、方正电机、上海电驱动（含大洋电机）、联合电子、日本电产、蔚来驱动科技、汇川技术、巨一动力、双林股份和精进电动，自主供应商占据绝对优势。其中，弗迪动力的配装量达54392台，同比增长344％，市场占比21.5％；方正电机的配装量达29614台，同比增长500％，市场占比11.7％；上海电驱动（含大洋电机）的配装量达20102台，同比增长97.2％，市场占比7.9％；蔚来驱动科技的配装量达12952台，同比增长64.8％，市场占比5.1％。 “与国外一些同行相比，国内电机企业大多起步较晚，但进步很快，弗迪动力等企业已自主掌控较为完整的新能源汽车电机产业链。”广东工业大学新能源材料研究中心研究员陈新彤在接受记者采访时介绍称，国内电机企业基本可以分为两大类，一是独立的电机企业，如方正电机、上海电驱动等；另一类是车企旗下的子公司，如弗迪动力之于比亚迪、蔚来驱动科技之于蔚来汽车等。这意味着国内新能源汽车电机供应渠道基本也是两大类，包括自给渠道和外供渠道。 “比亚迪全系新能源汽车都配装弗迪动力的电机，整车动力性能表现良好。“北京某比亚迪4S店销售经理王先生告诉记者。据悉，弗迪动力专注自研电机，还在混合动力电机上取得了一系列新进展，2018年曾发布e平台三合一动力总成，其中包括“驱动三合一＋高压三合一”；今年又推出了超级混动（DM-i）系统，搭载此系统的比亚迪秦PLUS DM-i从3月上市起，一直占据国内插电混动汽车月度销量榜首。 蔚来驱动科技是蔚来汽车旗下的核心零部件制造商，产品包括高度集成的三合一EDS电驱动系统，基本覆盖100～300kW的新能源汽车电机，电机转速每分钟最高达16000转，传动效率最大超过97％。 根据截至今年上半年的公开信息，为上汽通用五菱配套电机的供应商主要有方正电机、宁波双林、株洲齿轮、汇川技术等；为上汽乘用车配套电机的供应商主要有华域汽车、精进电动等；为广汽新能源配套电机的供应商主要有日本电产、广州尼德科等；为长安汽车配套电机的供应商主要有上海电驱动、中车时代等；为小鹏汽车配套电机的供应商主要有精进电动、方正电机、上海电驱动、合普动力等。 方正电机是行业位居前列的上市公司，凭借配套“国民车”五菱宏光MINI EV而迎来新的市场机会；同时，它还为蔚来驱动科技提供新能源汽车电机核心部件。方正电机今年上半年财报显示，其营收87.9亿元，同比增长108.89％，实现扭亏为盈，净利润达696.3万元。 事实上，业内也出现了多渠道供货的情况，比如，向外拓展业务版图的弗迪动力，不仅为母公司比亚迪供货，还向其他新能源汽车企业供货。长城汽车既使用子公司蜂巢动力的电机，同时也采购上海电驱动和联合电子的产品。 “应该说，电机供应的两种渠道各有利弊。”江苏新能源汽车行业发展研究院研究员厉建平认为，自给渠道可以更好地保证供应链安全，在关键技术上保持更强的自主性，对供应链有议价权，比较适合发展较为成熟，具备资金和技术实力的整车企业。而外供渠道可以目标明确、数量准确地实现快速供货，适用于缺乏自研能力的企业。 核心零部件供应仍是瓶颈 虽然自主企业在新能源汽车电机供应上占据较大市场份额，但与国外同行相比，仍有需要弥补的技术差距和短板。“如今的新能源汽车电机，不仅要求高性能、轻量化，而且多品种、小批量生产是常态，但目前国内用于电机生产的自动化设备还不够先进，无法适应这种实际需求，很多时候还是人工生产，这与国外能适应产品多样化的自动化生产设备相比，在效率、成本上存在差距，我们也在积极努力逐步改进，准备引进国外先进的生产设备。”浙江辰兴汽车电子有限公司总工程师向双林向记者表示，近年来电机技术、生产工艺发展较快，供应商面临诸多挑战，倒逼企业不得不加快技术进步及引进的步伐。 “总体而言，国内电机企业由于起步较晚，设计及技术、工艺等方面的先进程度及积累均有不足。”胡丰林介绍称，一是在电机核心指标如转矩密度、功率密度、寿命等方面的表现与国际先进水平仍有差距；二是在关键材料及电机零部件上，钕铁硼永磁体、硅钢片、高速轴承、电磁线、高性能绝缘材料等核心零部件仍大量依赖进口，因此国内企业在生产成本上几乎没有优势；三是一些国内供应商规模偏小，研发能力偏弱，设计、生产工艺的智能化、自动化、标准化程度不够，导致电机产品可靠性、一致性方面表现欠缺；四是技术积累上有差距，国外企业申请的新能源汽车电机专利90％为高含金量的发明专利，而国内企业在这方面的占比只有40％左右，差距明显。“例如，较为先进的扁线电机无法人工生产，需要依赖自动化生产设备，企业如果不做出改变，就难以实现产品升级，无法适应市场。”他称， “目前，新能源汽车电机趋向结构紧凑、尺寸小、重量轻、可靠性高、效率高、成本低、调速范围宽、环境适应性好等要求，但由于我国电机及相关的电控系统在技术、制造设备等方面与国外仍有一定差距，导致我们的产品在一些核心技术指标及产品可靠性上还有短板。”成世军表示，如在电机峰值转速上，特斯拉自制电机能达到每分钟19000转，而国内企业的电机每分钟多在5000～12000转，最高的为16000转；在电机的冷却方式上，目前国内电机企业主要采用水冷为主，国外先进的电机企业像博格华纳旗下的雷米电机已发展到油冷方式。同时，国内基本不具备生产新能源汽车电机的先进自动化设备，企业主要依赖进口，且价格昂贵。在他看来，现阶段，无论从国外进口此类设备还是继续采用人工生产，国内电机生产成本短期内都难以降下来。 “新能源汽车驱动电机不同于工业电机，对于负载要求、技术性能以及工作环境等方面，都有着更加严格的要求。”陈新彤告诉记者，如需具备充分的过载（冗余）能力，一是新能源汽车电机要有4～5倍的冗余能力，以满足瞬间加速或爬坡的要求；二是电机最高转速要求达到在公路巡航时基本速度的4～5倍；三是要求有高度功率密度和好的效率性能，以降低车重，延长续驶里程；四是要求工作可控性高、稳定工作精度高、动态性能好；五是要求体积小，适应极限高低温、恶劣天气以及频繁振动等多种复杂环境。 国内企业要适应新能源汽车快速发展的需求，尽快补齐短板，缩小差距，已成为当务之急。“除电机企业自身要不断增强技术研发能力，抢占技术制高点外，行业上也应该组织下游企业建立合作机制，打通新能源整车、电机和稀土永磁材料等全产业链存在的‘梗阻’，畅通合作渠道，实现全产业链互利共赢。”厉建平提出，行业还需逐步摆脱对“稀土永磁红利”的依赖，前瞻性布局电机新技术、新材料、新工艺、新设计，以应对已经出现的稀土资源供应制约，利用先进的少稀土甚至无稀土电机技术助力新能源汽车产业发展。 市场呼唤创新技术 当前，新能源汽车发展正在以前所未有的速度前行，也在倒逼电机技术进步。“高端乘用车对集成型电驱动系统有更高的要求。”精进电动创始人、董事长、首席执行官余平指出，针对高端乘用车对速度、加速性、通过性、越野能力等更高的要求，精进电动开发了全系列的电驱动总成产品，设计了2000N·m的前置前驱三合一驱动系统，以及3000N·m的前置前驱、后置后驱三合一产品，推出了250kW的集成碳化硅控制器的三合一产品。同时，精进电动研发的4000N·m/200kW三合一纯电驱动总成，电机使用了先进的8层导体绕组，电机最高效率达到97.5％，冷却方法为较为先进的油水复合冷却。而在商用车的电驱动系统中，精进电动为电动轻卡研发了先进的高速单减电机，使重量下降了42％，在轻卡领域的市场份额从20％提升到近50％。 集成化、小型化、高效率是电机的发展方向。“新能源汽车电机的集成一体化设计，正在成为一种新的技术路线和发展趋势。”胡丰林表示，与电机等部件各自独立工作的方式相比，集成化具有节约成本以及小型化、轻量化等优势。据悉，威马EX5采用博格华纳的电机与减速器二合一电驱动模块，宝马i8配装吉凯恩的电机、电控、减速器三合一电驱动模块。在国内，华为自研的DriveOne三合一电驱动系统已经配套赛力斯等车型。 事实上，国内企业对于电机及电驱动技术的研发也呈现升温态势。“长安新能源完成了三代电驱产品的开发。”长安新能源汽车科技有限公司总经理助理兼动力开发部副总经理邓承浩表示，第一代产品是分体式；第二代产品是在2018年推出三合一电驱总成，至今已搭载近20万套；目前正在研发并即将量产是第三代产品，是新一代多合一超集电驱，会搭载到即将推出的新款C385纯电动轿车上。超集电驱系统的目标，是追求更高的产品效率，解决电动汽车在冬季使用时产生的电池电量衰减等问题。长安新一代超集电驱包含两个总成。其中，800V电驱使用了扁线绕组、超低黏度润滑油、油冷、自主高效控制软件等一系列新技术，平均效率达到90％，总成最高效率达95％，全生命周期的碳排放再降低2吨；新一代超集电驱相比之前的三合一体积减小了5％，重量降低10％，功率密度提升37％，噪声NVH降低15％，成本下降17％。 日前发布的《中国新能源汽车驱动电机行业发展白皮书（2021年）》显示，2020年，中国新能源汽车驱动电机装机量为146.3万台，同比增长10.5％。展望2025年，在新能源汽车市场的带动下，中国新能源汽车驱动电机的出货量有望超过1000万台。 为此，国内多家电机企业正积极扩产。其中，方正电机在浙江丽水准备投资5亿元，建设年产100万台新能源汽车驱动电机项目；大洋电机新能源汽车动力总成系统产能已经由5年前的年产能30万套增长到目前的年产能50万套；宁波双林积极扩充电机产能，预计2023年也将达到年产能50万套。 “我国新能源汽车快速发展的态势，不仅带来电机的更大需求，而且呼唤更新的技术。电机的未来发展趋势已比较明朗，即在动力更强、更稳、可控性更好的同时，做到更加节能、降耗、低碳，其实这也是新能源汽车发展的初衷。”厉建平强调。 |
