中國粉體網訊 在10月5日閉幕的2021天津車展上，上汽通用五菱推出的五菱Nano EV迪士尼瘋狂動物城限定款電動汽車頗為吸睛，該款車配裝24kW永磁同步電機，最高時速可達100公里；而一周前即9月28日上市的零跑C11純電動SUV，采用了自研的永磁同步電機，雙電機最大輸出功率達到400kW，最大扭矩720N·m，擁有4秒級的百公里加速性能……
作為新能源汽車的“動力心臟”，電機是與汽車加速度、最高車速、爬坡能力等重要指標及行車體驗直接相關的核心部件。伴隨國內新能源汽車市場的增勢，電機需求也迎來爆發。同時，在新能源汽車行業由政策驅動走向市場驅動的過程中，整車銷售呈現出的一些新特點，也推動電機行業向前發展。
市場力量下的配套考量
當前，汽車電動化成為大勢所趨，隨之而來的是電機需求也大幅增長。新車上險數據顯示，今年1～8月，國內新能源汽車電機搭載量累計達到165.28萬臺，已達去年全年總量的134％。
10月1日，比亞迪漢EV 5G丹拿版＆海豚新車亮相2021南昌車展。動力方面，比亞迪海豚配裝最大功率70kW、峰值扭矩180N·m的永磁同步電機；高性能版配裝最大功率130kW、峰值扭矩為290N·m的永磁同步電機。另據了解，比亞迪漢EV旗艦車型采用雙電機四輪驅動，前電機為最大功率163kW的永磁同步電機，后電機為最大功率200kW的永磁同步電機，續駛里程達550公里，零到百公里加速只需3.9秒。在乘聯會最新公布的統計數據中，今年8月，比亞迪漢EV銷量達6451輛，配裝最大功率135kW永磁同步電機的比亞迪秦PLUS EV銷量達6909輛，皆進入當月新能源汽車銷量前十之列。
同樣屢屢出現在月度新能源汽車銷量榜單前列的特斯拉，在新款ModelS、Model X的雙電機版上使用了“前置永磁同步電機＋后置交流異步電機”的配置。此外，蔚來ES8也采用這樣的技術路線配裝電機。
“目前，在永磁同步電機和交流異步電機兩大新能源汽車電機類型中，除特斯拉及蔚來的部分車型配裝交流異步電機外，北汽新能源、比亞迪、小鵬、哪吒、威馬等大多數自主品牌汽車都采用永磁同步電機。”西安交通大學機電一體化技術協同創新研究中心研究員張緒明告訴《中國汽車報》記者，兩種電機相比，一是永磁同步電機體積小且重量輕、節省空間、更為節電，而交流異步電機體積大、份量重、占用空間較多，所以導致使用交流異步電機的車型相對較大，耗電量相對較高；二是永磁同步電機的效率表現優異，高功率密度使得其工作效率高達97％，缺點是時間長了永磁體有可能退磁，交流異步電機雖然能量轉化率低，但不存在退磁問題，還可將峰值功率、額定功率及峰值功率工作時間延長，電機轉速相對較高，適合高速巡航等狀態的駕駛；三是永磁同步電機依賴稀土材料制成的永磁體，加工工藝復雜，機械強度差，且成本較高，但控制系統簡單，交流異步電機無需稀土材料及永磁體，結構相對簡單，成本較低，但控制系統復雜。
“很多新能源車企都是立足自身實際情況，決定對兩類電機的選擇。”深圳先進技術研究院新能源創新技術中心研究員胡豐林向記者表示，決定因素包括，一是性價比，也就是尋找性能與成本的最佳平衡點。二是從供應鏈實際出發，如特斯拉在華建廠前，Model S、Model X基本都采用交流異步電機，寶馬i3等很多歐洲品牌電動汽車也是如此，而中國和日本的電動汽車大多使用永磁同步電機。其中的原因之一，是稀土永磁體的供應問題。我國是稀土資源大國，而日本是稀土加工的產業大國，永磁材料釹鐵硼世界銷量前三的公司，住友特殊金屬、新越化學和TDK都是日本企業。三是根據車輛使用場景選擇，如特斯拉Model S等車型往往比常態化城市通勤家用車更需適應瞬間加速等狀況，交流異步電機有天然優勢。
山東省新能源汽車產業研究會顧問成世軍認為，雙電機模式既可在一般行駛狀態下使用永磁同步電機，從而獲得較長的續駛里程，也能在高速行駛時使用雙電機，由轉速更快的交流異步電機輸出更高的速度，還減少了整車成本，可謂是一舉多得。
自主企業占據市場優勢
我國是全球新能源汽車產銷大國，隨著整車的大力推廣，電機產業也逐漸發展壯大。一項針對新能源乘用車的統計顯示，今年8月，電機配套前十的企業分別為：弗迪動力、方正電機、上海電驅動（含大洋電機）、聯合電子、日本電產、蔚來驅動科技、匯川技術、巨一動力、雙林股份和精進電動，自主供應商占據絕對優勢。其中，弗迪動力的配裝量達54392臺，同比增長344％，市場占比21.5％；方正電機的配裝量達29614臺，同比增長500％，市場占比11.7％；上海電驅動（含大洋電機）的配裝量達20102臺，同比增長97.2％，市場占比7.9％；蔚來驅動科技的配裝量達12952臺，同比增長64.8％，市場占比5.1％。
“與國外一些同行相比，國內電機企業大多起步較晚，但進步很快，弗迪動力等企業已自主掌控較為完整的新能源汽車電機產業鏈。”廣東工業大學新能源材料研究中心研究員陳新彤在接受記者采訪時介紹稱，國內電機企業基本可以分為兩大類，一是獨立的電機企業，如方正電機、上海電驅動等；另一類是車企旗下的子公司，如弗迪動力之于比亞迪、蔚來驅動科技之于蔚來汽車等。這意味著國內新能源汽車電機供應渠道基本也是兩大類，包括自給渠道和外供渠道。
“比亞迪全系新能源汽車都配裝弗迪動力的電機，整車動力性能表現良好。“北京某比亞迪4S店銷售經理王先生告訴記者。據悉，弗迪動力專注自研電機，還在混合動力電機上取得了一系列新進展，2018年曾發布e平臺三合一動力總成，其中包括“驅動三合一＋高壓三合一”；今年又推出了超級混動（DM-i）系統，搭載此系統的比亞迪秦PLUS DM-i從3月上市起，一直占據國內插電混動汽車月度銷量榜首。
蔚來驅動科技是蔚來汽車旗下的核心零部件制造商，產品包括高度集成的三合一EDS電驅動系統，基本覆蓋100～300kW的新能源汽車電機，電機轉速每分鐘最高達16000轉，傳動效率最大超過97％。
根據截至今年上半年的公開信息，為上汽通用五菱配套電機的供應商主要有方正電機、寧波雙林、株洲齒輪、匯川技術等；為上汽乘用車配套電機的供應商主要有華域汽車、精進電動等；為廣汽新能源配套電機的供應商主要有日本電產、廣州尼德科等；為長安汽車配套電機的供應商主要有上海電驅動、中車時代等；為小鵬汽車配套電機的供應商主要有精進電動、方正電機、上海電驅動、合普動力等。
方正電機是行業位居前列的上市公司，憑借配套“國民車”五菱宏光MINI EV而迎來新的市場機會；同時，它還為蔚來驅動科技提供新能源汽車電機核心部件。方正電機今年上半年財報顯示，其營收87.9億元，同比增長108.89％，實現扭虧為盈，凈利潤達696.3萬元。
事實上，業內也出現了多渠道供貨的情況，比如，向外拓展業務版圖的弗迪動力，不僅為母公司比亞迪供貨，還向其他新能源汽車企業供貨。長城汽車既使用子公司蜂巢動力的電機，同時也采購上海電驅動和聯合電子的產品。
“應該說，電機供應的兩種渠道各有利弊。”江蘇新能源汽車行業發展研究院研究員厲建平認為，自給渠道可以更好地保證供應鏈安全，在關鍵技術上保持更強的自主性，對供應鏈有議價權，比較適合發展較為成熟，具備資金和技術實力的整車企業。而外供渠道可以目標明確、數量準確地實現快速供貨，適用于缺乏自研能力的企業。
核心零部件供應仍是瓶頸
雖然自主企業在新能源汽車電機供應上占據較大市場份額，但與國外同行相比，仍有需要彌補的技術差距和短板。“如今的新能源汽車電機，不僅要求高性能、輕量化，而且多品種、小批量生產是常態，但目前國內用于電機生產的自動化設備還不夠先進，無法適應這種實際需求，很多時候還是人工生產，這與國外能適應產品多樣化的自動化生產設備相比，在效率、成本上存在差距，我們也在積極努力逐步改進，準備引進國外先進的生產設備。”浙江辰興汽車電子有限公司總工程師向雙林向記者表示，近年來電機技術、生產工藝發展較快，供應商面臨諸多挑戰，倒逼企業不得不加快技術進步及引進的步伐。
“總體而言，國內電機企業由于起步較晚，設計及技術、工藝等方面的先進程度及積累均有不足。”胡豐林介紹稱，一是在電機核心指標如轉矩密度、功率密度、壽命等方面的表現與國際先進水平仍有差距；二是在關鍵材料及電機零部件上，釹鐵硼永磁體、硅鋼片、高速軸承、電磁線、高性能絕緣材料等核心零部件仍大量依賴進口，因此國內企業在生產成本上幾乎沒有優勢；三是一些國內供應商規模偏小，研發能力偏弱，設計、生產工藝的智能化、自動化、標準化程度不夠，導致電機產品可靠性、一致性方面表現欠缺；四是技術積累上有差距，國外企業申請的新能源汽車電機專利90％為高含金量的發明專利，而國內企業在這方面的占比只有40％左右，差距明顯。“例如，較為先進的扁線電機無法人工生產，需要依賴自動化生產設備，企業如果不做出改變，就難以實現產品升級，無法適應市場。”他稱，
“目前，新能源汽車電機趨向結構緊湊、尺寸小、重量輕、可靠性高、效率高、成本低、調速范圍寬、環境適應性好等要求，但由于我國電機及相關的電控系統在技術、制造設備等方面與國外仍有一定差距，導致我們的產品在一些核心技術指標及產品可靠性上還有短板。”成世軍表示，如在電機峰值轉速上，特斯拉自制電機能達到每分鐘19000轉，而國內企業的電機每分鐘多在5000～12000轉，最高的為16000轉；在電機的冷卻方式上，目前國內電機企業主要采用水冷為主，國外先進的電機企業像博格華納旗下的雷米電機已發展到油冷方式。同時，國內基本不具備生產新能源汽車電機的先進自動化設備，企業主要依賴進口，且價格昂貴。在他看來，現階段，無論從國外進口此類設備還是繼續采用人工生產，國內電機生產成本短期內都難以降下來。
“新能源汽車驅動電機不同于工業電機，對于負載要求、技術性能以及工作環境等方面，都有著更加嚴格的要求。”陳新彤告訴記者，如需具備充分的過載（冗余）能力，一是新能源汽車電機要有4～5倍的冗余能力，以滿足瞬間加速或爬坡的要求；二是電機最高轉速要求達到在公路巡航時基本速度的4～5倍；三是要求有高度功率密度和好的效率性能，以降低車重，延長續駛里程；四是要求工作可控性高、穩定工作精度高、動態性能好；五是要求體積小，適應極限高低溫、惡劣天氣以及頻繁振動等多種復雜環境。
國內企業要適應新能源汽車快速發展的需求，盡快補齊短板，縮小差距，已成為當務之急。“除電機企業自身要不斷增強技術研發能力，搶占技術制高點外，行業上也應該組織下游企業建立合作機制，打通新能源整車、電機和稀土永磁材料等全產業鏈存在的‘梗阻’，暢通合作渠道，實現全產業鏈互利共贏。”厲建平提出，行業還需逐步擺脫對“稀土永磁紅利”的依賴，前瞻性布局電機新技術、新材料、新工藝、新設計，以應對已經出現的稀土資源供應制約，利用先進的少稀土甚至無稀土電機技術助力新能源汽車產業發展。
市場呼喚創新技術
當前，新能源汽車發展正在以前所未有的速度前行，也在倒逼電機技術進步。“高端乘用車對集成型電驅動系統有更高的要求。”精進電動創始人、董事長、首席執行官余平指出，針對高端乘用車對速度、加速性、通過性、越野能力等更高的要求，精進電動開發了全系列的電驅動總成產品，設計了2000N·m的前置前驅三合一驅動系統，以及3000N·m的前置前驅、后置后驅三合一產品，推出了250kW的集成碳化硅控制器的三合一產品。同時，精進電動研發的4000N·m/200kW三合一純電驅動總成，電機使用了先進的8層導體繞組，電機最高效率達到97.5％，冷卻方法為較為先進的油水復合冷卻。而在商用車的電驅動系統中，精進電動為電動輕卡研發了先進的高速單減電機，使重量下降了42％，在輕卡領域的市場份額從20％提升到近50％。
集成化、小型化、高效率是電機的發展方向。“新能源汽車電機的集成一體化設計，正在成為一種新的技術路線和發展趨勢。”胡豐林表示，與電機等部件各自獨立工作的方式相比，集成化具有節約成本以及小型化、輕量化等優勢。據悉，威馬EX5采用博格華納的電機與減速器二合一電驅動模塊，寶馬i8配裝吉凱恩的電機、電控、減速器三合一電驅動模塊。在國內，華為自研的DriveOne三合一電驅動系統已經配套賽力斯等車型。
事實上，國內企業對于電機及電驅動技術的研發也呈現升溫態勢。“長安新能源完成了三代電驅產品的開發。”長安新能源汽車科技有限公司總經理助理兼動力開發部副總經理鄧承浩表示，第一代產品是分體式；第二代產品是在2018年推出三合一電驅總成，至今已搭載近20萬套；目前正在研發并即將量產是第三代產品，是新一代多合一超集電驅，會搭載到即將推出的新款C385純電動轎車上。超集電驅系統的目標，是追求更高的產品效率，解決電動汽車在冬季使用時產生的電池電量衰減等問題。長安新一代超集電驅包含兩個總成。其中，800V電驅使用了扁線繞組、超低黏度潤滑油、油冷、自主高效控制軟件等一系列新技術，平均效率達到90％，總成最高效率達95％，全生命周期的碳排放再降低2噸；新一代超集電驅相比之前的三合一體積減小了5％，重量降低10％，功率密度提升37％，噪聲NVH降低15％，成本下降17％。
日前發布的《中國新能源汽車驅動電機行業發展白皮書（2021年）》顯示，2020年，中國新能源汽車驅動電機裝機量為146.3萬臺，同比增長10.5％。展望2025年，在新能源汽車市場的帶動下，中國新能源汽車驅動電機的出貨量有望超過1000萬臺。
為此，國內多家電機企業正積極擴產。其中，方正電機在浙江麗水準備投資5億元，建設年產100萬臺新能源汽車驅動電機項目；大洋電機新能源汽車動力總成系統產能已經由5年前的年產能30萬套增長到目前的年產能50萬套；寧波雙林積極擴充電機產能，預計2023年也將達到年產能50萬套。
“我國新能源汽車快速發展的態勢，不僅帶來電機的更大需求，而且呼喚更新的技術。電機的未來發展趨勢已比較明朗，即在動力更強、更穩、可控性更好的同時，做到更加節能、降耗、低碳，其實這也是新能源汽車發展的初衷。”厲建平強調。
（中國粉體網編輯整理/波德）
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