新能源汽车弯道超车？电机电控技术至关重要

燃油车时代，国内汽车工业在发动机、变速箱等技术积累方面与国际先进水平存在较大差距，阻碍了国内汽车自主化和智能化的进步。

追求世界先进技术。

造成了很多麻烦。

但近年来，新能源汽车的兴起，绕过了传统燃油发动机和变速器的限制，依靠电池和电机提供动力源。

比亚迪也利用这股股东势头，推出了E6纯电动汽车。

包括北汽在内的传统汽车厂商也迅速跟进。

蔚蓝等新兴厂商也纷纷涌现。

加之政策支持，我国新能源汽车产业发展迅速。

甚至有人提出在新能源汽车上超越传统的欧美日汽车厂商。

但事实真的是这样吗？至少从电机电控角度来看，中国还有很长的路要走。

电机电控是新能源汽车的关键。

作为传统燃油汽车的替代品，新能源汽车的主要电气系统是延伸传统汽车的“三小电”（空调、转向、制动）而产生的电动动力总成。

它构成了系统的“三大电”——电池、电机和电控。

其中，电机和电控系统取代了传统发动机（变速箱）的功能，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高时速等主要性能指标。

同时，新能源汽车电机和电控系统面临的工况相对复杂：需要能够频繁启停、加减速、低速/爬坡时需要大扭矩、高速时需要小扭矩。

速度快，速度范围大；混合动力汽车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量反馈等特殊功能。

另外，电机的能耗直接决定了电池容量固定的情况下的续航里程。

因此，电动汽车驱动系统在负载要求、技术性能和工作环境等方面都有特殊的要求：首先，驱动电机必须具有更高的能量密度，实现轻量化和低成本，适应车辆有限的内部空间，并且同时具有能量回馈能力，降低车辆的能耗；其次，驱动电机兼具高速宽调速和低速大扭矩，提供高起动速度、爬坡性能和高速加速性能；第三，电控系统必须具有高控制精度、高动态响应率，同时提供高安全性和可靠性。

电机电控系统作为新能源汽车产业链的重要组成部分，其技术和制造水平直接影响整车的性能和成本。

目前，我国电机、电控领域的自主化程度仍远远落后于电池。

部分电机及电控核心部件如IGBT芯片尚不具备完全自主生产能力。

拥有完整系统知识产权的整车企业和零部件企业尚不具备。

仍然是少数。

随着国内电机及电控系统产业链逐步完善，电机及电控系统国产化率逐步提高，电机及电控市场增速有望超过新能源增速车辆市场。

电池、电机、电控在新能源汽车中的应用此外，随着车身结构轻量化的推进，电池、电机、电控系统在新能源汽车中的成本比重逐渐上升。

据阿贡国家实验室统计，新能源汽车动力总成（电机、电控、变速器）成本分别占整车成本的15.67%（轿车）和13.69%（小型货车），装配比例仅次于电池和BMS系统。

在新能源汽车补贴逐步退坡的政策推动下，降低动力总成成本和重量的压力将逐渐向上传导至电机和电控产品制造商。

具有技术和规模优势的供应商将在降低成本的过程中占据主导地位。

优势。

因此，电机电控市场仍然在很大程度上影响着新能源汽车市场的走向。

纯电动汽车成本明细。

永磁同步和交流异步电机已成为驱动电机的主流技术。

电动机在工业中应用广泛，功率覆盖范围广，种类多。

但由于新能源汽车对驱动电机在功率、扭矩、体积、质量、散热等方面都有更高的要求，因此，与工业电机相比，新能源汽车驱动电机必须具有更好的性能，如：小型尺寸适应车辆有限的内部空间，工作温度范围宽（-40~C），适应不稳定的工作环境，高可靠性保证车辆和乘客的安全，高功率密度提供良好的加速性能（ 1.0-1.5kW/kg）等。

因此，驱动电机类型相对较少，功率覆盖范围相对较窄，产品相对集中。

新能源汽车驱动电机的分类 目前，新能源汽车使用的驱动电机主要有直流电机、交流电机和开关磁阻电机。

其中，广泛应用于乘用车和商用车领域的电机包括直流（无刷）电机、交流感应（异步）电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等。

其他特殊类型的驱动电机还包括轮毂电机/轮辋电机、混合励磁电机、多相电机和双机械端口能量转换器 (Dmp-EVT)。

目前市场应用较少。

能否大规模推广，还需要更长的时间。

模型验证。

(1)交流异步电动机，又称感应电动机，向定子绕组输入三相交流电。

定子绕组中的励磁电流在定子铁芯中产生旋转磁场。

此时，转子绕组中有感应电流通过。

并推动转子旋转。

当转子受到机械负载时，转子电流增大，并且由于电磁感应，定子绕组中的励磁电流也增大。

交流异步电机控制器采用脉宽调制（PWM）实现高压直流到三相交流的功率转换，采用变频器实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制实现电机的快速响应。

扭矩控制以满足负载要求。

改变特性的要求。

交流异步电动机的优点是结构简单，定子和转子之间不直接接触，运行可靠性强，转速高，维护成本低。

缺点是能耗高，转子升温快，高速工况下需要附加冷却系统；功率因数低，需要大容量变频器，成本较高，调速性能差。

目前，交流异步电机主要应用于电动客车、物流车、商用车等空间要求不高、速度性能要求不高的车型。

（2）永磁电机包括永磁同步电机（正弦波）和永磁无刷直流电机（方波）两大类。

其转子采用永磁材料制成，定子采用三相绕组。

，输入调制方波产生旋转磁场，驱动永磁转子旋转。

永磁同步电机的优点是扭矩大、驱动效率高、功率密度高、调速范围宽、无励磁损耗和散热问题。

电机结构简单，体积比同功率异步电机小15%以上。

;其缺点是高速运行时控制复杂，永磁体退磁问题目前难以解决，电机成本较高。

目前，永磁同步电机主要应用于体积较小、对速度和控制性能要求较高的电动乘用车领域。

一些中小型客车也开始尝试采用永磁电机作为驱动源。

永磁无刷直流电机一般广泛应用于小功率电动汽车和低速电动汽车领域。

(3)开关磁阻电机的定、转子铁芯均采用叠片硅钢片制成。

利用冲孔片上的齿槽形成双凸极结构。

定子产生扭曲磁场并利用“最小磁阻原理”。

”驱动转子运动。

开关磁阻电机结构和控制简单，出力大，可靠性高，成本低，起动和制动性能好，运行效率高。

但电机噪声较高，但转矩脉动小严重且非线性严重，这对于电动汽车驱动来说是有利的。

目前，电动汽车的应用很少。

（4）直流电机通过在主磁极上缠绕励磁线圈来产生磁场。

定子上通入直流电，转子电枢绕组也通入直流电，输出电磁转矩来驱动负载。

控制性能好，调速平滑度高，控制简单，技术成熟，成本低；直流电机的缺点是需要独立的电刷和换向器，限制了速度的提高；电刷容易磨损，维护成本高。

直流电机多用于早期的电动汽车驱动系统，在新开发的车型中基本不再使用。

不同类型电机的性能比较目前，新能源汽车使用的电机主要是交流感应电机和永磁同步电机。

其中，日韩车目前多采用永磁电机，其转速范围和效率较高，但需要采用昂贵的系统永磁材料钕铁硼；欧美车多采用交流感应电机，主要是因为稀土资源缺乏以及降低电机成本的考虑，主要缺点是调速范围小，效率低，需要更高性能的调速调节器以匹配性能。

特斯拉在其当前几代车型Model S和Model X中均采用自主设计的交流感应电机。

国外新能源汽车适合的电机类型：我国稀土资源丰富，因此电动乘用车多采用永磁同步电机，高功率性能和小尺寸。

据中国汽车工业协会统计，上半年，我国纯电动汽车产销分别达到13.4万辆和12.6万辆，同比分别增长0.8%和0.6%。

％ 分别。

上半年纯电动乘用车产量约0辆，其中永磁同步电机装机量占比约65.7%，较2015年同期提升21.25个百分点较2015年全年下降19.99个百分点。

同期，国内新能源乘用车交流异步电机市场份额逐渐下降，由上半年的35.1%下降至上半年的32.9%。

年;而混合励磁同步电机的比例则从0.03%上升至1.10%。

虽然绝对比例还较小，但装机量预计将保持小幅稳定增长趋势，未来有可能在纯电动乘用车领域率先取得突破。

2017年国产纯电动乘用车电机装机量变化。

电控系统集成化是未来发展趋势。

电机控制器已应用于传统汽车的车载电机中。

通过功率半导体、微处理器等电力电子器件、中低压变频等方法实现对车用空调压缩机、动力转向泵电机等的调节功能。

作为控制电动汽车驱动电机的装置车辆中，电动汽车电机控制器通过接收整车控制器和控制机构（制动踏板、油门踏板、变速机构）传输的控制信息来控制驱动电机的速度、扭矩和转向。

控制，并能同时相应地控制动力电池的输出。

目前，一些“一体式”电控产品已在电动汽车上投入使用。

它们还集成了传统车辆的分立空调压缩机、动力转向泵电机、气泵电机控制器以及BSG/ISG电机等。

随着微芯片在车辆和总成控制中的应用越来越广泛，一体化电控产品的成本有望进一步下降，单一控制器将逐渐被集成化的“车辆中央控制器”所??取代。

电子控制系统在新能源汽车中起着核心作用。

电控系统的设计和标定与电机系统高度相关。

根据匹配电机的不同，电控系统需要开发不同的技术平台。

早期的直流电机一般采用脉宽调制（PWM）斩波控制进行控制。

控制方法比较简单，应用有局限性。

随着感应电机和永磁电机的广泛使用，电子控制系统的复杂性迅速增加。

矢量控制技术和直接转矩控制技术已成为电控产品的主流技术。

电动乘用车的普及极大地影响了电机和电子控制系统。

集成度要求也越来越高。

可以预见，未来电机与电控企业业务重叠程度将逐渐加大。

能够提供集成电机和电控动力总成产品的企业，将帮助整车企业进一步降低整车重量和成本，将拥有更大的竞争力。

将不同类型电机所采用的电控方式替换为国产已势在必行。

电机电控产业作为新能源汽车“三大”之一，正在加速整合。

与动力电池行业的快速发展和高度关注相比，国内电机电控行业相对“低调”。

我们认为，电机及电控行业受到的市场关注度低于电池，主要原因有二：一是新能源汽车电机及电控行业与国内电动汽车市场基本同步起步，整车企业纷纷聚焦电动汽车市场。

研发、采购、生产、销售等流程处于探索完善阶段，电机、电控配套产业的标准和体系尚未形成；其次，锂电池在3C等领域的应用已近20年，行业已形成较为完善的技术标准。

和产品体系，对于改用动力电池有一定的参考和借鉴。

但新能源汽车电机与工业电机的技术路线和要求存在较大差异。

很大一部分专业企业仍是10年内的创业型企业，行业尚未形成清晰稳定的市场格局。

目前，新能源汽车驱动电机生产企业主要有两类：第一类是拥有电机电控供应链的电动汽车企业，其电机、电子全部或部分由自身产能或联营公司供应。

供应链公司。

控制产品，部分整车厂的部分电机、电控产品也有小批量出口。

这类企业一般是传统的汽车制造企业。

经过多年的积累，拥有完善的零部件生产能力。

目前，比亚迪、北汽新能源、江铃新能源、长安新能源、中通客车、厦门金龙等国内主机厂均具备独立供应电机及电控产品的能力。

第二类是专门从事汽车零部件供应或专门供应电机、电控产品的企业，包括专业汽车零部件供应商，如采埃孚、大陆、博世、日立、现代摩比斯等国际汽车供应巨头；以及国内外新兴的专业电机及电控制造企业，如上海电气传动、上海奥贡、精进电机、台湾福田等。

此外，一些传统工业电机、变频器等制造企业也依靠其研发生产技术积累，积极转型介入新能源汽车电机电控相关产品供应，如汇川技术、英威腾、卧龙电机、方正电机、江特汽车等。

国内装机电机来源分布新能源汽车（2020年1月-7月） 据行业统计，2020年1月-7月中国生产的18万多辆纯电动汽车中，装机电机由主机厂自行提供和第三方电机公司供货。

比例分别为55.4%和44.6%。

整车厂自行提供的电控装置和第三方电控公司提供的电控装置比例分别为56.2%和43.8%，比例基本持平。

国内新能源汽车电控装机量来源分布（2020年1月-7月） 目前，国内电动汽车大部分仍由北汽、比亚迪等传统汽车企业生产。

因此，整车企业自供电电控零部件占比较大。

考虑到2016年获批的新能源汽车企业数量已达7家，且其中不少是没有整车生产经验的企业，如长江汽车、民安汽车、万向集团等，我们认为随着随着专业制造企业特别是轻资产互联网汽车企业的迅速崛起，新能源汽车产业链分工已成必然趋势。

提供电机电控甚至动力总成的第三方供应商比例将逐渐增加。

据中国机械中心发布的新能源汽车装机量统计，2020年1月至7月，第三方电机企业92家，第三方电控企业98家，分别提供了装机量的44.6%和43.8%。

第三方市场中市场份额最高的第三方电机和电控企业分别仅为14.5%和18.4%，在整体电机和电控市场中的市场份额仅为6.48%和8.07%。

整个电机及电控市场仍处于不明确的竞争格局。

目前还没有一家公司在市场上形成主导优势。

转型企业和新兴企业有机会在市场中脱颖而出，迅速获得更大的市场份额。

新能源汽车第三方电机装机比例（2020年1-7月） 新能源汽车第三方电控装机比例（2020年1-7月） 进口替代任重而道远，产业链细化势在必行 2020年10月26日《节能与新能源汽车技术技术路线图》中国汽车工程学会年会上发布，在纯电动和插电式混合动力汽车技术路线图中，提出纯电动乘用车年续航里程应达到公里，电动公交车单位负荷电耗降至3.5kWh/km*t。

同时提出8个发展重点，其中4个与电机电控直接相关：动力电机与底盘集成技术、纯电动汽车动力系统集成与控制技术、高性能动力电机技术、新型电机控制设备技术。

对比新能源汽车续驶里程（左轴）和功耗水平（右轴）的发展目标，动力电池国内已初步建立了研发技术体系。

高性能电驱动系统的研发在国内尚处于起步阶段。

大多数具有创新结构的高性能电机（例如）仍处于原型开发甚至设计阶段。

电驱动系统产业链的快速发展，让各企业有机会在产品和技术上脱颖而出，快速抢占下游电动汽车市场。

原材料成本占比较高。

集成轻量化是降低电机成本的唯一途径。

与动力电池系统不同，驱动电机系统对原材料的要求相对简单，主要包括钕铁硼等稀土永磁材料（永磁体）、钢（铁芯叠片、驱动轴体）、铜（绕组）、镁铝合金（外壳）。

因此，原材料成本和加工成本占电机成本的绝大多数。

永磁同步电机各部件成本占比（%） 据ANL统计，在永磁同步电机中，永磁部件成本约占整个电机材料成本的45%；在感应电机中，铁芯叠片的成本约占电机材料成本的58%。

因此，稀土材料、钢材、铜、铝等有色金属材料的价格将对电机成本产生最直接的影响。

交流感应电机各部件成本占比（%） 据华宇电气等公司数据显示，稀土磁体的重量仅占整机重量的2.5-4.5%，但其成本已占占整车驱动电机成本的20-30%。

%，当稀土价格上涨时甚至可以达到50-60%。

因此，原材料成本的波动对电机生产成本有直接影响。

自2016年取消稀土出口配额制度以来，我国每年稀土氧化物开采量指标一直维持在8万吨-10万吨左右。

考虑到非法稀土开采和分离量，国内稀土年供应量约为16万吨。

在下游需求保持稳定的情况下，稀土永磁材料价格整体呈现稳中下行趋势。

但稀土价格已基本处于底部，未来进一步大幅下跌的空间不大。

2016年12月，金属钕价格达到32.15万元/吨，较去年上涨10%，最高涨幅接近20%。

原材料方面，钢铁受焦炭、铁矿石等上游原材料价格上涨影响。

2015年无取向硅钢价格快速反弹，从2015年12月的人民币/吨快速上涨至年底的人民币/吨高位，接近今年的价格高点。

同时，截至2017年1月5日，长江及华南地区现货铜价达到45400元/吨，较2016年初上涨约元/吨。

稀土收储和反走私政策，以及包括特斯拉在内的欧美电动汽车厂商转向永磁同步技术路线，未来2-3年或将迎来稀土收紧供给侧和需求侧的放大。

受双重挤压，稀土价格或大幅反弹；在供给侧改革和环保税开征的双重压力下，钢铁产能仍处于“三减一减一补”的前列，2017年价格高位盘整的可能性较大。

大的。

在多重因素的共同作用下，电机制造商在材料成本端的压力将迅速上升。

电机厂商只有通过技术创新，快速降低单台电机金属消耗，提高电机功率密度，才能应对上游整车价格下降和下游价格下降的局面。

原材料成本上涨带来压力。

《国家“十三五”新能源汽车重点研发规划》明确提出，到2020年，我国驱动电机峰值功率密度要达到4.0kW/kg，持续功率密度要达到2.2kW/kg，基于IGBT功率模块的电子控制器应达到17kW。

/L，基于第三代宽禁半导体的Sic功率模块的电子控制器功率密度达到36kW/L，是目前性能的两倍。

在此目标下，电机电控成本的降低一般通过两种方式实现：1）通过引入高度集成的电驱动组件来减轻系统总重量，从而提高公里密度并降低成本，例如大陆集团和麦格纳电力电子Nano等公司推出驱动电机总成、驱动电机及减速器总成、混合动力总成模块等。

这种方式是欧美企业普遍采用的； 2）通过部分部件的非金属化来降低系统负载重量和成本，包括旋转枢轴、支撑部件等应更换为耐磨非金属材料，或者包括电机极槽在内的多重优化齿槽比、齿槽比、裂纹比应通过结构设计进行，提高单台电机的材质质量。

用量，这种方法多为日本、韩国汽车公司所采用。

国产电机的峰值功率和持续功率与世界先进水平（kW/kg）仍有较大差距。

核心零部件的国产化将大幅降低电控系统的成本。

电机控制器作为车辆驱动系统最重要的组成部分，主要由逆变器组成。

它由逆变器（主要是IGBT功率模块）、逆变驱动器、功率模块、中央控制模块、软启动模块、保护模块、冷却系统信号检测模块等组成。

其中，IGBT模块作为核心高压控制开关元件，占电机控制器成本的40-50%；据行业统计，IGBT器件约占新能源汽车整车成本的10%左右。

因此，作为新能源汽车的核心部件，IGBT、DSP等核心部件的成本直接决定了电机控制器等组件的成本降低空间。

IGBT在电动汽车上的应用和逆变器的国产化已初步完成，国产品牌的市场份额已超过国外品牌。

目前，IGBT芯片和模块在国内尚未完全形成产业布局，高端市场份额仍与国外持平。

品牌之间存在很大差异。

国内IGBT器件市场70%以上，特别是高端大功率半导体，仍主要被英飞凌、三菱、仙童、东芝、富士、赛米控、三肯、IXYS、ST、比亚迪等美日企业占据、中车时代电气等企业也通过建设或收购海外IGBT产能来瓜分剩余市场。

电机控制成本分摊随着电动汽车电驱动系统向高转速范围、高功率密度（包括高转速和高扭矩密度）、轻量化、高效率、能量回馈、高可靠性和安全性、低成本等方向发展正在逐步发展，电机、电控、BMS等组件将越来越广泛地应用于大功率半导体开关器件。

2018年中国IGBT市场国内外品牌市场份额情况。

此外，高铁调速系统、柔性直流输电、风电/光伏逆变器、充电桩直流模块等领域将对IGBT有大规模需求IGBT 及其模块化产品。

预计“十三五”期间，仅新能源汽车和充电桩市场就将带动IGBT年需求量约1亿元。

受下游市场刺激，国内IGBT产业呈现加速扩张趋势。

华润中芯、宏力半导体、华虹NEC等企业加快产能建设。

高压、超高压、中功率和大功率IGBT在此期间预计将扩大。

随着市场规模扩大，价格不断下降。

据行业统计，国产IGBT的成本较进口器件可降低15-20%，且毛利率仍高达30%以上。

随着IGBT价格进一步下降，电机和控制器的成本也随之下降。

随后将下降20%以上。

电机、电控企业即将发力，百亿蓝海市场尚待开发。

2020年12月，国务院批复公布《十三五国家战略性新兴产业发展规划》，明确提出到2020年，新能源汽车实现全年产销量超过1万辆，累计产销量突破1万辆。

结合行业实际情况和完成情况，我们预测全年新能源汽车销售总量将达到65.8万辆，其中乘用车、乘用车、专用车将分别达到13万辆、40.8万辆、12万辆分别。

提供了主要的增量部分。

由此预计，到2020年，新能源汽车电机及电控市场规模将从1亿元增长至1亿元，年均增速约26%。

2020年我国新能源汽车产销量预测（单位：万辆）“十三五”期间电机及电控市场规模预估电机及电控行业仍处于快速增长阶段产品技术升级，技术投入比例较高，资产规模普遍较小。

较电池行业而言，市场竞争较轻。

考虑到目前新能源汽车电驱动系统企业大多是由传统工业电机、变频控制等企业转型而来，产能的快速提升对于整个行业来说并不是不可实现的瓶颈。

因此，产品定型后，行业竞争骤然加剧。

风险。

目前电驱动行业企业数量众多，没有一家企业能够控制或垄断市场。

仅考虑第三方供应商市场，CR10甚至不到50%；此外，电机、电控企业处于新能源汽车产业链中游。

如果产能充足，公司将面临来自上游原材料及核心零部件企业、下游整车企业的双向成本压力。

因此，在下游新能源汽车市场快速增长的过程中，只有具备技术和市场优势的供应商才能在日益激烈的电机和电控市场中扩大自己的市场份额。

这方面要求企业在技术上拥有电机。

、控制系统技术、生产优势，以及强大的动力总成系统集成能力，从而降低产品的设计和生产成本。

另一方面，要求企业在市场上有较强的客户粘性，并与下游整车企业合作。

形成较为牢固的产业联盟或合作协议。