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原材料价格上涨、芯片紧缺 集成化、高速化、芯片国产化成电驱动降本关键

【原材料价格上涨、芯片紧缺 集成化、高速化、芯片国产化成电驱动降本关键】新能源车销售量的高速增长带动了电驱动系统行业的发展,电驱动系统搭载量不断攀升。根据NE时代统计数据,2021年1-11月新能源乘用车电机电控累计搭载量达272.76万台,而2020年全年累计搭载量为123.46万台,实现了翻倍增长。

新能源车销售量的高速增长带动了电驱动系统行业的发展,电驱动系统搭载量不断攀升。根据NE时代统计数据,2021年1-11月新能源乘用车电机电控累计搭载量达272.76万台,而2020年全年累计搭载量为123.46万台,实现了翻倍增长。天风证券预测,若2025年新能源汽车销量达到850万辆,则国内电驱动市场规模整体有望达到1088亿元。据其测算,2021年我国电驱动系统行业的规模约为378亿元,到2025年行业CAGR约为30.2%。

近日,在上海举行的2022汽车电驱动系统创新技术论坛上,财联社记者了解到,在高增长背后,电驱动面临原材料价格上涨、芯片紧缺等上游产业压力。

对此,多位与会专家一致认为,不能通过牺牲技术解决价格问题,可以通过芯片国产化替代、走集成化道路、提高电机转速来实现降成本;同时,高速化成为未来发展趋势,对电驱动提出了技术新要求。


原材料价格普涨、芯片紧缺,电驱动如何降本?

电驱动系统可包括大三电和小三电总成系统,其中大三电为驱动电机、驱动电机控制器和变速器,主要功能是为新能源车提供动力,小三电则包括高压配电盒PDU、车载充电机OBC和DC/DC变换器,主要提供电力转换及电池充放电功能。

中国新能源车主要装配永磁同步电机,电机价值量占动力总成的40%,电机成本主要由硅钢片、铜材、磁性材料及其他原材料组成,其中,磁性材料的原材料为稀土,自2021年2月全球重要稀土供应国缅甸宣布维持一年的紧急状态以来,稀土价格快速攀升,先后迎来三次上涨行情,中信证券指出,未来5年全球稀土供需或将长期处于紧平衡状态,预计2022年稀土价格或将持续上涨。

减速器则主要由钢材及铝材组成。2021年12月31日,现货铝报价20350元/吨,较2020年15710元/吨,同比增长29.54%。

电机控制器决定动力总成的动力输出,价值量约为40%,IGBT芯片是电机控制器中最关键的零部件,成本占电机控制器总成本的44%,目前我国95%的中高端IGBT芯片都依赖进口,日本三菱、富士电机和德国英飞凌垄断了90%以上的IGBT高端市场。

面对原材料价格上涨和芯片紧缺带来的上游产业压力,行业专家普遍认为,不能通过牺牲技术来解决价格问题。

恒大新能源电机系统开发工作负责人纪小庄在论坛上指出,如果原材料成本短期内降不下去,可以考虑适当提高报价。

北汽新能源研究院动力系统部总师梁亚非将电驱动产业面临的涨价压力分为两方面进行分析:大宗商品和芯片。

梁亚非认为,大宗商品的涨价属于周期性浮动,随着经济变化持续缓慢地上涨,并不是非理性的大涨大跌,面对这种情况,主机厂首先要从整个技术层面提高有效材料的利用率;其次,要与供应商进行协商,根据大宗商品价格周期变化在基价上重新确定核算价格。

至于芯片涨价,梁亚非指出,2021年芯片涨价是一种非理性的短期市场表现,而长期内芯片价格会趋于稳态。稳态之后,或者说习惯了中国新能源车市场持续爆发性的增长后,供应链端便可以支撑芯片需求。北汽新能源在2021年通过换芯片、改设计等临时措施应对芯片涨价,但梁亚非认为,在长期内不需要做出太多改动。

梁亚非表示,从整体趋势来看,电控持续服务于电机的性能提升和成本降低。从早期的表贴式电机,到后来的内嵌式电机,弱磁控制算法的持续优化服务于电机的降成本;电池电力电子也在适应这个趋势,包括开关频率、激活频率都在持续提升。

威马汽车三电产业化专家王洪军从电机设计端角度进行分析,他指出,为降低电机成本,可以考虑寻找电机制造所使用稀有金属的替代材料;其次,全球缺芯为芯片国产化的推进提供了机会,如果能够将国内芯片产业建立发展起来,芯片成本将更加可控;最后,电机产品应该坚持走模块化、集成化路线,这样可以大幅降低制造成本、物料成本等。

目前三合一电驱动总成方案为主流驱动方案,其体积、重量方面不断缩小,且效率更高,目前80%左右的企业做的是三合一,而多合一系统存在的热管理、电磁干扰、故障率等技术问题尚未得到解决,仍难以实现规模化应用。但王洪军认为,未来两三年内应该做到七合一、八合一的电驱动总成方案。

李斯特技术中心(上海)有限公司团队主管黄夫泉从产品开发角度提出了降成本的思路,一是可以考虑利用分离软件对电机进行独立封装,二是可以把虚拟测试技术应用到后期台电测试和整车测试上。

此外,黄夫泉还指出,提高转速是降低成本的另一种方法,提升电机的功率重量密度和功率体积密度,使电机重量减轻是降低驱动电机产品成本的有效方式。

高转速成行业未来发展趋势

近年来,电机最高转速处于不断提升的过程中,高速化趋势明显。30万以上高端车型中,最高转速普遍在12000转以上,高转速可以支撑整车达到更高的车速,受益于高转速提升,纯电动车最高车速近年来也有所提升,最高车速逐步朝150km/h以上靠拢。

纪小庄认为,高转速的重要程度排在动力性能、经济性能之后,并非第一位指标,就最近5年而言,没有必要将电机做到25000万转速,努力目标会放在20000-22000转。黄夫泉也表示,20000转速将是未来主流。

高速化对电机设计提出了更高的要求,北汽新能源梁亚非介绍,电机转速升高将有利于整体降本,但这必须伴随着整个产业链的成熟。

未来电驱动总成的集成度将进一步提高,集成结构具有高扭矩、可搭载更高转速电机的优点,但对齿轮和轴承的耐久性、壳体强度、油封密封性都提出了更高的要求,尤其是电机控制器,其运行环境发生变化,可靠性要求更加苛刻。梁亚非认为,为了提高转速,控制、软硬件都会有不少的工作要做。

王洪军指出,高转速会导致电机升温,需要重新设计开发热循环系统。黄夫泉也进一步强调,高转速将会对整个系统的冷却润滑功能、变速箱的材料性能、热循环系统升级提出新的要求。

随着电机功率密度和转速提升,以及集成化对于单体部件体积的缩小,传统风冷、水冷无法满足散热需求,油冷电机路线逐渐兴起,油冷因对电机磁路无影响、散热效率高等优点,受到了市场青睐。

整体上来讲,在高速化趋势下,轴承选型、电机散热、转轴材料、定转子硅钢片材料、 电磁仿真、机械强度仿真、热仿真、公差计算匹配等等都变的更有挑战性。

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