行業觀察|原材料價格上漲、晶片緊缺 整合化、高速化、晶片國產化成電驅動降本關鍵

財聯社(杭州,記者 汪斌)訊,

新能源車銷售量的高速增長帶動了電驅動系統行業的發展,電驅動系統搭載量不斷攀升。根據NE時代統計資料,2021年1-11月新能源乘用車電機電控累計搭載量達272。76萬臺,而2020年全年累計搭載量為123。46萬臺,實現了翻倍增長。天風證券預測,若2025年新能源汽車銷量達到850萬輛,則國內電驅動市場規模整體有望達到1088億元。據其測算,2021年我國電驅動系統行業的規模約為378億元,到2025年行業CAGR約為30。2%。

近日,在上海舉行的2022汽車電驅動系統創新技術論壇上,財聯社記者瞭解到,在高增長背後,電驅動面臨原材料價格上漲、晶片緊缺等上游產業壓力。

對此,多位與會專家一致認為,不能透過犧牲技術解決價格問題,可以透過晶片國產化替代、走整合化道路、提高電機轉速來實現降成本;同時,高速化成為未來發展趨勢,對電驅動提出了技術新要求。

原材料價格普漲、晶片緊缺,電驅動如何降本?

電驅動系統可包括大三電和小三電總成系統,其中大三電為驅動電機、驅動電機控制器和變速器,主要功能是為新能源車提供動力,小三電則包括高壓配電盒PDU、車載充電機OBC和DC/DC變換器,主要提供電力轉換及電池充放電功能。

中國新能源車主要裝配永磁同步電機,電機價值量佔動力總成的40%,電機成本主要由矽鋼片、銅材、磁性材料及其他原材料組成,其中,磁性材料的原材料為稀土,自2021年2月全球重要稀土供應國緬甸宣佈維持一年的緊急狀態以來,稀土價格快速攀升,先後迎來三次上漲行情,中信證券指出,未來5年全球稀土供需或將長期處於緊平衡狀態,預計2022年稀土價格或將持續上漲。

減速器則主要由鋼材及鋁材組成。2021年12月31日,現貨鋁報價20350元/噸,較2020年15710元/噸,同比增長29。54%。蘭格鋼鐵網市場監測資料顯示,截止到2021年11月19日,全國綜合鋼材年度平均價格為5492元/噸,較上年上漲36。3%。

電機控制器決定動力總成的動力輸出,價值量約為40%,IGBT晶片是電機控制器中最關鍵的零部件,成本佔電機控制器總成本的44%,目前我國95%的中高階IGBT晶片都依賴進口,日本三菱、富士電機和德國英飛凌壟斷了90%以上的IGBT高階市場。

面對原材料價格上漲和晶片緊缺帶來的上游產業壓力,行業專家普遍認為,不能透過犧牲技術來解決價格問題。

恆大新能源電機系統開發工作負責人紀小莊在論壇上指出,如果原材料成本短期內降不下去,可以考慮適當提高報價。

北汽新能源研究院動力系統部總師梁亞非將電驅動產業面臨的漲價壓力分為兩方面進行分析:大宗商品和晶片。

梁亞非認為,大宗商品的漲價屬於週期性浮動,隨著經濟變化持續緩慢地上漲,並不是非理性的大漲大跌,面對這種情況,主機廠首先要從整個技術層面提高有效材料的利用率;其次,要與供應商進行協商,根據大宗商品價格週期變化在基價上重新確定核算價格。

至於晶片漲價,梁亞非指出,2021年晶片漲價是一種非理性的短期市場表現,而長期內芯片價格會趨於穩態。穩態之後,或者說習慣了中國新能源車市場持續爆發性的增長後,供應鏈端便可以支撐晶片需求。北汽新能源在2021年透過換晶片、改設計等臨時措施應對晶片漲價,但梁亞非認為,在長期內不需要做出太多改動。

梁亞非表示,從整體趨勢來看,電控持續服務於電機的效能提升和成本降低。從早期的表貼式電機,到後來的內嵌式電機,弱磁控制演算法的持續最佳化服務於電機的降成本;電池電力電子也在適應這個趨勢,包括開關頻率、啟用頻率都在持續提升。

威馬汽車三電產業化專家王洪軍從電機設計端角度進行分析,他指出,為降低電機成本,可以考慮尋找電機制造所使用稀有金屬的替代材料;其次,全球缺芯為晶片國產化的推進提供了機會,如果能夠將國內晶片產業建立發展起來,晶片成本將更加可控;最後,電機產品應該堅持走模組化、整合化路線,這樣可以大幅降低製造成本、物料成本等。

目前三合一電驅動總成方案為主流驅動方案,其體積、重量方面不斷縮小,且效率更高,目前80%左右的企業做的是三合一,而多合一系統存在的熱管理、電磁干擾、故障率等技術問題尚未得到解決,仍難以實現規模化應用。但王洪軍認為,未來兩三年內應該做到七合一、八合一的電驅動總成方案。

李斯特技術中心(上海)有限公司團隊主管黃夫泉從產品開發角度提出了降成本的思路,一是可以考慮利用分離軟體對電機進行獨立封裝,二是可以把虛擬測試技術應用到後期臺電測試和整車測試上。

此外,黃夫泉還指出,提高轉速是降低成本的另一種方法,提升電機的功率重量密度和功率體積密度,使電機重量減輕是降低驅動電機產品成本的有效方式。

高轉速成行業未來發展趨勢

近年來,電機最高轉速處於不斷提升的過程中,高速化趨勢明顯。30萬以上高階車型中,最高轉速普遍在12000轉以上,高轉速可以支撐整車達到更高的車速,受益於高轉速提升,純電動車最高車速近年來也有所提升,最高車速逐步朝150km/h以上靠攏。

紀小莊認為,高轉速的重要程度排在動力效能、經濟效能之後,並非第一位指標,就最近5年而言,沒有必要將電機做到25000萬轉速,努力目標會放在20000-22000轉。黃夫泉也表示,20000轉速將是未來主流。

高速化對電機設計提出了更高的要求,北汽新能源梁亞非介紹,電機轉速升高將有利於整體降本,但這必須伴隨著整個產業鏈的成熟。

未來電驅動總成的整合度將進一步提高,整合結構具有高扭矩、可搭載更高轉速電機的優點,但對齒輪和軸承的耐久性、殼體強度、油封密封性都提出了更高的要求,尤其是電機控制器,其執行環境發生變化,可靠性要求更加苛刻。梁亞非認為,為了提高轉速,控制、軟硬體都會有不少的工作要做。

王洪軍指出,高轉速會導致電機升溫,需要重新設計開發熱迴圈系統。黃夫泉也進一步強調,高轉速將會對整個系統的冷卻潤滑功能、變速箱的材料效能、熱迴圈系統升級提出新的要求。

隨著電機功率密度和轉速提升,以及整合化對於單體部件體積的縮小,傳統風冷、水冷無法滿足散熱需求,油冷電機路線逐漸興起,油冷因對電機磁路無影響、散熱效率高等優點,受到了市場青睞。

整體上來講,在高速化趨勢下,軸承選型、電機散熱、轉軸材料、定轉子矽鋼片材料、 電磁模擬、機械強度模擬、熱模擬、公差計算匹配等等都變的更有挑戰性。