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1、新能源电动汽车用电机行业分析一、电动汽车用驱动电机系统的特点及分类1，汽车用驱动电机电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。电动汽车电机的三种主要形式是异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机。其中，异步电机主要应用在纯电动汽车，永磁同步电机主要应用在混合动力汽车中，开关磁阻电机主要应用在客车中。由于具有高效、高功率密度的特点,目前在混合动力轿车中采用的基本都是永磁同步电动机。日本丰田公司
2、的普锐斯PRIUS采用的永磁同步电动机功率已达到了50kW,新配置的SUV车型所用电机功率甚至达到了123kW。图表15：驱动电机系统的基本性能比较项目直流有刷电机交流异步电机永磁同步电机开关磁阻电机功率密度差一般好一般转矩转速特性一般好好好转速范围（r/min）4000600090001500040001500015000易操作性最好好好好可靠性差好一般好结构的坚固性差好一般好尺寸、质量大、重一般、一般小、轻小、轻成本美元/KW12-178-1210-156-10控制器成本低高高一般2，汽车用电机与工业用电机的区别驱动电机是混合动力汽车和电动汽车的核心部件，在纯电动车和燃料电池汽车上，它是唯
3、一的驱动部件，在油电混合动力汽车上，它是实现各种工作模式的关键，直接影响油耗指标、排放指标、动力性、经济型和稳定性。与一般工业用电机不同，用于汽车的驱动电机应具有调速范围宽、起动转矩大、效率高的特性，此外，还要求可靠性高、耐高温及耐潮、结构简单、成本低、维护简单、适合大规模生产等。图表16：工业用与汽车用驱动电机系统的主要差别项目工业用系统汽车用系统封装尺寸空间不受限制，可用标注封装配套的各种应用布置空间有限，必须根据具体产品进行特殊的针对性设计工作环境环境温度适中（-20+40）环境温度变化大（-40+105）可靠性要求较高、以保证生产效率很高、以保障乘车者安全冷却方式通常为风冷（体积大）通
4、常为水冷（体积小）控制性能多为变频调速控制需要精确的力矩控制，动态性能较好功率密度较低（0.2kW/Kg）较高（1-1.5kW/Kg）性价比一般极高3，新能源汽车对驱动电机的要求电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括：（1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况；（2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求；（3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程；（4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性；（5）低成本及大批量生产能力。图表17：新能源汽车对驱动电机的要求新能源汽车对驱动电机的要求产品必须满足以下要求体积小、重量轻电机
5、电磁性能的优化设计整个运行范围内的高效率热管理设计和冷却方式的合理选择低速大扭矩特性。宽范围内的恒功率特性相适应材料的应用高可靠性、高安全性电机结构合理设计价格尽可能低满足车用工况的电机工艺研究二、电动汽车用驱动电机系统的技术研究目前国内的车用驱动电机系统已达到了小批量生产的水平，包括上述的各种类型电机以及风冷、水冷等冷却形式，涵盖5kW180kW功率范围。1，目前车用驱动电机系统尚需提高的地方：全运行范围内的转矩、转速控制精度,效率最优化;系统可靠性及耐久性尚未得到充分验证,和汽车行业的严格要求还有一定差距;动力总成装置的集成度不高,机电一体化不够;关键材料（如高性能硅钢片，绝缘材料）和关键
6、元器件（如IGBT模块，CPU芯片）仍依靠进口，限制了选择余地和成本降低；虽然具备了小批量供货的能力,但产品尚未形成完整的、满足汽车工业标准的供应商体系。2，今后重点研究方向：汽车要求电机驱动系统有更高的性能，体积重量比密度更高等，为满足以上严格甚至苛刻的要求，车用电机驱动系统技术的发展趋势基本可以归纳为永磁化、数字化和集成化。永磁化是指永磁电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、便于维护的优点。数字化包括驱动控制的数字化、驱动到数控系统接口的数字化和测量单元数字化。用软件最大程度地代替硬件，具有保护、故障监控、自诊断等其他功能。集成化主要体现在两个方面：1）电机方面：电机与发动机总成、电机与变
7、速箱总成的集成化；2）控制器方面：电力电子总成（功率器件、驱动、控制、传感器、电源等）的集成化。三、混合动力汽车混合度分类根据在混合动力系统中电机的输出功率占整个系统输出功率的比重，混合动力系统还可以分为以下四类：1，微混：在传统内燃机的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（Belt-alternatorStarterGenerator,即BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消发动机的怠速，降低了油耗和排放。（代表车型，Smartfortwomhd）2，轻混：采用了集成启动电机（IntegratedStarterGe
8、nerator，即ISG系统）。除了具有微混系统功能，还能实现：（1）在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；（2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间调节，混合度一般在20%以下。3，中混：在ISG系统基础上，采用了高压电机。在汽车处于加速等工况时，电动机能辅助驱动车轮，补充发动机的动力输出，从而提高整车性能。这种系统的混合程度可达30%左右，目前技术已经成熟，应用广泛。（代表车型：本田的Insight、Accord和Civic）4，重混：采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混系统相比，其混合度可以达到和超过50%。技术的
9、发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。（代表车型：丰田普锐斯和Estima）。四、现状及发展趋势1，产业情况近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机，其主要优点是价格较低，性能可靠；缺点是起动转矩小。日本研制的电动汽车大多使用永磁电机，其主要优点是效率可以比交流感应电机高6个百分点，但价格较贵。与之相比，开关磁阻电机结构新型、简单、起动性能好，无大的冲击电流，但噪声大。国内车用驱动电机行业现状：电机业中的小行业、制造门槛高；电机驱动系统还存在较多差距与不足，但国内政策扶持将加快产业步伐。目前我国车用电机大部份是有刷直流电机，但随着对耗能要求的提高，永磁电机正逐步取代
10、有刷电机；另外，新能源车用电机、汽车电动助力转向系统用电机，需要具备安全性高、安装空间小，能耗要求低的特点，永磁电机也将成为首选。混合动力车产业链：除了行驶系统、动力系统、车身系统将传统汽车产业链进行延伸以外增加了电池、电机、电控系统等组件组成的新能源动力系统；纯电动汽车业产业链：与混合动力相似，但去掉了传统的发动机、油箱等组件，汽车的行驶能量完全由电池组储能提供，因此对电池储能规模、电机率大小的要求比混合动力汽车更大，结构上更为简单。目前大客车电机驱动系统均价在20万元以上，国内新能源客车中电机驱动系统占整车售价超过1/51/6，轿车电机驱动系统均价约3万5万不等。此外，在国外已有电动汽车采
11、用性能先进的电动轮（又称轮毂电机），它用电机（多为永磁式）直接驱动车轮，因此无传统汽车的变速箱、传动轴、驱动桥等复杂的机械传动部件，简化汽车结构。范例是三菱和日产开发的轮毂电机电动汽车。车轮独立驱动的优点是简化传动系统；由于每个电机可单独控制，能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制，容易实现车辆底盘系统的电子控制，改善车辆驱动性能和行驶性能。但车轮独立驱动会使车轮质量过大，对整车动力性能造成影响，以及诸如电机散热、防水、防尘难度等技术问题需要解决和改进。目前，我国的电机领域已进行了5项标准的制定和修订工作，包含：电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法、电动汽车电机及其控制器接口、电动汽车电
12、机及其控制器故障分类及判断、电动乘用车用驱动电机系统技术条件和试验方法、电动客车用驱动电机系统技术条件和试验方法。2，企业情况目前国内电机驱动系统企业主要有以下三类：具有传统整车及其零部件生产经验的企业如万向集团、上汽集团、一汽集团、二汽集团、东风集团、深圳五洲龙、玉柴集团、中国南车等；具有其它领域电机生产经验的企业如大洋电机、中纺锐力等；专门针对电动车成立的电机企业如北京精进电动、上海电驱动、上海大郡自动化等。图表18：工信部目录车型部分电机厂商及配套企业电机厂商匹配整车厂湖南南车集团黄海、南车时代、南汽、亚星、中通、东风、福田、申沃上海电驱动有限公司广汽、奇瑞、申沃、恒通、长安、上汽大洋电
13、机福田、天路、北京华林特装车襄樊特种电机申沃、郑州日产、江铃、黄海、宇通北京中纺锐力机电东风上海安乃达驱动技术中通上海南洋电机安凯、江淮、金龙上海大郡自动化系统工程一汽上海瑞华集团上海万象万向电动汽车一汽海马、宇通比亚迪比亚迪常州市华盛电机天津清源雷米电机湖北公司东风BSG柳州科尔数字化制造技术五菱纽贝耳汽车科技（杭州）湖南江南深圳市大康电气浙江康迪四川东风电机厂哈飞伊诺华-北京中科易能新技术一汽浙江达可尔汽车电子长安珠海市蓝海节能珠海广通HITACHI上海通用五、综述1，国内汽车驱动电机企业正积极完善产业链。例如上海电驱动、南车时代等企业现已具备一定的配套能力，并能够基本满足电动汽车的发展需
14、求。未来，有实力的零部件企业如华域汽车、万向钱潮等也有意参与电机及电控产业布局。2，一批专业电机制造企业（主业不是汽车驱动电机）也计划在汽车领域寻找新的突破口。例如大洋电机，是国内微特电机（空调的核心零部件）的龙头企业，在2009年，大洋电机与福田汽车、北京理工大学三方共同签署了技术开发合作协议，研究设计新能源汽车电机及驱动系统，北理工负责研发，大洋电机负责技术成果的产品化，福田汽车保证其产品的市场空间。3，为电动客车配套的电机企业最早受益。例如万向、南车、五洲龙等，得益于国家“十城千辆”示范工程，先行者市场地位较为稳固。长远看，最大的蛋糕依然是配套私人用车，但推进速度较慢，有待国家政策更大力度的补贴支持。4，电机利润空间比较低。有业内人士表示：“电动车那么贵，成本主要集中在电池，所以在其他配件方面，整车厂反倒是更在意价格。汽车配件行业里，价格战很普遍。”5，为了降低成本，外国企业大多选择在中国设立合资公司。例如，博世(中国)投资有限公司执行副总裁陈玉东说：“博世设在中国的合资公司联合汽车电子有限公司将于2012年开始国产驱动电机和电力电子控制器。首先选择那些最容易的部分国产。”