一文读懂2021年新能源汽车电驱动行业发展

电驱动作为我国新能源汽车的动力系统中的核心部件之一，其技术的进步和发展与新能源汽车构成相互促进态势。即随着新能源产业的逐步壮大，电驱动系统也会取得增长和产品技术进步，而电驱动系统的技术进步也能反哺促进新能源汽车的增长。基于此背景，本报告重点从电驱动系统发展的需求端、市场端以及技术端进行了系统性梳理。

· 各主流OEM均已明确电气化开发节奏，如大众将于2025年在国内推出超过20款纯电车型；

· 行业电动化平台高压化趋势明显，比亚迪、奥迪、通用等均明确将于近两年量产；

· 路线图2.0已明确给出电驱动系统未来发展技术路线图，规范行业发展。

· 随着新能源汽车的快速发展，电驱动市场迅速上量，2021年前10月装机量为2020年全年的208.5%，达到259.2万套；

· 三合一电驱动已成为市场的主流，2021年前10月占比接近76%。三合一市场存在强弱两种集成方案，而且已出现了“品字型、T字型和Z字型”等多种典型的产品形态；

· 主机厂自供、新能源电驱动总成企业、传统电机电控企业等多阵营同台竞技，产业还未出现行业寡头。

· 在电驱动总成方面：①多合一系统及动力域控制器是下一步集成化方向；②DHT因在系统集成度、重量以及综合能效方面的优势成为机电一体化的发展方向；③轮毂电机因成本高、簧下质量高、防护、震动和可靠等技术难题限制其短期内难以搭载乘用车进行量产。

· 在电机方面：①Hair-Pin绕组、油冷技术成为提高电机效率的主流技术；②减低稀土特别是重稀土材料的含量，在保证供应安全的同时也能降低成本；③高速化（16000-18000rpm）能极大提高电机功率密度，但也会带来散热、轴承强度、高效、密封以及NVH的要求越来越高。

· 在电控方面：第三代功率半导体碳化硅是实现高压化的关键技术路径，利用碳化硅功率模块后将进一步提高电驱动效率、增加续航里程或降低电池用量和缩小体积，但是碳化硅还存在制备工艺、成本以及高压绝缘、轴电流腐蚀等技术方面的挑战。

· 在减速器方面：平台化、集成化、低摩擦和两档化等是其发展方向。

近几年，我国新能源汽车市场在政策的持续驱动下快速发展，产业基础不断完善，技术和产品不断进步，市场销量持续提升，消费主体也由B端向C端迁移升级，进入了以市场驱动为主的发展新阶段。

· 双积分政策：目前该政策延续至2023年，2023年新能源汽车积分比例要求为18%，同时三年内的正积分可按照每年50%的折扣进行结转

· 新能源补贴政策：持续退坡且增加技术考核指标，已延期至2022年。

· 免购置税政策：延长新能源汽车免征购置税补贴，延期至2022年12月31日。

· 限行限购政策：2019年开始不得对新能源汽车限行限购。

在全球碳中和的推动下，各主流车企先后发布其实现碳中和的时间规划，并围绕该目标持续加码新能源汽车。

整车正朝着高压化方向发展：为解决用户充电焦虑，除了从提高使用效率和建设充电桩之外，利用高电压平台的超级快充也成为行业通行解决方案，整车电压平台正朝着800V及以上方向发展，将进一步促进电驱动总成朝着高压化发展。

清晰的电驱动产业发展目标：在我国《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中，已明确我国新能源乘用车未来的发展目标以及电驱动系统未来详细的技术开发目标，从顶层架构上引领和规范行业健康发展。

电机电控装机量快速上升：2021年前10月新能源乘用车电驱动系统累计装机量259.2万套，是2020年全年装机量的208.5%。在2021年前10月电机电控累计配套TOP10企业中，均包含特斯拉、弗迪动力、蔚然动力、上海电驱动、日本电产、联合电子、汇川等7家企业。

三合一电驱动系统已成为主流产品：结构紧凑、更利于整车布置的三合一电驱动系统已成为主流产品。2021年前10月国内乘用车市场三合一电驱动系统配套份额已接近76%，相比2019年的26%，配套份额提升近三倍。

从三合一电驱动系统的集成程度来看，目前市面上已出现弱连接和强连接等，以螺栓连接的弱连接仍是当前市场的主流。

受整车布置和空间限制，基于电机、电控和减速箱位置的不同三合一电驱动系统存在“品字型、T字型和Z字型”等多种典型的产品形态。

· 接近传统燃油发动机空间的构型形式，适用于X向空间受限的整车。

· 便于减速器、电机及逆变器三者向更深层次的共壳体方向集成设计。

· 缺点：控制器支撑较弱。

· 代表企业：博世、比亚迪等国内外主流供应商。

· 减速器居中布置，左右半轴等长设计，减少过渡中间轴，降低总成重心偏移，提高整车操纵性。

· 极大优化Z向高度，对整车后驱Z向空间苛刻条件，具有明显优势，适用于Z向空间受限的整车。

· 缺点：电机和电机控制器高压连接铜排较长。

· 代表企业：蔚来、特斯拉和蜂巢动力等。

· 电机、控制器、减速箱“Z”型结构布置。

· 应用：适用于Z向空间受限的整车。

· 缺点：内部接线复杂。

· 代表企业：大陆等。

现阶段电驱动市场主要有OEM自主配套、第三方企业配套等多方阵营，垂直整合的OEM更占优势，但产业终局并未形成。下阶段，OEM切入电机领域相对电控更容易，第三方企业应强强联合形成技术壁垒以谋未来。

从消费者购买电动汽车的痛点和和整车开发需求出发，结合电驱动系统关键属性，电驱动系统将朝集成化、平台化、高效率、高功率密度、高压化等方向发展。

未来随着电子电气架构朝域控制、域融合甚至是中央控制器方向发展，下一步电驱动总成集成化方向将是多合一和域控制器。然而集成化程度越高，EMC、热管理和故障等方面的挑战也会同步增加。

通过将核心技术或核心零部件系统按模块化进行设计，既可形成多样化的产品组合方式来开发不同的产品，又能有效节省研发周期，提高研发效率，还能形成生产规模效应从而降低成本。

在混合动力系统中，混合专用变速箱DHT在系统集成度、重量以及综合能效方面的优势非常明显。

轮毂电机作为分布式驱动技术的主要方案，具有系统部件少、结构简单、集成化程度高等特点。相对于其他驱动技术方案来看，轮毂电机驱动能有效提升驱动效率，改善车内乘坐空间，然而成本高、簧下质量高、防护、震动和可靠等技术难题限制其短期内难以搭载乘用车进行量产。

持续提高驱动电机转矩/功率密度与效率，提高电机转速，降低电机振动噪声和制造成本，是未来车用驱动电机的发展方向。

Hair-pin绕组电机具有更高的效率、更高的功率密度、更强的电机散热能力和更好的NVH表现等优点，但由于工艺复杂，专利壁垒多，量产难度较大。

电驱系统电机向高功率密度、高转速发展，定子绕组及磁钢发热对系统冷却能力提出了更大挑战。传统机壳水冷已逐渐难以满足需求，油冷以及复合冷却等提升散热效率的技术将逐渐成为行业主流技术。

钕铁硼永磁体是一种具有极高的磁能积和矫顽力以及高能量密度的材料，可使电机体积更小，重量更轻，效率更高。所以相当长时间内钕铁硼稀土永磁电机仍是业内主要选择，但考虑到稀土资源的可获得性，以及对电机成本的影响，减低稀土特别是重稀土材料的用量是行业发展方向。

为进一步提高电机功率密度，提高电机转速已成为行业发展趋势，目前18000rpm已逐渐量产，未来将进一步朝20000rpm以上发展，不过高速化对于散热、轴承强度、高效、密封以及NVH的要求越来越高。

进一步提高功率密度和系统效率，保证系统安全可靠以及降低电磁干扰是电驱动产业技术优化的主要方向。

当整车电压平台朝更高电压发展时，电驱动系统的耐压器件电压也要随之上升；另外随着电机高速化，电控的开关频率同样需要增加；在两者共同要求下，耐压等级高、开关频率范围宽的第三代功率半导体碳化硅的应用将成为关键，未来随着SiC第三代功率半导体逐渐上量将与IGBT形成互补的态势。

随着在高压化平台上采用第三代碳化硅功率半导体，因SiC开关损耗及本身功耗大幅降低*，整个电控系统效率会得到大幅提升，续航里程可以得到延长或也可以保持在续航里程相当的情况下降低电池用量来降低成本。

碳化硅宽禁带半导体器件具有高频、高效率、耐高温、高功率密度和高可靠性的特点，目前碳化硅功率模块在电动车主驱逆变器的规模化应用已经开始。

目前，碳化硅功率半导体的应用还存在不少挑战，包含碳化硅功率半导体制备工艺、成本以及高压绝缘、轴电流腐蚀等技术方面的挑战。

· 轴电流腐蚀：轴承内润滑油油膜耐压相对较低，当轴电压升高时，会击穿油膜产生轴电流，目前应对的方法有导电环、陶瓷轴承、高绝缘性油脂等。

· 高压EMC中的EMI问题：iC器件开关频率快，开关过程中的di/dt提高，会产生严重的EMI问题，滤波技术、电磁屏蔽材料和电磁吸波材料成为解决方向。

· 热设计：由于单个SiC芯片的面积较小，为了实现大功率输出，需要并联使用更多的芯片数目。如何对模块内部的芯片进行合理的layout设计以保证各芯片间的热平衡，以及对芯片的热点温度进行监控，是一个很大的挑战。

· 驱动保护技术：与Si芯片相比，SiC芯片短路耐受能力大大降低。为防止SiC器件在运用过程中发生短路失效，需要驱动电路具备更低响应时间。

· 高压绝缘：SiC器件开关频率快，开关过程中的dv/dt均提高，高dv/dt对电机绕组的绝缘带来不利影响，可能会加速漆包线、绝缘环等绝缘件的老化，加强电磁线、绝缘纸、绝缘套管、浸渍漆等材料的应用。

· 电机控制器零部件挑战：连接器、继电器、熔断器、薄膜电容也会受到高压的影响，使用寿命会出现下降，需要选择具有更高的耐压值的元器件。

· SiC器件价格较高：目前SiC芯片的工艺不如Si成熟，主要为4英寸和6英寸晶圆，材料利用率不高，而Si芯片的晶圆已经发展到8寸甚至12寸市场上对SiC芯片需求也还未形成规模，也从另一方面导致了SiC芯片成本比较高。

· SiC器件工艺技术发展滞后：目前，传统封装工艺实际上已经变成了性能的瓶颈,如沿用现有Si的封装技术，SiC耐高温性能可能受到影响降低寄生电感和发挥SiC耐高温等性能成为工艺突破的方向。高温烧结和低杂散电感是实现高频性能所必需的工艺条件，需要高温高可靠封装材料。

目前，我国电控领域IGBT功率模块的市占率和技术均落后于国外企业，软件架构和整车匹配标定以及软件测试等领域还存在较大不足。

围绕电驱动系统成本、高效、高速、可靠等开发要求，减速器在技术上，将朝着两档化、低摩擦、平台化和集成化等方向发展。

高压连接器作为连接整车高压电气部件的关键元器件，其可靠性、安全性关系到整车系统可靠甚至人身安全等，是新能源汽车安全运行的保障。随着整车朝800V甚至更高电压发展，通过高压连接器的载流量将迅速加大，对其安全可靠提出更高的技术要求，尺寸小、便于装配，成本低等同样是其重要发展方向。

围绕电压连接器安全可靠的技术发展方向，零部件企业应从绝缘、耐压等级、高压互锁、防护等级、EMC等多角度进行高压连接器的设计开发，同时要兼顾装配性和成本需求。如泰科电子在其新一代PCON连接器上通过结构和设计创新等实现高安全可靠性能，满足混合动力和纯电动汽车（400V/800V）高压互连系统的应用。

继2019年华为推出首款7合1之后，行业对于多合一产品的开发热度高涨，目前行业陆续出现了长安的7合1，零跑和比亚迪的8合1等产品。

在国内外主流三合一产品中，大部分电驱产品采用短中心距平行轴方案/同轴方案，电驱动总成功率密度多在1.42kW/kg以上，国内外技术水平接近。

内容来自公众号：驭势资本

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