新能源汽車“大三電”驅動系統(tǒng)包含驅動電機、電機控制器和減速器。驅動電機的主要功能是為新能源汽車提供動力，將動力電池的電能轉化為機械能，主要構成包括定子、轉子、殼體、結構件；電機控制器的主要功能是將來自動力電池的直流電轉換成交流電，根據(jù)整車控制指令來控制驅動電機的運轉，主要構成包括功率半導體、控制軟件和傳感器；減速器也被稱為傳動系統(tǒng)，主要功能用來降低輸出轉速，提高輸出扭矩。?

新能源汽車“小三電”電源系統(tǒng)包含車載充電機（OBC）、DC-DC 轉換器和高壓配電單元（PDU）。車載充電機的主要功能是為新能源汽車動力電池進行充電，主要構成包括 PFC 電路、隔離 DC/DC 和低壓輔助電源；車載 DC-DC 轉換器的主要功能是將新能源汽車動力電池組的高壓直流電轉換為低壓直流電，主要構成包括主控板、功率器件和電感；高壓配電單元的主要功能是負責新能源車高壓系統(tǒng)解決方案中的電源分配與管理，主要構成包括銅排、繼電器、熔斷器、預充電阻、電流采集器等。

資料來源：英搏爾、精進電動、招商銀行研究院?

上圖：新能源汽車電驅動系統(tǒng)功能介紹

關于電機

永磁同步電機成為主流，扁線油冷是技術發(fā)展方向?

驅動電機是電驅動系統(tǒng)的重要部件，其主要功能是將動力電池的電能轉化為機械能，為新能源汽車提供動力。驅動電機利用電磁感應原理，利用通電線圈（定子繞組）產生旋轉磁場并作用轉子，形成磁電動力，從而產生旋轉扭矩驅動車輛行駛。新能源汽車技術路線主要有直流電機、交流異步電機、永磁同步電機和開關磁阻電機四種，功率密度和轉矩密度成為衡量電機性能的關鍵指標。直流電機由于缺陷較多，已經逐步被市場淘汰。開關磁阻電機擁有較高轉矩脈動，但振動和噪聲較大，主要運用于商用車。在乘用車領域，目前主要采用永磁同步電機和交流異步電機。

上圖：驅動電機主要技術路線對比

永磁同步電動機性能優(yōu)異，已成為新能源汽車的主流選擇。交流異步電機是由定子繞組通電產生旋轉磁場，轉子跟著定子的旋轉磁場轉動，最終驅動電機旋轉。交流異步電機轉子的轉速比定子轉速要慢，轉子和定子形成異步運行。永磁同步電機與交流異步電機的主要區(qū)別在轉子結構，永磁同步電機在轉子上放置永磁體，由永磁體產生轉子磁場，省去了勵磁電流或者感應電流的環(huán)節(jié)，定子的旋轉磁場會拉動轉子同步旋轉。從性能上看，永磁同步電機在瞬態(tài)仍然可以保證較高的效率，同時有著更大的功率密度，適用于頻繁起停的工況以及較小的乘用車布置空間。?

永磁同步電機占據(jù)乘用車裝機量的 90%，交流異步電機在高端車型雙電機配置下有部分使用。從裝機量看，永磁同步電機憑借性能優(yōu)勢已占據(jù)新能源乘用車絕大部分裝機市場；交流異步電機在高速場景下性能更優(yōu)，主要作為高端車型雙電機配套方案。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 1-7 月，我國新能源乘用車配套驅動電機 279.6 萬套，其中永磁同步電機 250.2 萬套，占比 89.5%；交流異步電機 9.1 萬套，占比 3.3%。交流異步電機配套高端車型包括特斯拉Model 3、特斯拉 Model Y、蔚來 ES 6、蔚來 ES8、奔馳 EQA、奔馳 EQB、大眾ID4.X、大眾 ID6.X 等。?

電機市場集中度略有下降，整車廠獨占鰲頭，第三方供應商競爭激烈。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 H1 我國新能源乘用車驅動電機搭載量為 231.8 萬套，同比增長 129.3%。由于新能源整車市場火爆，驅動電機市場新進入者較多，TOP10 供應商市場占有率從 2020 年的 81.6%下降到 2022 年 H1 的 75.6%。

2022 年 H1 我國新能源乘用車驅動電機 TOP10 供應商為比亞迪、特斯拉、方正電機、日本電產、匯川技術、蔚來驅動科技、上海電驅動、聯(lián)合電子、巨一動力、雙林汽車。其中，比亞迪和特斯拉依靠整車銷售優(yōu)勢市場份額持續(xù)擴大；第三方供應商競爭激烈，方正電機穩(wěn)定占據(jù)市場第三，其他供應商競爭優(yōu)勢不顯著。

上圖左：2022年4-7月新能源乘用車驅動電機裝機量

上圖右：2022年H1新能源乘用車驅動電機市場份額

持續(xù)提高功率密度和轉矩密度，扁線、油冷成為電機主要技術發(fā)展方向。驅動電機其性能和效率直接影響整車的功率、扭矩和可靠性。隨著電機技術的不斷進步，在電機繞組形式、電機冷卻方式上出現(xiàn)多種技術革新，其中扁線繞組、油冷電機成為主要的技術發(fā)展方向，具有高功率、高效率、散熱性能更好等優(yōu)點。?

扁線電機功率密度更高，滲透率快速提升。扁線繞組電機的顯著特點是定子繞組中采用截面積更大的扁銅線，提高電機槽滿率。與普通圓漆包線繞組相比，扁線繞組在相同的體積下，具有能量密度更高、電機效率更高、散熱能力更強、機械噪音和電磁噪音更小的特點。2020 年，全球新能源汽車扁線電機滲透率為 15%，我國扁線電機滲透率約為 10%。2021 年，隨著特斯拉、大眾、寶馬、比亞迪、蔚來等車企開始大規(guī)模換裝扁線電機，扁線滲透率大幅提升。

2022 年上半年，中高端新能源車型幾乎全部采用扁線電機，截至 2022 年 7月，我國新能源乘用車扁線電機滲透率達到 41%。?

油冷電機可進一步提升電機熱管理效率，配套扁線電機滲透率將持續(xù)提升。電機的功率效率受制于電機熱管理能力，提高電機冷卻散熱能力可提高功率密度，提升電機使用壽命。常用的電機冷卻方式包括風冷、水冷、油冷。風冷電機主要利用機殼外部的散熱鰭片，通過流動的氣流將熱量帶走，特點是體積小、重量輕，散熱性能相對較差。水冷電機采用電機機殼中增加水道的方式，通過熱交換將熱量帶走，特點是散熱好，已成為目前最主要散熱方式。油冷電機將水冷中的散熱介質換成特種油品材料，特點是降溫效果好，尤其適合扁線電機場景，是未來主要發(fā)展方向。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 7 月我國新能源乘用車油冷電機滲透率達 27%，液冷電機滲透率保持在 60%左右。

上圖左：2022年4-7月新能源乘用車電機裝機量（繞組型）

上圖右：2022年4-7月新能源乘用車電機裝機量（冷卻類型）

關于電機控制器

以提升體積功率密度為核心，IGBT 和功率模組是主流解決方案?

電機控制器是電驅動系統(tǒng)的核心控制單元，將來自動力電池的直流電轉換成三相交流電，根據(jù)整車控制指令來控制驅動電機的運轉。電機控制器主要由主控板、驅動板、功率器件、薄膜電容、電流傳感器等構成，以高頻高功率模塊為核心，圍繞其進行硬件與軟件開發(fā)、電力電子設計、控制算法優(yōu)化，實現(xiàn)對電機轉速、轉向、角度、響應時間的精確控制。?

電機控制器需要硬軟件緊密配合，提升體積功率密度是其核心目標。在硬件方面，電機控制器既要滿足車輛各項電氣性能指標，又要追求高功率密度和高性價比。硬件依賴高頻高功率半導體工藝技術，通過提升硬件電路設計能力、提供電磁兼容能力、提升散熱效果，最終實現(xiàn)電機控制器整體性能改進。

在軟件方面，電機控制技術普遍采用矢量變頻調速控制軟件。由于電機參數(shù)的差異，以及車輛運行時電機參數(shù)隨溫度變化較大，需要對電機參數(shù)通過軟件進行實時監(jiān)測并調整控制器的工作參數(shù)。通過對電機參數(shù)識別，才能精準控制電機，保證驅動系統(tǒng)的運行效率，減少系統(tǒng)發(fā)熱，增加行駛里程。電機控制器的核心指標是體積功率密度，過去十年電機控制器體積功率密度持續(xù)提升，從2010 年的基于 IGBT 的 11KW/L，到 2017 年基于 IGBT 的 22KW/L，到 2022 年基于 SiC 的 60KW/L。體積功率密度的快速提升，促進了新能源汽車實現(xiàn)爆發(fā)式增長。

上圖：電機控制器主要技術指標

電機控制器需求快速增長，市場集中度持續(xù)提升著。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 H1 我國新能源乘用車電機控制器搭載量為 231.8 萬套，同比增長129.3%。其中，TOP10 供應商市場占有率持續(xù)提升，從 2020 年的 69.9%提升到2022 年 H1 的 77.1%。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 H1 我國新能源乘用車電機控制器 TOP10 供應商為比亞迪、特斯拉、匯川技術、日本電產、陽光電動力、英搏爾、蔚來驅動科技、聯(lián)合電子、巨一動力、上海電驅動。其中，比亞迪和特斯拉依靠整車銷售優(yōu)勢市場份額持續(xù)擴大；第三方供應商匯川技術穩(wěn)定占據(jù)市場第三位。

上圖左：2020-2022H1新能源乘用車電控裝機量

上圖右：2022年H1新能源乘用車電控市場份額

在電機控制器成本構成中，功率模塊占據(jù)重要地位。電機控制器主要構成包括功率模塊、PCB 板、傳感器、殼體和控制軟件等，功率模塊性能對電機控制器產品可靠性及穩(wěn)定性影響較大，功率模塊有 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、MOSFET 功率場效應晶體管、SiC-MOSFET（碳化硅）等解決方案。以IGBT 解決方案的成本構成來看，功率模塊占比約 37%，驅動電路占比約 12%，控制電路占比約 16%，殼體占比約 12%，電流傳感器占比約 5%，門驅動芯片占比約 4%。?

國內供應商在功率模塊領域取得重大突破。功率模塊占電控成本比重最高，價格波動對電機控制器的成本影響較大，市場主要參與者為國外芯片巨頭。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，功率模塊市場主要供應商包括英飛凌、意法半導體、博世、德州儀器、安森美。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 H1 我國新能源乘用車功率模塊 TOP10 供應商為英飛凌、比亞迪半導體、斯達半導體、中車時代、意法半導體、安森美、博世、富士電機、博格華納、日立。其中，比亞迪半導體、斯達半導體、中車時代取得重大突破，成為國內汽車功率模塊主要供應商，并快速擴大其市場占有率。

上圖左：電機控制器成本構成

上圖右：2022年H1新能源乘用車功率模塊市場份額

IGBT 是目前最主流的功率芯片，SiC-MOSFET 是未來發(fā)展趨勢。電機控制器功率模塊主要采用 IGBT、Si-MOSFET、SiC-MOSFET 三種功率芯片。IGBT 兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優(yōu)點，驅動功率小而飽和壓降低，非常適合應用于直流電壓為 600V 及以上的新能源汽車領域，憑借性能和成本優(yōu)勢成為目前最主流的裝機功率芯片。Si-MOSFET 相對性能差耐壓低，更擅長小功率的電機控制器，主要應用于 AOO、A0 級車型，包括五菱榮光Mini、奇瑞 QQ、北汽大貓、朋克多多、東風風神 E70、東風小康 MINI、榮威Clever、寶駿 E200 等。SiC-MOSFET 具有高開關頻率、高效率、高功率密度等優(yōu)點，但目前成本較高，主要用于中高端 B 級、C 級車，包括特斯拉 Model Y、Model 3、蔚來 ET7、比亞迪唐 EV、比亞迪漢等。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 7 月，電機控制器功率模塊整車出貨中，IGBT 占比約 85%，Si-MOSFET占比約 12%，SiC-MOSFET 占比約 3%。?

功率模組是目前最主流的電機控制器功率器件封裝路線。功率芯片在新能源汽車中的應用可分為模組和單管并聯(lián)兩條技術路線。單管并聯(lián)方案采用IGBT、MOSFET 單管通過并聯(lián)來擴展功率的方式制作，單管成本顯著低于模塊，具備高性價比優(yōu)勢，缺點是工藝復雜、可靠性較差，主要應用于成本要求較高的 A 級以下車型，國內匯川技術、陽光電動力、英搏爾均推出單管并聯(lián)的方案并實現(xiàn)量產。模組方案采用特定規(guī)格的標準化 IGBT、SiC-MOSFET 模組產品，優(yōu)勢是高度集成、可靠性強、降低系統(tǒng)設計復雜度，缺點是成本較高，主要應用于中高端 B 級以上車型。模組主要供應商是英飛凌、意法半導體等海外巨頭，上海電驅動推出了基于國產功率模塊的量產產品。根據(jù) NE 時代的數(shù)據(jù)，2022 年 7 月，電機控制器功率封裝類型出貨量中，單管拼接占比 19%，模組占比約 81%。

上圖左：2022年4-7月新能源乘用車電控裝機量（按功率器件類型）

上圖右：2022年4-7月新能源乘用車電控裝機量（按功率器件封裝形式）

關于減速器

單級是目前主流方案，多擋是未來發(fā)展趨勢?

配置減速器是新能源汽車的主流方案。減速器也被稱為傳動系統(tǒng)，主要由傳動零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件組成，一般安裝于驅動電機后方，或與驅動電機集成為“驅動+傳動”二合一集成產品。減速器的主要功能是降低輸出轉速，提高輸出扭矩。如果不配置減速器，電機輸出到車輪的扭矩太小，在爬坡等大扭矩場景難以滿足需求。為了提升車輪扭矩，選擇大扭矩電機又會導致價格極高、整車性價比較差的問題。從技術成熟度和成本兩方面因素考慮，電機配套減速器成為新能源汽車的主流方案。按照傳動等級分類，減速器可以分為單級減速器、兩擋減速器以及多擋減速器。由于電機具有與傳統(tǒng)內燃機不同的工作特性，無需增加多擋減速器，只需增加一個單級減速器或者兩擋減速器即可。?

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上圖：減速器主要技術特點和應用

單級減速器是目前純電動汽車的主要選擇。單級減速器憑借較高的傳動效率、豐富的可選資源、開發(fā)難度小、成本低等優(yōu)勢，不但可以滿足中小型新能源整車要求，也降低了選用電機的適配門檻。因此搭配單級減速器的解決方案，成為目前全球主流純電動汽車采用的方案。?

兩擋、多擋減速器有望成為未來發(fā)展趨勢。單級減速器在高轉速場景下，電機使用效率偏低，扭矩會急速下降。將單級減速器增加一擋，可使電機盡量工作在高效率的轉速區(qū)間，從而達到降低損耗、提高續(xù)航里程的效果，兩擋減速器已經成為純電動汽車的發(fā)展潮流。多擋減速器可以降低電耗，提升電動車的續(xù)航能力，成為插電混動車型的主要選擇。?

減速器市場集中度有所下降，整車配套企業(yè)占據(jù)領先優(yōu)勢。根據(jù) NE 時代的統(tǒng)計，2022 年 7 月我國新能源乘用車單級減速器滲透率達 77%，兩擋和多擋減速器滲透率在 23%左右。其中，TOP10 供應商市場占有率有所下降，從 2021年的 72.6%下降到 2022 年 H1 的 69.5%。2022 年 H1，我國新能源乘用車減速器TOP10 供應商為比亞迪、特斯拉、五菱工業(yè)、株齒、雙環(huán)傳動、青山變速器、麥格納、美橋、蜂巢傳動、上海變速器。其中，比亞迪、特斯拉、五菱工業(yè)依靠整車銷售優(yōu)勢占據(jù)前三；第三方供應商中，株齒成為領先者，穩(wěn)定占據(jù)第四位。

上圖左：2022年4-7月新能源乘用車減速器裝機量

上圖右：2022年H1新能源乘用車減速器市場份額

關于電源系統(tǒng)

多合一集成化成為行業(yè)趨勢?

新能源汽車電源系統(tǒng)也叫“小三電”，一般包括車載充電機（OBC）、車載DC-DC 轉換器和高壓配電單元（PDU），其主要功能提供動力電池組充放電、電能轉換及電能分配。?

車載充電機成為必配系統(tǒng)，可根據(jù)功率等級、電壓等級進行選擇。新能源汽車的充電方式主要包括交流電充電和直流電充電兩種。車載充電機主要應用于交流電充電方式的場景中，即通過交流電源給新能源汽車充電。當使用交流電充電時，由于動力電池輸入端口要求為直流電，需使用車載充電機將交流電轉換為直流電；當使用直流電充電時，直流電可直接適配動力電池輸入端口，此時無需使用車載充電機。從整車廠的角度而言，為滿足用戶充電場景的多樣性，車載充電機成為必配系統(tǒng)。從功率等級看，可分為 3.3kW、6.6kW、11kW、22kW，其中 6.6kW 雙向充電機將是主流配置，11kW 和 22kW 將成為中高端車型選配。從電壓等級看，可分為低壓、中壓、高壓平臺，200V-500V 中壓平臺仍是主流，700V-1000V 高壓平臺將成為中高端車型選配。

上圖：新能源汽車不同充電方案對比

車載充電機市場集中度有所提升，以第三方供應商為主。車載充電機市場高度集中，市場競爭格局將持續(xù)優(yōu)化，頭部供應商競爭力持續(xù)增強。根據(jù) NE時代的數(shù)據(jù)，2022 年 H1 新能源乘用車車載充電機裝機量 2,083,407 套。車載充電機市場集中度有所提升，TOP10 供應商市場占從 2021 年的 91.3%上升到2022 年 H1 的 94%。2022 年 H1，我國新能源乘用車車載充電機 TOP10 供應商為比亞迪、威邁斯、英搏爾、富特科技、特斯拉、欣銳科技、鐵城科技、科世達-華陽、華為、松下。車載充電機市場以第三方供應商為主，其中威邁斯穩(wěn)居第三方供應商首位。?

上圖左：2022年4-7月新能源乘用車OBC裝機量

上圖右：2022年H1新能源乘用車OBC市場份額

DC-DC 轉換器主要功能是新能源汽車電壓變換裝置。車載 DC-DC 轉換器將動力電池高電壓側能量轉換為低電壓側能量，給全車低壓用電設備及低壓蓄電池供電。新能源汽車低壓用電設備運行時無法直接從高壓動力電池取電，而是從低壓蓄電池取電或通過 DC-DC 轉換器從高壓動力電池取電；低壓蓄電池中儲存的能量亦是通過 DC-DC 轉換器從高壓動力電池取電獲得。車載 DC-DC 按功率可分為 2KW 平臺、3KW 平臺和 5KW 平臺，其中 2KW、3KW 將是主流配置方案，5KW 平臺是中高端車型選配。車載 DC-DC 轉換器封裝方式包括水冷、風冷、自然風冷、模塊方式。

高壓配電單元主要功能負責新能源車高壓系統(tǒng)中的電源分配與管理。高壓配電單元為整車提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過載短路保護、高壓采樣、低壓控制等功能。高壓配電單元將動力電池的高壓電分配給電機控制器、驅動電機、電動空調壓縮機、DC-DC 等高壓用電設備，同時將充電接口高壓充電電流分配給動力電池用于充電。高壓配電單元具有水冷、風冷等散熱結構。?

電源系統(tǒng)多合一集成化設計成為趨勢。隨著新能源汽車在電源系統(tǒng)上要求越來越高，將車載充電機、車載 DC-DC 轉換器和高壓配電單元集成的產品逐步成為車載電源的主流方案。通過車載電源系統(tǒng)的集成，大功率、小型化、集成化、智能化、高性價比成為車載電源產品的發(fā)展方向。?

上圖：電源多合一集成設計是趨勢

編輯：黃飛

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