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2018年我国新能源车电机驱动系统市场消费量、新能源汽车销量预测分析【图】

    电机驱动系统是新能源汽车核心零部件,由驱动电机和电机控制器两部分构成。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,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。与燃油汽车动力总成(发动机、变速器及其附件)不同,新能源动力系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

    电机控制器(电控)是整个动力系统的控制中心。一方面,它将动力电池端的直流电逆变为交流电,给驱动电机提供能量。另一方面,它接收整车控制信号和监控电机状态(转子位置、温度、电流和电压),通过调节驱动电机输入侧的电流和电压,控制驱动电机正常运行。

    由于新能源客车、乘用车和专用车对电驱动系统的功率、电压等级需求的不同,驱动电机和电控的成本存在一定的差异,电机和电控占整车成本20%左右。

电机与控制器约占新能源整车成本20%

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2018-2024年中国新能源车电机电控行业市场现状分析及投资前景预测报告

    2014-2017年我国新能源汽车销量分别为7.5、33.1、50.7、77.7万辆,CAGR达180.0%。基于工信部新能源汽车产业规划,2020年新能源汽车市场年销量有望达到200万辆。

2014-2017年国内新能源汽车销量CAGR达180.0%

数据来源:公开资料整理

    2017年9月27日,工信部发布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,以燃料消耗量积分和新能源汽车积分逐步接替购置补贴,确保2020年累计产销500万辆,“双积分”政策将于2018年4月1日正式施行。

    基于中汽协预估,2018、2019、2020年乘用车市场整体积分需求分别约为84万分、414.4万分和575.7万分。假设2018-2020年国内传统燃油车销量复合增速4%、单车积分3.1估算,新能源乘用车需求量分别为27万辆、134万辆和186万辆。

2018-2020新能源乘用车需求量分别为27、134、186万辆

-
2018E
2019E
2020E
燃油乘用车产量(万辆)
2570.7
2673.5
2780.5
新能源汽车积分比例
-
10%
12%
油耗负积分(万分)
84
147
242
新能源积分需求(万分)
-
267.4
333.7
积分总需求(万分)
84.0
414.4
575.7
新能源乘用车产量需求(万辆)
27.1
133.7
185.7

数据来源:公开资料整理

    合资汽车整车厂蓄势待发,预计2018年起将有多款新能源汽车投入市场。一汽奥迪5年内推出6款车型,通用汽车3年内推出至少7款车型,大众3年内推出17款车型,丰田2年内推出10款以上车型,日产5年推出10款以上车型等。

    2016年受骗补调查的影响,专用车政策不明确,2016年底新能源专用车正式进入推广目录。2017年上半年,新能源专用车销量0.9万辆,下半年开始逐步增长,累计销售13.7万辆,同比上半年增加14倍。

2017H2新能源专用车销量同比2017H1激增14倍

数据来源:公开资料整理

    经过2016年骗补事件调查和处罚影响,客车补贴大幅退坡,同时2016年末冲量透支2017年需求。2017年1-6月销量达到17952辆,同比下滑47.1%。随着补贴目录落地,2017年新能源客车累计销量达8.7万辆,下滑收窄至25.9%。

2017年国内新能源客车销量滑坡

数据来源:公开资料整理

新能源客车渗透率持续上升

数据来源:公开资料整理

    按照2017年4月工信部、发改委和科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》,预计2020年新能源汽车产销量达到200万辆,累计产销超过500万辆。经测算,2018-2020年新能源汽车总销量预计分别为100、152和214万辆。

国内新能源汽车销量预测

-
2016
2017
2018
2019
2020
新能源乘用车销量,万辆
33.6
57.8
75.0
120.0
170.0
YOY,%
-
72.0
29.8
60.0
41.7
新能源客车销量,万辆
12.3
8.7
10.0
11.6
14.8
YOY,%
-
-29.3
14.9
16.1
27.6
新能源专用车销量,万辆
4.8
11.1
15.0
20.6
28.9
YOY,%
-
131.3
35.1
37.5
40.0
新能源汽车销量,万辆
50.7
77.7
100.0
152.2
213.7
YOY,%
-
53.3
28.7
52.2
40.4

数据来源:公开资料整理

    新能源汽车根据车型搭载的电机与电控价格较大差异。2017年新能源乘用车以电控系统平均单价0.6万元/台,电机0.72万元/台;新能源客车电控系统1.6万元/台,电机1.92万元/台;新能源专用车电控系统1.2万元/台,电机1.64万元/台。以电控成本年降8%,电机成本每年降5%测算,2020年电机电控市场规模将达到295亿元。

2020年国内电机电控市场将达295亿元

类别
2016
2017
2018
2019
2020
新能源乘用车
销量(万辆)
33.6
57.8
75
120
170
电机单价(万元)
0.76
0.72
0.68
0.65
0.62
电机市场(亿元)
25.5
41.6
51.3
78.0
104.9
电控单价(万元)
0.65
0.6
0.55
0.51
0.47
电控市场(亿元)
21.9
34.7
41.4
60.9
79.4
新能源客车
销量(万辆)
12.3
8.7
10.0
11.6
14.8
电机单价(万元)
2.02
1.92
1.82
1.73
1.65
电机市场(亿元)
24.9
16.7
18.2
20.1
24.4
电控单价(万元)
1.74
1.6
1.47
1.35
1.25
电控市场(亿元)
21.4
13.9
14.7
15.7
18.4
新能源专用车
销量(万辆)
4.8
11.1
15.0
20.6
28.9
电机单价(万元)
1.73
1.64
1.56
1.48
1.41
电机市场(亿元)
8.3
18.2
23.4
30.5
40.6
电控单价(万元)
1.30
1.2
1.10
1.02
0.93
电控市场(亿元)
6.3
13.3
16.6
20.9
27.0
电机电控市场,亿元
108.2
138.4
165.6
226.2
294.7
YOY(%)
-
28.0
19.6
36.6
30.3

数据来源:公开资料整理

2020年乘用车电机电控占63%的市场,2017-2020年CAGR达34.2%

数据来源:公开资料整理

    电控实现了从电池到电机的能量转换,通过逆变器直流转交流带动电机运行。主要由控制模块(控制板)、功率变换模块(驱动模块)、直流母线电容、散热器等组成。

    电机控制器分为结构、硬件、软件三个部分。硬件作为控制系统的载体,承担了控制指令的接收与运行指令的输出,占据大部分的生产制造成本,软件决定了产品功能与性能,设计成本主要体现在研发阶段。

    功率变换模块通过IGBT等功率器件实现了直流转交流的逆变功能。IGBT模块是功率变换模块的核心器件,占整个控制器成本的40%。IGBT具有极高的的技术壁垒,全球IGBT市场主要由英飞凌、三菱、富士等企业占据,我国新能源汽车电机控制器使用的IGBT主要依靠进口。

IGBT占据电控主要成本

数据来源:公开资料整理

国内IGBT模块主要依赖进口

数据来源:公开资料整理

    在中小功率电控系统中,通过IGBT/MOSFET单管并联扩展功率的技术,可靠性、功率密度均有所提升,并显著的降低产品成本。MOSFET具有大电流高频率的特性,但耐压能力较IGBT弱。采用多只MOSFET并联的方式可以实现相同的逆变功能。

    以某型65KW逆变器中600A/30KW/1200V的IGBT模块为例,通过MOSFET及单管IGBT并联替代大功率IGBT模块方案可分别降低功率模块77%、54%的成本。

功率器件
规格/功率
单价(元)
数量(个)
总价(元)
降幅(%)
IGBT模块
600A/30KW/1200V
420
3
1260
-
方案1:MOSFET
30KW/200V
4
72
288
77%
方案2:单管IGBT
30KW/600V
8
72
576
54%

数据来源:公开资料整理

    驱动电机实现了电能转换为机械能,是电动汽车运动的载体。驱动电机主要有直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类。对比直流电机和开关磁阻电机,交流异步电机和永磁同步电机在功率密度、效率和结构安全性上具有绝对优势。

永磁同步电机与交流异步电机优势明显

项目
直流电机
交流异步电机
开关磁阻电机
永磁同步电机
功率密度
较高
峰值效率(%)
85-89
90-95
80-90
95-97
负荷效率(%)
80-87
90-92
78-86
85-97
转速范围(r/min)
4000-8000
12000-15000
>15000
4000-10000
可靠性
一般
优秀
结构坚固性
一般
优秀
体积
质量
控制操作性能
最好
电机成本(美元/kw)
10
8-10
8-10
10-15
控制器成本
一般

数据来源:公开资料整理

    驱动电机原材料主要包括钕铁硼等稀土永磁材料(永磁体)、钢材(铁芯叠片、驱动轴体)、铜(绕组)、镁铝合金(机壳)等基本金属。根据数据,在永磁同步电机中,永磁体组件的成本占整个电机物料成本的45%左右。

    稀土材料价格是影响电机成本最主要因素,本土稀土资源丰富助力永磁同步电机快速发展。永磁同步电机中的磁材由稀土材料加工而成。稀土材料在我国蕴藏丰富,储量和开采量的全球占比分别36%和83%,助力永磁同步电机快速发展。

永磁体占电机成本的45%

数据来源:公开资料整理

    当前车用永磁电机中一般采用钕铁硼磁材。钕铁硼磁材是目前磁性能最高、应用范围最广、发展速度最快、工业化生产中综合性能最优的磁性材料。钕铁硼产业链由稀土开采,稀土加工,稀土应用构成。

钕铁硼磁体产业链

数据来源:公开资料整理

    未来新能源汽车整体将继续呈现持续增长的趋势,对稀土永磁同步电机中使用的钕铁硼磁材需求将随之快速增长,原材料涨价导致电机成本上涨。

钕铁硼磁体原料价格上扬

数据来源:公开资料整理

    新能源汽车每减重100kg,续航提升10-11%,电池和日常损耗成本可减少20%,具备显著的经济性优势。集成化动力总成系统由驱动电机、变速器、电机控制器等机械部件和控制模块构成。一体化集成可分为机械部件的集成、控制模块的集成和机械部件与控制模块的集成三种模式。

    电动汽车动力传动系统包括电机、变速器、传动轴、差速器、半轴和车轮。其中,电机和变速器在传统新能源汽车使用分体式结构,精进电机开发出一款一体化电机与减速器驱动总成,一体式总成质量较之前的88kg减少到84kg,轴向长度缩小约90mm,宽度方向缩小约20mm。

    动力系统除了包含主控与主电机,还有一些配套的辅件:转向电机、打气泵、DC/DC、高压配电盒以及绝缘检测仪。一体化多合一控制器减少了离散控制器之间的外部接线,降低了故障点,在节省成本的同时,提高了产品的可靠性,整车厂更倾向于采购一体化电机控制器。

本文采编:CY321

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