股票簡稱：巨一科技
股票代碼：688162
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《汽車專家述評》編輯組非常榮幸邀請林董事長撥冗分享巨一科技在新能源汽車電驅動系統的技術創新路線與對產業發展的建議，以期待對中國自主汽車零部件企業的發展提供參考。
新能源汽車電驅動系統的技術創新路線與建議
一、新能源電驅動產業的發展現狀與市場形勢
1.市場形勢
市場概況。新能源汽車產銷量是新能源汽車電驅動系統配套產業發展的基礎，近年來在國家政策的大力支持下，我國新能源汽車產業得到長足發展。根據中國汽車工業協會統計數據，中國新能源汽車銷量由 2011 年的 8159 輛增長至 2021 年的352.1萬輛。在新能源汽車產銷量高速增長的帶動下，我國新能源汽車電驅動系統市場也呈現出高速增長的態勢。
國內外市場需求。電驅動系統作為新能源汽車的“心臟”，對整車的動力性、經濟性、舒適性、安全性等指標都起到至關重要的作用。隨著新能源汽車整車性能的提升，市場對于電驅動產品的需求正朝集成化、高效化方向發展。三合一電驅產品在國內市場的滲透率持續上漲。據相關機構統計，2021年三合一電驅產品的占比已接近60%，七合一、八合一等高集成產品也已裝車上市。國外市場上新一代電驅產品也不斷推出，如寶馬的第五代電驅動系統E-Drive采用無永磁體或稀土材料的電勵磁電機、采埃孚的模塊化電驅動組件等。此外，圍繞效率提升，在以特斯拉、比亞迪等頭部OEM企業的引領下，發卡式扁線電機在國內也已批量推廣應用，針對整車800V高壓電氣架構的高壓油冷電機、碳化硅電控產品也相繼推出。隨著新能源汽車的快速發展，電驅動系統市場需求也發生了大變化，產品進入快速更新迭代期，呈現需求多樣化。
市場的發展趨勢。在新能源汽車行業快速發展的大環境下，電驅動系統市場規模可期，機會點多，吸引了眾多企業和資本進入，如華為、加特可等實力強勁的企業。此外下游主機廠自研、自制趨勢愈發明顯，導致了電驅動系統市場競爭愈發激烈。在產品需求方面，隨著新能源汽車對不同級別車型市場的逐步滲透，電驅動系統產品隨車型級別將呈現出分功率段、分技術特征的局面，例如分體式或三合一或多合一、圓線或扁線、水冷或油冷或油水混合冷、400V硅基電控或800V碳化硅電控；電驅動系統產品較以往將呈現出更多的差異化和多樣性，以匹配不同定位的整車產品需求。
2.產業發展現狀
產業融合開放。產業集群發展方向凸顯，在高度集成化的趨勢下，多領域融合發展不斷涌現，例如電驅動系統企業的并購、電驅動系統與減速器企業間的戰略合作、DCDC等多合一企業間的重組等。相互賦能、協同發展成為各行業主體發展壯大的內在需求，跨行業、跨領域融合創新將成為新能源電驅動系統產業發展的時代特征，能夠極大增強產業發展動力和市場活力，形成融合開放、互利共贏的產業新格局。
產業發展瓶頸。新能源汽車市場端爆發式的需求，加上原材料成本的大幅上漲，使得電驅動系統供應商的成本壓力巨大。此外隨著全球半導體產能的日益緊張，而國內汽車級芯片才剛剛起步，尚不成熟；“成本”與“缺芯”極大影響了電驅動產業的發展。
二、新能源汽車電驅動系統的產品技術發展趨勢
1.扁線、多合一、800V是絕對趨勢
扁線電機因具有高槽滿率和低直流電阻，在中低速運行區域較圓線電機具有效率優勢。扁線繞組工藝可增加銅的填充量，槽滿率提高15%以上，同時與定子有效接觸面積增大，繞組溫升較圓線電機降低 10%，功率密度增加15%，因此在成本、重量和體積方面更具優勢。
電驅動系統在系統層面以集成化為主，將小三電和大三電進行深度集成，組成六合一或七合一系統，實現多部件融合的系統級集成、優化。電驅動系統集成式設計，結構緊湊，使車內各系統布局更加靈活，有利于車企的平臺化設計。七合一電驅動總成系統，集成了電機、電機控制器、減速器、OBC、DC/DC、PDU、PTC七大部件，實現了機械部件和功率部件的深度融合，目前已逐步從硬件融合、向電氣融合、芯片融合推進，結合新一代多核處理器實現一板多功能，進一步提升系統層面的高集成化、高效率和低成本的優勢。
續航里程和充電時間是電動汽車面臨的核心短板，而新一代功率器件碳化硅模塊具有高溫、高效和高頻特性，可顯著提升電驅動系統的效率、功率密度和開關頻率，簡化散熱設計降低成本；進一步提升整車的續航里程，并且集成高壓Booster以實現快充，應用場景進一步擴大。可預見，800V高壓平臺+超級充電樁技術將成為新的產品趨勢。
2.多物理場NVH仿真技術開發
電驅動系統總成噪聲形成機理的多樣性，傳播路徑的復雜性，以及高度集成化、小型化、大轉矩、低噪聲的設計矛盾使得電驅動系統NVH設計面臨著諸多挑戰，因此電驅動系統的電磁-振動-聲學多物理場NVH技術開發顯得至關重要。
電磁方向：主要針對電機定子電磁脈動諧波所產生的徑向電磁力引起的電磁噪聲，建立完善的電磁力仿真評估和優化能力，從設計源頭管控電磁NVH性能，同時確保了電磁仿真分析結果與測試結果具備較好的相關性；結構響應方向：除了對結構的避頻和避型外，還針對軸承、齒輪等結構所產生的載荷激勵進行仿真設計評估，建立減速器噪聲振動仿真分析能力，能夠實現識別齒軸NVH風險并做出相應優化舉措；聲學方向：通過耦合電磁和齒軸載荷激勵，結合多物理場載荷與總成結構模型，實現電驅動系統的噪聲預測，并基于此對設計方案進行快速迭代，通過多目標參數優化，在NVH與產品性能和成本上達到一個平衡。
3.輕稀土技術開發
在PMSM設計中，為了獲得更高的磁能積，在磁鋼的配方中會加入稀土金屬，以獲得高矯頑力和高剩磁，但同時又帶來高昂的磁鋼成本。為了擺脫這種約束，在電磁方案設計過程中，可通過轉子拓撲優化和多目標參數優化，調整磁橋數量，提高電機凸極比，增加電磁轉矩中磁阻轉矩占比，使得永磁轉矩的利用率達到最大，減少永磁體的用量。同時根據電磁性能要求，定制化磁鋼生成工藝，基于雙合金工藝、晶粒細化工藝、滲透工藝、低溫長時間燒結工藝的應用，進一步減少重稀土用量，以此降低磁鋼成本。
4.智能化提升差異優勢
電動汽車整車電子電氣架構正朝著分布式域控的方向邁進，主要分為五大域：動力域，底盤域，智能駕駛域，車身域以及智能座艙域。其中基于智能化，對動力域控提出了新的需求：
自我進化：支持FOTA，通過TBOX可以實現在線更新或離線更新動力域控制軟件。這也使得軟件的快速迭代和新功能的部署成為可能，讓駕駛員獲得動力系統越來越可靠，功能越來越強，效率越來越高的不斷進化的科技感。
體積更小、功能更強勁：動力域控持續深度集成，從最開始的結構集成，到硬件邏輯集成到最后的軟件集成，進而可以提供更強的功能，同時對外接口更少、更簡單，貫徹越智能越簡約的設計理念。例如VCU和MCU通過CAN通信的交互轉變為域控芯片內部的CPU核間通信，通信延時至少提高一個數量級，從而響應更快。
主動故障預測：云端通過TBOX收集動力域控的運行狀態和數據，通過大數據預測關鍵器件的壽命和可能發生的故障，同時4S店可以根據故障預測信息提前備貨，使得保養和維護更簡單、快捷，也大大減少了車輛運行時故障的發生。主動故障預測也進一步彰顯了動力域控的智能化。
運行效率持續提升：云端通過TBOX收集動力域控的運行狀態和數據，通過大數據分析，持續優化內部標定參數，使系統運行在最佳狀態。運行狀態和數據也可以作為下一代動力域控優化升級的輸入。
5.“安全技術”保駕護航
隨著新能源汽車功能需求不斷提升，整車軟硬件模塊數目成倍增長，汽車系統設計愈加復雜，系統的功能安全已然成為人們關注的焦點，而與之配套的電驅動系統則承擔著至關重要的安全角色。目前電驅動行業已逐步實施并實現ASIL C等級，同時ASIL D等級要求也逐漸清晰，結合電驅動系統多合一的趨勢，其功能安全開發耦合性更強、驗證工作也更復雜，需要進一步從測試驗證上確保安全機制在系統層面的功能性和準確性。
三、巨一科技在電驅動系統領域的自主創新和產業實踐
1.客戶導向的自主集成設計
巨一科技以客戶需求為本，以產品在整車上的最優性能為目標。通過長期與整車企業的合作，充分理解整車對電驅動系統的要求，在此基礎上建立并拓展了自主集成化的設計路線。首先是電機和控制器的集成開發，在吸收傳統汽車零部件業務的經驗基礎上，從業務初始就堅持電機和控制器的協同集成開發，最大限度發揮電機和控制系統的潛能；其次是電機、控制器和減速器的集成，開發集成化電驅動系統，目前公司已成功開發集成化電驅動系統平臺產品，系統最高效率達到 94.5%，電機效率高于 85%的高效區占比達到97.4%，產品功率密度能夠達到2.63kW/kg。目前，巨一科技是行業內少數可以提供電機、控制器、減速器及其集成正向開發和產品服務的供應商之一。
2.基于動力總成理念的開發和測試
得益于長期在動力總成領域提供變速箱、發動機等產品的智能裝測生產線，巨一科技對變速箱、發動機等產品的密封與散熱結構、 高精度測量與裝配技術、 EOL測試技術等產品和制造工藝技術具有深刻的理解。巨一科技將這些經驗積累應用于電驅動系統產品的開發和制造過程，為產品的可靠性和可制造性提供了有力的保障。
3.“雙輪”驅動，高速發展
巨一科技在汽車行業深耕近20年，堅持智能裝備和電驅動系統雙輪驅動發展戰略。一方面，智能裝備整體解決方案業務使得巨一能夠深刻理解汽車行業的發展及變革趨勢，抓住市場機遇進行戰略轉型升級。另一方面，巨一在汽車裝備領域深厚的知識技術積累使得公司具備切入汽車核心部件領域的能力。此外，長期為汽車行業服務積累的客戶資源和服務經驗也為新能源汽車電驅動系統業務的發展奠定了良好的基礎。截止目前，巨一已圍繞集成化、智能化電驅動系統以及扁線電機、油冷電機、碳化硅電機控制器等下一代電驅動系統相關產品，持續推進創新研發和產業化布局，滿足不斷增長的市場需求。
四、面向未來的電驅動系統產業發展建議
1.持續的研發投入，掌握核心技術
為了應對電驅動系統快速迭代創新的大趨勢，行業應持續增加研發投入力度，為研發體系建設和產業化落地提供有力的資金保障，特別是在高性能驅動電機、碳化硅控制器、高集成度電驅動系統三個方向上，重點開展自主研發，實現產品技術提升，滿足高性能指標，盡快形成核心技術。
2.主機廠與第三方的求合存競現階段主機廠自供電驅動系統基于先天優勢，市場份額較第三方更大。但在技術快速迭代的趨勢下，為提高市場競爭力，同時兼顧采購研發成本以及供應鏈優化，主機廠也會尋求與第三方供應商的合作。但主機廠仍會維持一定的自供比例，作為安全邊界，以保證自身的話語權。因此第三方供應商與主機廠的競合關系也愈加清晰。
第三方供應商面向多客戶、多需求，在長期的產品研發和生產過程中積累了成熟的開發經驗和技術儲備，對于主機廠短期內很難超越。但主機廠的市場渠道、品牌效應、資源整合也是自身的獨特優勢。雙方應進一步求合存競：首先加深合作，實現優勢和資源互補，提升產品綜合競爭力，在新能源汽車的爆發增長期，快速搶占市場份額；其次允許存在一定良性競爭，保證產品技術持續研發迭代的生命力，進而推動新能源電驅動產業的持續發展。
3.產業布局與市場需求相匹配
為順應新能源汽車快速發展，滿足客戶對新一代電驅動系統產品的高要求，電驅動系統企業應積極推動產業布局，建設與市場匹配的產業化設備，以不斷提高自身競爭力。但電驅動系統業務也同樣面臨來自下游主機廠自制和多方競爭對手的雙重擠壓，競爭愈發激烈。首先，下游應用車型批量生產上市周期長、產品應用車型終端銷售存在不確定性；其次，產品規模化銷售前，相關研發、市場開拓及生產準備投入較大，機遇與風險挑戰并存。因此在電驅動系統產業布局方面，我們應以理性的態度看待新能源汽車快速發展帶來的巨大市場需求，深度服務好已有客戶，積極穩步開拓優質客戶，切忌盲目擴大布局投建，堅持以銷定產原則，在產業布局上穩中求進。
4.關注裝備和制造能力，迎接規模化時代
電驅動系統作為新能源汽車“三橫”關鍵技術之一，是新能源汽車產業領域中極為關鍵的部分。隨著新能源汽車產業的蓬勃發展，電驅動系統的市場規模將迎來爆發式增長。與此同時，電驅動系統在質量、性能、可靠性、成本等方面的需求也越來越高，這與行業內相對落后的制造能力形成了明顯落差。如何提高裝備制造能力，進一步匹配快速迭代的技術開發，將成為企業搶占市場的核心競爭力。
預計未來幾年，新能源汽車電驅動系統行業的制造集中度將越來越高，隨著上游供應越發成熟，產品價格受市場波動影響變小。材料價格的可挖掘空間下降，電驅動系統的競爭重心也將由材料轉向挖掘空間更大的裝備及制造工程化能力。
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