今年9月,飞凡R7正式上市,其四驱版本峰值功率为400kW,最高峰值扭矩为700N·m,0~100km/h加速仅需3.8s,直接进入3s俱乐部。值得注意的是,飞凡R7基于扁线绕组技术的新一代8层扁线电机和直瀑式油冷技术,使其电机效率逼近物理极限高达97%,恒定功率占比提升约50%。应用在飞凡R7中的扁线电机近些年已逐渐成为行业大势所趋,那么扁线电机究竟是何方神圣?对新能源汽车又有何重大影响?
汽车行业“新四化”,电气化是首要条件。而电动汽车想要真正实现大规模的普及,就必须尽力降低成本。如今电池成本居高不下,扁线电机作为新的降本方向逐渐走入行业视野。
图表1 扁线电机与圆线电机效率对比
资料来源:中航证券
如上图所示,扁线电机相比传统的圆线电机平均效率高出1.12%,全转速下也只提升了2.02%。为什么这样微小的效率提升使扁线电机成了人见人爱的香饽饽,以至掀起整个驱动电机行业的变革?
这个问题的答案不仅在于扁线电机拥有更高的效率,还在于效率提升带来的多方面正效应。首先,扁线间的空隙要比圆线紧密很多,槽满率由圆线的40%提升到70%,电机转化效率提升了1.12%,从而在低转速高扭矩的城市拥堵路况中,扁线电机的工作效率可比圆线高出10%,节省的电能有助于电池进一步缩减容量,整车成本也就随之下降。
其次,槽满率越高,导线越多,产生的磁场就越强,电机的功率就会更大,整车动力因此更加强劲,同样可以起到节约电能的效果。
此外,扁线电机符合电驱动系统轻量化、集成化的趋势。更小的体积有利于电驱动系统的高度集成化,例如比亚迪全球首款八合一电动力总成,将驱动电机、减速器、直流变换器、整车控制器、电机控制器、车载充电器、配电箱、电池管理器八个模块集成起来,综合效率超过了89%。
综合来讲,扁线电机的主要优势在于:
效率更高,经济性有优势;散热性高,高温时动力性强;体积小功率密度高,动力更强劲;电磁噪音低,整车更静谧。目前扁线电机产量较规模小,规模效应尚未体现,待量产后具备制造成本与整车行驶成本优势。
多重优势加持下,扁线电机可预见地将成为驱动电机企业下一阶段发展的重中之重。其实,各主流车企切换扁线电机意向明确,但受限于自动化生产线技术工艺,成本,交期等因素,目前扁线电机的渗透率和装机量均较低。那么当前驱动电机供应市场情况如何?从下图2021年驱动电机市占率可见一斑。
图表2 驱动电机2021年市占率
数据来源:盖世汽车研究院
当我们把视线拉回到行业内的电机企业就会发现,驱动电机行业“内卷”严重,价格战屡见不鲜,而扁线、油冷、高压平台及集成化等新的技术和要求很可能成为企业冲出重围的关键;同时也有必要对驱动电机供应链进行更深层的研究,来探讨新能源汽车降本的可能方向。
目前,驱动电机产业链已非常成熟。上游原材料和零部件方面,国内企业以资源优势和优异的性价比已基本具备了国产替代的能力,尤其以永磁材料钕铁硼为代表,已成为国内相对国外具有极大优势的行业;中游电机制造商国内外参与者众多,除整车厂自有配套厂商外,还有大量新能源电机、传统电机制造商等第三方供应商,行业竞争激烈,“内卷”日益严重;下游则为各大新能源整车厂商,国内厂商数量显著多于国外。
图表3 驱动电机产业链示意图
以上为驱动电机产业链部分优秀企业
电驱动行业技术壁垒并非高不可攀,近些年电机行业进入者众多,从地域分布来看,上海、江苏、广东三地企业最多,汇聚了一批优质驱动电机供应商,如弗迪动力、上海电驱动、联合电子、纬湃科技、法雷奥、蜂巢电驱动等;此外还有众多优秀厂商分布在东部、中部各省,如方正电机、中车时代电气、精进电动、日本电产、奇瑞安川等。
图表4 驱动电机各地区部分代表性企业
在2022年1-8月销量较高的车型中,除比亚迪、特斯拉等整车厂的电机由自家电机供应商供应,三方驱动电机供应商也百花齐放,赢得各大车厂配套,如日本电产、上海电驱动、精进电动等。
图表5 2022年1-8月纯电车型销量
及驱动电机配套表
目前国内永磁同步电机渗透率超90%,为驱动电机的主流形态,一是因为永磁同步电机低速性能好、转化效率高,非常适合城市交通频繁启停的复杂工况,二来是因为永磁同步电机中的钕铁硼永磁材料需要使用稀土资源,而我国拥有全球70%的稀土资源,钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%,所以中国更热衷于使用永磁同步电机。
在永磁同步电机成本中,永磁材料成本占比最高。永磁同步电机的制造原材料主要有钕铁硼、硅钢片、铜和铝等,其中永磁材料钕铁硼主要用于制造转子永磁体,成本构成在30%左右;硅钢片主要用于制作定转子铁芯,成本构成在 20%左右;定子绕组成本构成在15%左右;电机轴成本构成在 5%左右;电机壳成本构成在 15%左右。
永磁同步电机产业日益成熟下,业内降本的视角逐渐转向铜线绕组,即从圆线绕组向扁线绕组过渡,但扁线绕组产线前期投入较大,目前扁线电机规模效应尚未体现,量产后将成为永磁同步电机新的降本点。
驱动电机与电驱动系统一起,总体呈现高速化、高效率和集成化的技术趋势;具体来看,未来驱动电机主要有扁线绕组、油冷冷却、800V平台、多合一电驱等发展方向,目前已有国内外行业参与者开始布局。
图表7 驱动电机技术趋势与特点
当前驱动电机行业竞争激烈,无论是国内市场还是国际市场,价格战逐渐成为常态,尤其在整车厂规定电机方案后同质化竞争将愈演愈烈;在这种情形下,驱动电机厂商必须抓住技术更新迭代的机会,及时布局扁线电机等技术风口,方能冲出重围,在下一竞争阶段夺得先机。