行业观察|原材料价格上涨、芯片紧缺 集成化、高速化、芯片国产化成电驱动降本关键

据财联社报道，新能源汽车销量的快速增长带动了电驱动系统行业的发展，电驱动系统的承载能力不断提高。据NE Era统计，2021 1-11月，新能源乘用车电机和电控累计载客量达到272.76万辆，而2020年全年累计载客额为123.46万辆。天风证券预测，如果2025年新能源汽车销量达到850万辆，国内电驱市场整体规模预计将达到1088亿元。据测算，2021中国电气传动系统行业规模约为378亿元，到2025年，行业复合年增长率约为30.2%。近日，在上海举行的2022年汽车电气传动系统创新技术论坛上，财联通讯社记者获悉，在高速增长的背后，电动驱动器正面临上游行业的压力，如原材料价格上涨和芯片短缺。对此，多位与会专家一致认为，价格问题不能通过牺牲技术来解决。降低成本可以通过用国产芯片替代芯片、走集成化道路、提高电机转速来实现；同时，高速化已成为未来的发展趋势，对电力传动提出了新的技术要求。由于原材料价格普遍上涨和芯片短缺，如何降低电动驱动器的成本？电动驱动系统可以包括大三电和小三电装配系统，其中大三电作为驱动电机、驱动电机控制器和变速箱，主要功能是为新能源汽车提供动力。小型三电包括高压配电箱PDU、车载充电器OBC和DC/DC转换器，主要功能是提供电源转换和电池充放电。中国新能源汽车主要配备永磁同步电机，占总成价值的40%。电机成本主要由硅钢片、铜材料、磁性材料和其他原材料组成。其中，磁性材料的原材料是稀土。自2021 2月，重要的全球稀土供应商缅甸宣布为期一年的紧急状态以来，稀土价格迅速上涨，并已连续三次上涨。中信证券（600030）指出，未来五年全球稀土供需可能保持紧平衡，预计2022年稀土价格将继续上涨。减速器主要由钢材和铝材组成。2021 12月31日，现货铝报价为20350元/吨，与2020年的15710元/吨相比，同比增长29.54%。根据Lange Steel Network的市场监测数据，截至2021 11月19日，中国综合钢年平均价格为5492元/吨，比上年增长36.3%。电机控制器确定动力系的功率输出，其值约为40%。IGBT芯片是电机控制器中最关键的部件，占电机控制器总成本的44%。目前，中国95%的中高端IGBT芯片依赖进口，而来自德国的三菱、富士电机和英飞凌垄断了90%以上的高端IGBT市场。面对原材料价格上涨和芯片短缺造成的上游行业压力，行业专家普遍认为，价格问题不能通过牺牲技术来解决。恒大新能源电机系统开发负责人纪晓庄在论坛上指出，如果原材料成本在短期内无法降低，可以考虑适当提高报价。北汽新能源研究院动力系统部总工程师梁亚非从商品和芯片两个方面分析了电驱动行业面临的价格压力。梁亚非认为，大宗商品价格上涨是一种周期性波动，随着经济变化而继续缓慢上涨，而不是非理性的大幅上涨或下跌。面对这种情况，主机厂首先要从整个技术层面提高有效材料的利用率；

其次，有必要与供应商协商，并根据商品价格的周期性变化重新确定会计价格。关于芯片价格上涨，梁亚飞指出，2021芯片价格上涨是一种非理性的短期市场表现，而从长远来看，芯片价格将趋于稳定。在稳定下来，或者习惯了中国新能源汽车市场的爆发式增长后，供应链可以支持芯片需求。2021，北汽新能源将通过芯片更换、设计变更等临时措施应对芯片价格上涨，但梁亚飞认为，从长远来看，没有必要做出太多的改变。梁亚非表示，从总体趋势来看，电控继续为电机的性能提升和成本降低服务。从早期的表面安装电机到后来的嵌入式电机，弱场控制算法的持续优化有助于降低电机的成本；电池电力电子设备也在适应这一趋势，包括开关频率和激活频率的持续增加。威马汽车三电机产业化专家王红军从电机设计的角度进行了分析。他指出，为了降低电机成本，可以考虑为电机制造中使用的稀有金属寻找替代材料；其次，全球芯片短缺为推动芯片国产化提供了机会。如果国内芯片产业能够建立和发展，芯片成本将更加可控；

最后，电机产品应坚持模块化和集成化的道路，这可以显著降低制造成本、材料成本等。目前，三合一电驱动组件方案是主流的驱动方案，它在尺寸和重量上不断缩小，效率更高。目前，约80%的企业从事三合一系统，而多合一系统中的热管理、电磁干扰、故障率等技术问题尚未解决，难以实现大规模应用。但王红军认为，在未来两三年内，应该实现七合一和八合一的电动驱动装配计划。李斯特科技中心有限公司有限公司组长黄福泉从产品开发的角度提出了降低成本的方法。首先，可以考虑使用分离软件对电机进行独立封装，其次，虚拟测试技术可以应用于后期的电力测试和车辆测试。此外，黄福全还指出，提高转速是降低成本的另一种方式，而提高电机的功率重量密度和功率体积密度以降低电机重量是降低驱动电机产品成本的有效途径。高速已经成为该行业未来的发展趋势。近年来，电动机的最高转速不断提高，高速化趋势明显。在30万以上的高端车型中，最高转速一般在1.2万转以上。高速可以支持整个车辆达到更高的速度，这得益于高速的增加。近年来，纯电动汽车的最高速度也有所提高，逐渐接近150公里/小时以上的速度。纪晓庄认为，高速的重要性仅次于动力性能和经济性能，而不是第一个指标。在过去的五年里，不需要实现2.5亿的电机速度，奋斗的目标将是20000至22000转/分。黄福泉还表示，20000转/分将是未来的主流。高速对电机的设计提出了更高的要求。北汽新能源的梁亚非表示，电机转速的提高将有利于整体成本的降低，但这必须伴随着整个产业链的成熟。未来，电动驱动组件的集成度将进一步提高。一体化结构具有高扭矩和承载高速电机的优点，但对齿轮和轴承的耐久性、壳体强度、油封密封等提出了更高的要求。特别是对于电机控制器来说，操作环境发生了变化，可靠性要求更加严格。梁亚非认为，为了提高速度，在控制、软件和硬件方面还有很多工作要做。王红军指出，高速会导致电机发热，有必要重新设计和开发热循环系统。黄福泉进一步强调，高速将对整个系统的冷却和润滑功能、变速箱的材料性能以及热循环系统的升级提出新的要求。随着电机功率密度和速度的提高，以及集成导致单个部件体积的减少，传统的风冷和水冷已经无法满足散热需求。油冷电机路线逐渐兴起，油冷因其对电机磁路无影响、散热效率高等优点受到市场青睐。总体而言，在高速发展的趋势下，轴承选择、电机散热、轴材料、定子和转子硅钢片材料、电磁模拟、机械强度模拟、热模拟、公差计算匹配等都变得更具挑战性。

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