我國智能電驅系統的發展現狀及展望

許 磊，羅榮鋒

（明陽智慧能源集團股份公司，廣東中山 528400）

0 引言

隨著全球傳統能源的逐漸匱乏及環境問題的日益嚴峻，動力系統電驅化成為能源結構升級變革的大勢所趨，智能電驅系統的研究及應用也越來越受到國內外學者和企業的關注。與化石燃料驅動、液壓驅動、氣壓驅動等傳統驅動方式相比，電力驅動環保無污染，動力傳遞結構更加簡單直接，損耗小響應快，有望逐步取代傳統驅動模式成為動力系統的主流驅動形式。

經過數十年的發展與推廣，電驅技術的應用越來越廣泛和深入，智能電驅系統便是其多元化發展的產物。智能電驅系統是將電機、變速傳動系統、變流電控系統等核心部件高度集成的“動力總成”，如圖1所示，可以實現驅動系統的小型化和輕量化以降低成本，減少冗余結構以減小能量損耗，提升驅動系統效率，啟動時即可輸出最大扭矩，同時也可以簡化主機廠裝配，提高產品的合格率。

圖1 智能電驅系統

得益于其高度集成、智能控制、高效節能的先天優勢，智能電驅系統得到越來越廣泛的應用，根據目前智能電驅系統的市場份額，智能交通運輸、智能機器人及以新能源設備為代表的其他專業領域成為智能電驅應用最為廣泛的三大領域。

圖2 主要應用領域

中國電驅系統起步較晚，雖然近年來受益于國家政策支持和強大市場推動取得了長足進步，已經形成包括驅動電機、電機控制器、變速器、電驅動總成、主要關鍵材料和關鍵器件在內的完整產業鏈，但整體發展水平仍在追趕態勢，整體產業仍處于價值鏈下游，核心零部件依存性高、核心技術差距大且認可性低等問題嚴重制約著智能電驅技術的進一步發展。

1 智能交通運輸領域

近年來，在國家政策的大力扶持和清潔能源、綠色出行觀念深入人心的大背景下，替代內燃機開啟電驅新時代成為行業潮流，以電動車、電動船舶為代表的交通運輸網絡發展迅猛。

1.1 電動車領域

以電動車市場為例，按照2017年4月工信部、發改委和科技部聯合印發的《汽車產業中長期發展規劃》，預計2020年新能源汽車產銷量將達到200萬輛（累計產銷量超過500萬輛），作為核心零部件的電驅動市場規模將達到295億元[1]。而在新能源汽車領域，國外品牌僅占比不到8%，北汽新能源（自配）、比亞迪（自配）、精進電動、上海電驅動等10家企業占據國內超75%的電驅動市場份額[2]，作為電動汽車整車廠，比亞迪和北汽新能源在電動車電驅動市場占據第一、第二份額；在第三方機電企業中，國內主要競爭對手有精進動力、大洋電機、大地和、福工動力、天津松正、蘇州綠控、上海電驅動等，但目前國內廠商核心技術仍然來自國外，競爭策略多為低價與引入電動車運營的戰略性合作伙伴，并且合資品牌和國外品牌占據的份額正在逐年增多，因此發揮頂層設計優勢、加快技術研發創新成為國內企業必須做出的選擇。

就技術層面而言，中國自主研發的驅動電機系列化產品功率范圍已經基本滿足250 kW以下各類新能源汽車的需求，在關鍵技術指標方面，中國驅動電機的功率密度、效率與國際水平基本相當，目前電驅系統的集成化仍是諸多發展方向中的重點，“三合一”“五合一”的智能電驅系統仍是業內的主流產品。

1.2 電動船舶領域

傳統船舶多以柴油發動機作為動力源，由此所帶來的污染問題在倡導清潔綠色的今天顯得非常突出，船舶動力的電驅化成為整治船舶污染的主要解決方向。

與傳統動力船舶相比，電動船舶在控制廢棄物排放、噪聲等方面擁有先天的基因優勢。近年來為整治船舶污染，短途客運、輪渡及景區游覽船舶等電動化趨勢明顯，有國外機構預測，電動船舶市場（包括水上及水下），將從2013年的26億美元（約合人民幣161.4億元）快速增長到2024年的73億美元（約合人民幣453.1億元）[3]。

目前全球有多家企業提供船舶電力推進系統的集成服務，如瑞士ABB、美國GE、德國SAM、荷蘭IMTECH、俄羅斯蕾克洛夫國家研究中心等，但整體來看，電力驅動系統仍然呈現高度集中特點，ABB、西門子、GE三大公司占據了全球90%左右份額。其中ABB市場份額最高，憑借在吊艙推進器領域的絕對優勢積極推廣集成供貨服務，占據了全球電力驅動系統50%左右的市場份額。電力推進船舶關鍵部分包含原動機、變頻器、推進器及控制管理模塊。ABB、GE、西門子具備了除了原動機外的全套船舶電驅動系統的獨立研發能力。

長久以來，國外企業在船舶電驅動系統有絕對競爭優勢，中國在船舶全電集成系統的制造能力尚未形成，但近幾年，國內廠商加大研發力度正在迎頭趕上，相關企業已經有電驅動船舶產品下水運行，例如中國南車株洲所自主研制的船舶電力推進變頻驅動系統成功應用在被譽為“海上叉車大力神”的5萬t半潛船上，玉柴能源有限公司開發建造的LNG（液化天然氣）動力示范船“運河之星2000e”搭載了自主研發的“銀河動力EYS249-2”動力系統。

2 智能機器人領域

世界機器人市場化程度仍處于起步階段，但受簡單勞動力不足及老齡化等剛性驅動和科技發展促進的影響增長很快，智能機器人是未來各國經濟發展的有力支柱之一，國家也在不斷提高對機器人產業的重視度，機器人產業大有燎原之勢，2017年中國工業機器人銷量達到14.1萬臺，為全球第一大應用市場，與韓國、日本、美國、德國占據了全球3/4的市場，到2020年中國機器人需求將占到全球需求的40%[4]。另根據國際機器人聯合會給出的消息，到2020年，世界上將有170萬個新工業機器人應用到世界各地工廠中，將獲得更高效和靈活的生產[5]。

中國機器人需求巨大，但四大機器人家族約占據中國機器人產業70%以上的市場份額，接近壟斷機器人制造、焊接等高端領域，國內機器人生產廠商壓力巨大，只能在剩余30%的市場份額中爭搶，高端領域國產工業機器人的份額不到5%。

中國機器人產業處于大變革時代，需要快速創新整合，而要大力發展機器人產業，作為機器人核心零部件之一的電驅系統自然成了許多企業競相布局的熱門領域。目前國內機器人電驅市場中，前三名松下、三菱、安川均為日系品牌，總份額達到45%，西門子、博世、施耐德等歐系品牌主要占據高端市場，市場份額在30%左右，國內企業整體份額低于10%[6]。

目前基于電驅動系統的智能機器人市場對于中國機器人產業來說，核心技術缺失是面臨的最大問題。人形機器人產品近50%的成本集中在控制系統和運動控制零部件上，而現如今在硬件上無論是伺服舵機、減速器、仿生控制等這些關鍵硬件與國外相比都還存在一定的差距，這就促使高精度的齒輪和小電機都需要從國外進口。

國內企業市場份額低、核心技術及關鍵零部件嚴重依賴進口，這既是機遇也是挑戰。國內機器人行業具有代表性的企業有新松、埃斯頓、埃夫特、廣州數控、新時達、拓斯達、巨星科技、華昌達等，這些公司已在機器人產業鏈中游和上游進行拓展，通過自主研發或收購等方式掌握零部件和本體的研制技術，結合本土系統集成的服務優勢，已經具備一定的競爭力，未來有望實現對國外品牌的進口替代[7]。

3 新能源設備領域

從國家政策儲備上看，分散式發電作為產業發展的新風向，不斷被強化和強調，在宏觀政策的推動下，分散式發電產業近年來開始蓬勃發展，作為其技術核心的電驅動系統，技術上在向著智能化方向發展，民營資本越來越活躍。

以小型風電為例，小型風電機組一般應用于離網型風電、分散式發電、風光互補發電系統，其市場尚未完全起步，市場前景較為廣闊，目前小型分散式發電設備為代表的民用發電設備國內普及率極低，離網型分散式電驅動市場有較大的發展空間。據統計，中國尚有2.8萬個村，700萬戶計2 800萬人口沒有用上電，且分散居住在邊遠山區、農牧區，常規電網很難到達，應用小型風力發電或風光互補發電可以完美解決用電需求，而目前小型家用風機國內的年產量遠遠小于需求。參照國外的發展，中國分散式小型風電產業按保守的增長率估計到2020年，其累計裝機容量可達到2 955 MW。到2020年小型風力發電機的累計產量占大型風力發電機的1.97%。如果在強力政策的激勵下，中國小型風力發電產業能按最高年增長55%（年增長率遞減5%）的速度發展，則到2020年，中國小型風力發電機的累計裝機容量可達到100 38 MW，占大風機的6.69%[8]。

目前小型風力發電機制造商均為規模較小的公司，如青島安華新元風能股份有限公司，青島恒風風力發電機公司，風力發電機組覆蓋150 W～20 kW小功率風力發電機。涉及領域為多功能微補電網，分散式風力發電系統及城市建設中的風光互補路燈系統等。然而在國外市場，小型風力發電機已經進入家庭市場多年，目前有至少25家廠商制造30余種品牌，其中Jacobs為此領域的先驅，致力于小型發電領域30余年，在2001年被德國Repower合并。Acolian Energy、Bergey Windpower等公司已經在20世紀90年代推出千瓦級別小型家用風機發電機進入美國市場。

離網型能源系統作為一個尚未完全起步的領域，不僅有著廣闊的市場前景和政策支持，還不會與現有電力市場機制相矛盾，不存在對傳統電網結構造成沖擊等弊端，智能電驅系統可以完全依托離網型能源系統得到大力發展，融入城市建設中。

4 結束語

電驅系統是大勢所趨，作為國家戰略性產業布局重點以及各項利好加持，市場廣闊，發展空間巨大，但同時由于中國起步較晚，核心技術及關鍵零部件嚴重依賴進口，國外廠家在技術水平及口碑品牌上具有絕對優勢，擁有穩定的客戶群及供應鏈，因此必須堅持走“技工貿”路線，實現核心零部件的國產化和非標定制化，憑借產品質量和服務體系牢牢占據市場。