新能源汽車電驅動系統關鍵技術及其發展趨勢

曲亞飛　毛紅生

摘 要：近年來，新能源汽車市場競爭愈發激烈。電驅動系統關乎整車的制造成本，影響整車性能。因此，新能源汽車電驅動系統成為業內研究熱點。文章通過研究新能源汽車電驅動系統組成、市場規模、供貨模式，得出當前產業現狀。分析電驅動系統關鍵技術并研究其發展趨勢，對新能源汽車電驅動系統企業的發展有一定的借鑒意義。

關鍵詞：新能源汽車 電驅動系統 現狀 趨勢

1 引言

隨著經濟與科技的發展，我國汽車銷量連年攀升。燃油汽車的增多加重了環境污染和能源消耗問題。為解決尾氣排放和石油資源依賴等問題，國家大力發展新能源汽車。新能源汽車企業發展迅速，逐漸形成了比亞迪、蔚來、小鵬汽車、理想汽車等品牌。隨著越來越多的企業進入，市場競爭日益激烈，相關企業只有降低生產成本，提高整車性能才能在大環境中獲得一席之地。作為制約新能源汽車發展的關鍵部件之一的電驅動系統，因其生產成本占整車生產成本的比例高，且直接影響整車性能，成為業內研究的重點。本文對新能源汽車電驅動系統關鍵技術及發展趨勢作了分析，有利于個人和相關企業更好地了解電驅動系統。

2 新能源汽車電驅動系統現狀

2.1 電驅動系統的組成、作用及工作原理

新能源汽車電驅動系統是新能源汽車的關鍵部件[1]，包括：驅動電機、驅動電機控制器、變速器；能夠適應高溫、高濕、振動的復雜工作環境，提供電力轉換的同時實現對驅動電機的控制，最終通過精密機械零部件對外傳輸動力。對新能源汽車整車使用性能的動力性、操縱穩定性、舒適性、經濟性及安全性等性能指標有較大影響。新能源汽車電驅動系統的工作原理是把動力電池的電能轉變為驅動車輪的機械能。具體是電機控制器通過半導體功率器件的逆變作用把動力電池的直流電轉化為交流電，輸入到電機三相輸入端，控制電機工作狀態，使其按需求的方向、轉速、轉矩工作。電機轉動帶動減速器減速、增加輸出轉矩，從而驅動車輪轉動，實現了從電能到機械能的轉變。

2.2 市場規模

近幾年新能源汽車銷量逐年攀升，尤其是在2020年至2022年，銷量更是呈爆發式增長。能源汽車發展的核心部件的電驅動系統也隨著新能源汽車的銷量增加而迎來了高速增長。2022年全年新能源乘用車電機累計搭載量為578萬套，同比增長77.6%。電控累計搭載量為576萬套，同比增長77%。三合一及多合一系統出貨量達到355.5萬套，同比增長98%，占總配套量的62%。其中多合一出貨量達到41.4萬套，占總配套量達到7%，開始初具規模。在新能源汽車的整車造車成本中，電驅動系統的成本占據很大的份額，是僅次于電池的核心部件。隨著新能源汽車的高速發展，電驅動系統未來有望達到千億規模。

2.3 供貨模式

隨著新能源汽車銷量的不斷增加，電驅動系統的市場規模逐年增大，技術革新的速度增加了企業的研發投入和生產成本。目前電驅動系統的供貨模式主要是車廠自供和第三方供貨[2]。對于布局新能源汽車領域較早的汽車企業，如：比亞迪、特斯拉等企業，通過建立車企的電驅動系統研發單位和配套生產廠，逐漸形成規模，以降低生產成本，增加市場競爭力。對于一些傳統的汽車企業，因其主要布局的是燃油汽車領域，短時間內往新能源汽車領域進軍，會面臨很多技術難題，電動化進程需要循序漸進。因此，此類車企往往會選擇第三方供貨。第三方供貨商一直深耕電驅動系統這個領域，對技術和發展趨勢有更好的把握，推出的產品逐漸占據一定的市場份額。

3 新能源汽車電驅動系統關鍵技術

3.1 電機高速化

隨著消費者對新能源汽車整車性能的要求越來越高，搭載普通的永磁同步電機的新能源汽車已經無法滿足人們的用車體驗。企業為順應市場發展，對永磁同步電機進行高速化研發[3]，且已經取得成功。目前，普遍認為高速永磁同步電機的轉子速度高于10000r/min，部分企業已經研發出最高轉速為20000r/min的永磁同步電機。

3.2 扁線電機開始使用

扁線電機與傳統電機相比，具有更高的槽滿率和更低的直流銅損[4]。此外，在散熱性和熱傳導等方面也優于傳統電機。因此，業內普遍認為扁線電機的應用能夠有效提高電機的功率密度。扁線電機的制造工藝復雜，對生產設備和銅線的要求高，且存在一定的技術門檻。近幾年，隨著企業研發和工藝水平的提高，扁線電機被越來越多的車企選擇，如圖1所示為英博爾扁線電機。

3.3 電驅集成化

系統集成化設計可以使整體結構更為緊湊，體積更小，質量更輕，能夠有效降低生產成本，提升系統功率密度。目前，主流的做法是將電機、控制器以及減速器進行深度集成形成三合一電驅動系統[5]。經過不斷的發展，三合一電驅動系統技術水平顯著提高，越來越多的企業采用這一技術方案，如圖2所示是精進電動三合一電驅動系統。

4 相關企業電驅動系統技術介紹

4.1 比亞迪汽車

比亞迪汽車是我國汽車行業起步較早的汽車品牌，隨著國家大力發展新能源汽車，在數年間逐漸成為我國新能源汽車領域實力雄厚的企業。憑借著20多年的技術積累，在電驅動系統的研發與應用方面，比亞迪汽車已經掌握了成熟的驅動電機、電機控制器等核心技術，并成功應用于生產的新能源汽車。比亞迪汽車在電驅動系統的研發方面經歷了三個階段，分別是e平臺1.0、e平臺2.0、e平臺3.0。e平臺1.0時期是分立式電驅動系統，電機和減速器二者共用殼體。e平臺2.0時期電控、電機和減速器三者集成，電機電控系統設計，高效率全局優化。e平臺3.0時期電驅動系統八合一，包括電控、電機、減速器、OBC、DC-DC、PDU、VCU和BMC八合一，電磁場、結構、傳動等多因素耦合設計，應用在海豚、元PLUS車型上。比亞迪電驅動系統e平臺3.0具有高效能的熱管理系統，主控及驅動芯片集成化，采用智能控制，扭矩響應時間縮短90%。公司旗下車型元Plus搭載了八合一動力總成，系統綜合效率高達89%，相同功率下體積減小20%，重量降低15%，功率密度和效率都處于全球頂尖水平。

4.2 精進電動

精進電動在北京擁有一個具有國際先進水平的新能源汽車電機研發、生產制造中心。公司在驅動電機、汽車傳動、電力電子、軟件控制和系統集成方面擁有先進、全面的技術研發實力。精進電動自2015年起嘗試進行電機和減速器深度集成的一體化設計，并于2017年實現了“二合一總成”的批量應用。2019推出適用于新能源乘用車及輕型商用車的三合一純電驅動系統，將OD220平臺電機、高速兩級減速器、高功率密度電機控制器三大件深度集成，整個系統的總重約95kg，降低了振動噪音，成本得到了有效控制。精進電動最新一代三合一電驅動系統包含一臺高效扁線電機，一臺高功率密度控制器（集成電子駐車模塊）和一個高扭矩、低噪音減速器。該產品具備高度集成化和輕量化優勢，采用8層扁線電機、無泵油水復合冷卻、內置聲學包等技術，可應用于各種乘用車、SUV和輕型商用車車型。該產品的峰值功率超過200kW，輸出扭矩超過4000Nm，輪端轉速達到1700轉/分，冷卻、降噪指標達到了全球領先水平。

4.3 英搏爾

公司主營產品為新能源汽車動力總成、電源總成以及驅動電機、電機控制器、車載充電機等新能源汽車動力域核心零部件。英博爾產品已開發四代，從單體零部件到三合一電驅動、到集成芯三合一、集成芯六合一，專注單管并聯技術，加強產品在體積、重量、功率密度及成本方面的優勢。研發出的集成芯六合一總成，該技術成功實現了高壓配電盒、電機控制器、DC轉換器、驅動電機和車載充電機的高度集成化。具有小型化、重量輕、成本低、模塊化以及整車安裝簡單等優勢。為整車廠不同車型提供整車電氣系統集成配套供應技術服務。合作客戶包括吉利汽車、長安汽車、一汽大眾等企業。與上一代產品相比，集成芯電驅動系統體積小30%，重量減輕了10-20%，整套系統成本也下降了10-20%。該產品實現電機與電機控制器同殼體一體化深度集成，重量為67kg，電機端蓋與減速器箱共端蓋，共水道設計，產品Z向高度降低，可實現前、后驅布置，電機三相繞組多點溫度檢測，可適應低溫工況。

5 新能源電驅動系統發展趨勢

5.1 冷卻方式向油冷發展

電驅動系統的高度集成化，使得散熱問題成了業內亟待解決的技術難題。目前，冷卻方式可分為風冷、水冷和油冷，水冷是目前主流的冷卻方式。但是，隨著高功率電機的技術水平不斷提高，傳統的水冷方式漸漸無法滿足電機的冷卻需求。經過對產品的更新迭代和實際應用情況的分析，油冷系統因為結構緊湊、冷卻效率高，將成為解決散熱問題的一種優良方式。國外特斯拉等高端電動車已經開始采用油冷電機技術，且未來電機向高功率密度發展是必然趨勢，高冷卻效率是十分必要的。但以目前的技術水平來說，實現油冷的難點在于合理的油路設計、供油模式、清潔度控制和各零部件之間的兼容性等。

5.2 碳化硅功率器件得到進一步應用

電機控制器是從蓄電池到電動機的能量傳輸與轉化的中樞與控制中心，對提高能源利用效率、提高輸出功率的可靠性與穩定性起著關鍵的作用。其核心是功率電子器件的升級和性能提升，目前的技術路線已經逐步由傳統SI基IGBT向SIC基MOSFET發展，并且還具有耐高壓、耐高頻、耐高溫等優點。從產業鏈布局來看，國際知名功率器件廠商紛紛加大了對SIC MOSFET產品的研發投入和技術交流，并與上游材料廠商達成戰略合作關系，期望占據更多市場份額，比較典型的企業如意法、英飛凌等公司；具有獨立生產研發能力的大型車企也在布局碳化硅功率模塊的相關產品，如特斯拉、比亞迪。

5.3 電驅動系統向多合一集成

三合一電驅動系統性能好，效率更高成為當前的主流產品。為了降低生產成本，提高整車綜合性能，已經有企業開始研發多合一電驅動系統的集成技術。如華為推出的多合一電驅動系統Drive ONE，該系統極大地優化了整車空間，同時借助自身優勢整合了多種先進技術，實現控制歸一和端云協同。集成后的多合一電驅動系統體積更小，結構更加緊密，未來，隨著新能源汽車技術水平的不斷革新，多合一電驅動系統將會逐漸取代三合一電驅動系統。

6 結語

本文針對新能源汽車電驅動系統進行了研究，主要分析了組成、市場規模及供貨模式，研究重點企業并分析了電驅動系統的發展趨勢。隨著新能源汽車電驅動集成技術的不斷進步，油冷電機、碳化硅器件的進一步應用，我國新能源汽車的技術水平將不斷提升，促進新能源汽車產業良好發展。

參考文獻：

[1]高超.新能源汽車電機驅動系統關鍵技術展望研究[J].內燃機與配件，2021（17）.

[2]孟慶思，陳川，李宏偉.電驅動系統產業發展現狀和趨勢研究[J].汽車實用技術，2021，46（09）.

[3]暴杰，胡晶，許重斌，趙慧超.電動汽車800 V電驅動系統核心技術綜述[J].汽車文摘，2023（01）：1-9.

[4]李全，暴杰，趙慧超，劉曉錄，趙晶.車用電驅動系統技術發展趨勢及其技術要求[J].汽車實用技術，2021，46（23）：188-192.

[5]李剛.淺談新能源汽車三合一驅動系統的優劣勢[J].汽車與配件，2021（11）：44-47.