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2016年度 新能源汽车全球排行榜和竞争力统计

来源:雪球   2017-02-17 13:33:46   作者:西雨牛仔       本文由网友 西雨牛仔 提交并推荐转载       779 人阅读
【节选自盖世】

比亚迪作为中国插电式汽车的最大生产商, 2016年销量所占的市场份额达到了30%。旗下两款插电式混合动力车型(秦,唐)和四款电动车(EV300, e5, e6, 腾势)的热销,比亚迪2016年的销量达到了102500辆,一举成为全球最大的插电式乘用轿车和SUV生产商。

大众集团(包括奥迪和保时捷)的销量增长了7%,同时也把第二名的位置让给了特斯拉。特斯拉也从第四名的位置跻身到了第二位,2016年的销量与2015年相比增长了52%,主要得益于Model X SUV的热销,售出逾25000辆。而宝马也通过增加产品线而守住了第四的位置。

目前有很多汽车生产商还继续依靠插电式混合动力汽车的销量,而纯电动车的角度来看特斯拉毫无疑问的排在第一位,紧随其后的是日产,比亚迪,北汽集团。

那丰田呢?从目前的混合动力汽车(非插电式)以及燃料电池汽车来看,丰田一直聚焦在此,已经售出近130万辆混合动力汽车,占据全球不可充电混合动力汽车70%的比例。



虽然从全球的角度来看,插电式汽车的销量仅占到0.85%的市场份额,但在部分市场所占的比例已不止如此:挪威2016年插电式汽车的市场份额达到了24%,荷兰达到了5%,瑞典达到了3.2%。此外,全球驾驶员数量的急剧增加也为插电式汽车的销量增长带来了机遇。

新能源汽车的兴起,绕过了传统的燃油发动机和变速箱限制,借助电池、电机提供动力来源。比亚迪也借助这股东风推出了E6纯电动汽车,而包括北汽等传统车厂也在快速跟进,蔚蓝等新兴厂商也拔地而起,加上政策的支持,中国的新能源汽车产业迅速发展,有人甚至提出了在新能源汽车方面实现对传统欧美日汽车厂的反超。但事实真的如此吗?最起码从电机电控方面看,中国还需要走的路还很长。

电机电控是新能源汽车的关键

新能源汽车作为传统燃油汽车的替代品,其主要电气系统即为在传统汽车“三小电”(空调、转向、制动) 基础上延伸产生的电动动力总成系统“三大电” ——电池、电机、电控。其中,电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代, 其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。

同时,新能源汽车电机、电控系统面临的工况相对复杂:需要能够频繁起停、加减速,低速/爬坡时要求高转矩,高速行驶时要求低转矩,具有大变速范围; 混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。

此外,电机的能耗直接决定了固定电池容量情况下的续航里程。 因此, 电动汽车驱动系统在负载要求、技术性能和工作环境上有特殊要求: 其一,驱动电机要有更高的能量密度,实现轻量化、低成本, 适应有限的车内空间,同时要具有能量回馈能力,降低整车能耗;第二,驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩,以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能;第三,电控系统要有高控制精度、高动态响应速率,并同时提供高安全性和可靠性。

电机电控系统作为新能源汽车产业链的重要一环,其技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。目前,国内在电机、电控领域的自主化程度仍远落后于电池,部分电机电控核心组件如 IGBT 芯片等仍不具备完全自主生产能力,具备系统完整知识产权的整车企业和零部件企业仍是少数。 随着国内电机电控系统产业链的逐步完善, 电机电控系统的国产化率逐步提高, 电机电控市场具有的增速有望超过新能源汽车整车市场的增速。

此外, 随着整车车体结构轻量化的推进,电池、 电机、电控系统在新能源汽车整车中的成本占比也逐渐上升。 根据 Argonne 国家实验室统计数据,新能源汽车动力总成( 电机、电控、 变速器) 的成本分别占整车成本的 15.67%(轿车)和 13.69%(小型货车),总成占比仅次于电池和 BMS 系统。 在新能源汽车补贴逐步退坡的政策驱动下,动力总成成本、重量下降的压力将逐步向上传导至电机、电控产品厂商, 具备技术、规模优势的供应商将在成本下降的过程中占据优势。因此,电机电控市场仍然在很大程度上影响新能源汽车市场的走向。

永磁同步、交流异步电机成为驱动电机主流技术

电动机在工业中的应用非常广泛,功率覆盖范围宽,种类也很多。 但由于新能源汽车在功率、转矩、体积、质量、散热等方面对驱动电机有更高的要求, 因此, 相比工业电机, 新能源汽车驱动电机必须具备更优良的性能,如:小体积以适应车辆有限的内部空间,工作温度范围宽( -40~1050C),适应不稳定的工作环境,高可靠性以保证车辆和乘员的安全,高功率密度以提供良好的加速性能( 1.0-1.5kW/kg)等,因此驱动电机的种类相对较少,功率覆盖也相对较窄,产品相对集中。

目前,应用于新能源汽车的驱动电机主要包括直流电机、交流电机和开关磁阻电机三类,其中在目前乘用车、商用车领域应用较为广泛的电机包括直流(无刷) 电机、交流感应(异步)电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等。其他特殊类型的驱动电机包括轮毂/轮边电机、混合励磁电机、多相电机、双机械端口能量变换器( Dmp-EVT),目前市场化应用较少,

是否能够大规模推广需要更长时间的车型验证。

(1)交流异步电机,也称为感应电机( Induction Motor),在定子绕组中输入三相交流电,定子绕组中的励磁电流在定子铁芯中产生旋转磁场, 此时转子绕组中有感应电流通过并推动转子作旋转运动。当转子带有机械负载时,转子电流增加,由于电磁感应作用,定子绕组中的励磁电流也增加。 交流异步电机控制器采用脉宽调制( PWM) 方式实现高压直流到三相交流的电源变换,采用变频器实现电机调速,采用矢量控制或直接转矩控制实现转矩控制的快速响应,满足负载变化特性的要求。

交流异步电机的优点在于结构简单,定子转子无直接接触,运行可靠性强,转速高,维护成本低。 不足之处在于能耗高,转子发热快,高速工况下需要额外冷却系统;功率因数低,需要大容量的变频器,造价较高,调速性较差。 目前,交流异步电机主要用于空间要求较低、且速度性能要求不高的电动客车、物流车、商用车等车型中。

(2)永磁电机( Permanent Magnetic Motor) 包括永磁同步电机(正弦波)和永磁无刷直流电机(方波)两大类,其转子均由永磁材料制成, 定子采用三相绕组,输入调制方波产生旋转磁场带动永磁转子转动。永磁同步电机的优点在于其较大的转矩和驱动效率,具有高功率密度和宽调速范围,且没有励磁损耗和散热问题,电机结构简单,体积比同功率的异步电机小 15%以上;其缺点在于高速运行时控制复杂,永磁体退磁问题目前难以解决, 电机

造价较高。目前,永磁同步电机主要应用于体积小,且速度、操控性能要求较高的电动乘用车领域,部分中小型客车亦开始尝试使用永磁电机作为驱动源。 永磁无刷直流电机则一般在小功率电动汽车、低速电动车领域应用较为广泛。

(3)开关磁阻电机( Switched Reluctance Motor)的定子和转子铁芯均由硅钢片叠压而成,利用冲片上的齿槽构成双凸极结构, 定子产生扭曲磁场,利用“磁阻最小原理”驱动转子运动。 开关磁阻电机结构和控制简单、出力大,可靠性高,成本低,起动制动性能好,运行效率高,但电机噪声高,但转矩脉动严重,非线性严重,在电动汽车驱动中有利有弊,目前电动汽车应用较少。

(4)直流电机( DC Motor)通过在定子主磁极上绕制励磁线圈并通以直流电以产生磁场,转子电枢绕组也通以直流电,通电绕组置于磁场中输出电磁转矩拖动负载运行。直流电机控制器一般采用晶闸管脉宽调制方式( PWM),控制性能好,调速平滑度高,控制简单,技术成熟,且成本较低。直流电机的缺点是需要独立的电刷和换向器,导致速度提升受限;电刷易损耗,维护成本较高。直流电机多用于早期的电动汽车驱动系统,目前新研制的车型已经基本不再采用。

我国稀土资源丰富, 因此电动乘用车多采用功率性能高、体积较小的永磁同步电机。 根据中国汽车工业协会统计数据,2016 年上半年,我国纯电动汽车产销量分别达到 13.4 万辆、12.6 万辆,同比分别增长 160.8%、 161.6%。上半年生产纯电动乘用车约 70000 辆,其中永磁同步电机的装机占比约为 65.7%,比 15 年同期增长 21.25 个百分点,比 15 年全年增长了 19.99 个百分点。

同期,国产新能源乘用车用交流异步电机的市场分额在逐渐减小,从 2015 年上半年的 35.1%下滑至 2016 年上半年年的 32.9%;而混合励磁同步电机的占比则从 0.03%上升至 1.10%,尽管绝对占比仍相对较小,但装机率有望保持小幅稳定的增长态势,未来有可能在纯电动乘用车领域率先获得突破性进展。

电控系统集成化是未来发展趋势

电机控制器在传统汽车的车载电机中已有应用,通过功率半导体、微处理器等电力电子器件,采用中低压变频等方式实现对车用空调压缩机、转向助力泵电机等进行调控的功能。电动汽车电机控制器作为控制电动汽车驱动电机的设备,通过接收整车控制器和控制机构(制动踏板、油门踏板、换挡机构) 传送的控制信息,对驱动电机转速、转矩和转向进行控制,并可同时对动力电池的输出进行相应控制。

目前,部分“多合一”的电控产品已经在电动汽车中投入应用,同时集成了传统汽车分立的空调压缩机、转向助力泵电机、气泵电机控制器,以及混合动力车型中采用的 BSG/ISG 电机等。 随着微芯片在整车及总成控制中的应用逐步广泛,多合一电控产品的成本有望进一步下降,单一控制器将逐步被集成化“车辆中央控制器”所取代。

国产替代势在必行, 电机电控行业加速整合

作为新能源汽车“三大电”之二,相比动力电池行业的快速发展以及高关注度,国内电机电控行业则相对“低调”。我们认为, 电机电控行业受市场关注度低于电池主要是两方面原因:

其一, 新能源汽车电机电控产业基本与国内电动汽车市场同步启动,整车企业对于电动汽车的研发、采购、生产和销售等流程都处于探索和完善阶段, 对于电机电控配套行业的标准和体系也尚未成型;

其二,锂电池在 3C 等领域应用有近 20 年历史,行业形成了相对完整的技术标准和产品体系,转用为动力电池有一定的参考和借鉴,而新能源汽车电机与工业电机技术路线和要求差别较大,专业企业中很大一部分仍为 10 年以内的创业型企业,行业尚未形成清晰稳定的市场格局。 目前,新能源汽车驱动电机的厂商主要包括两类:

第一类是具备电机电控供应链的电动汽车整车企业, 由其自有生产能力或关联供应链企业向其供应全部或部分电机电控产品,部分整车厂的电机电控产品也少量外销。 这类企业一般为传统汽车制造企业, 经过多年积累, 具备完整的零部件生产能力。 目前国内的主机厂中,比亚迪、北汽新能源、江铃新能源、长安新能源、中通客车、厦门金龙等企业均具备自主供应电机电控产品的能力。

第二类是专业从事汽车零部件供应或专业从事电机电控产品供应的企业,其中包括专业汽车零部件供应商,如采埃孚( ZF)、大陆( Continental)、博世( Bosch)、日立( Hitachi)、现代摩比斯( Mobis)等国际汽车供应量巨头; 以及国内外新兴的专业电机电控制造企业,如上海电驱动、上海大郡、精进电动、台湾富田电机( Fukuta)等。

此外,部分传统工业电机、变频器等生产企业也依靠在研发、生产上的技术积累,积极转型介入新能源汽车电机电控相关产品的供应,如汇川技术、英威腾、卧龙电气、方正电机、江特电机等。

新能源汽车第三方电机装机占比( 2016 年 1-7 月)