股票簡稱：巨一科技
股票代碼：688162
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《汽車專家述評》編輯組非常榮幸邀請林董事長撥冗分享巨一科技在新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新路線與對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議，以期待對中國自主汽車零部件企業(yè)的發(fā)展提供參考。
新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新路線與建議
一、新能源電驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與市場形勢
1.市場形勢
市場概況。新能源汽車產(chǎn)銷量是新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，近年來在國家政策的大力支持下，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到長足發(fā)展。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國新能源汽車銷量由 2011 年的 8159 輛增長至 2021 年的352.1萬輛。在新能源汽車產(chǎn)銷量高速增長的帶動下，我國新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)市場也呈現(xiàn)出高速增長的態(tài)勢。
國內(nèi)外市場需求。電驅(qū)動系統(tǒng)作為新能源汽車的“心臟”，對整車的動力性、經(jīng)濟性、舒適性、安全性等指標都起到至關(guān)重要的作用。隨著新能源汽車整車性能的提升，市場對于電驅(qū)動產(chǎn)品的需求正朝集成化、高效化方向發(fā)展。三合一電驅(qū)產(chǎn)品在國內(nèi)市場的滲透率持續(xù)上漲。據(jù)相關(guān)機構(gòu)統(tǒng)計，2021年三合一電驅(qū)產(chǎn)品的占比已接近60%，七合一、八合一等高集成產(chǎn)品也已裝車上市。國外市場上新一代電驅(qū)產(chǎn)品也不斷推出，如寶馬的第五代電驅(qū)動系統(tǒng)E-Drive采用無永磁體或稀土材料的電勵磁電機、采埃孚的模塊化電驅(qū)動組件等。此外，圍繞效率提升，在以特斯拉、比亞迪等頭部OEM企業(yè)的引領(lǐng)下，發(fā)卡式扁線電機在國內(nèi)也已批量推廣應(yīng)用，針對整車800V高壓電氣架構(gòu)的高壓油冷電機、碳化硅電控產(chǎn)品也相繼推出。隨著新能源汽車的快速發(fā)展，電驅(qū)動系統(tǒng)市場需求也發(fā)生了大變化，產(chǎn)品進入快速更新迭代期，呈現(xiàn)需求多樣化。
市場的發(fā)展趨勢。在新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展的大環(huán)境下，電驅(qū)動系統(tǒng)市場規(guī)模可期，機會點多，吸引了眾多企業(yè)和資本進入，如華為、加特可等實力強勁的企業(yè)。此外下游主機廠自研、自制趨勢愈發(fā)明顯，導(dǎo)致了電驅(qū)動系統(tǒng)市場競爭愈發(fā)激烈。在產(chǎn)品需求方面，隨著新能源汽車對不同級別車型市場的逐步滲透，電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品隨車型級別將呈現(xiàn)出分功率段、分技術(shù)特征的局面，例如分體式或三合一或多合一、圓線或扁線、水冷或油冷或油水混合冷、400V硅基電控或800V碳化硅電控；電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品較以往將呈現(xiàn)出更多的差異化和多樣性，以匹配不同定位的整車產(chǎn)品需求。
2.產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
產(chǎn)業(yè)融合開放。產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展方向凸顯，在高度集成化的趨勢下，多領(lǐng)域融合發(fā)展不斷涌現(xiàn)，例如電驅(qū)動系統(tǒng)企業(yè)的并購、電驅(qū)動系統(tǒng)與減速器企業(yè)間的戰(zhàn)略合作、DCDC等多合一企業(yè)間的重組等。相互賦能、協(xié)同發(fā)展成為各行業(yè)主體發(fā)展壯大的內(nèi)在需求，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域融合創(chuàng)新將成為新能源電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時代特征，能夠極大增強產(chǎn)業(yè)發(fā)展動力和市場活力，形成融合開放、互利共贏的產(chǎn)業(yè)新格局。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。新能源汽車市場端爆發(fā)式的需求，加上原材料成本的大幅上漲，使得電驅(qū)動系統(tǒng)供應(yīng)商的成本壓力巨大。此外隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)能的日益緊張，而國內(nèi)汽車級芯片才剛剛起步，尚不成熟；“成本”與“缺芯”極大影響了電驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二、新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢
1.扁線、多合一、800V是絕對趨勢
扁線電機因具有高槽滿率和低直流電阻，在中低速運行區(qū)域較圓線電機具有效率優(yōu)勢。扁線繞組工藝可增加銅的填充量，槽滿率提高15%以上，同時與定子有效接觸面積增大，繞組溫升較圓線電機降低 10%，功率密度增加15%，因此在成本、重量和體積方面更具優(yōu)勢。
電驅(qū)動系統(tǒng)在系統(tǒng)層面以集成化為主，將小三電和大三電進行深度集成，組成六合一或七合一系統(tǒng)，實現(xiàn)多部件融合的系統(tǒng)級集成、優(yōu)化。電驅(qū)動系統(tǒng)集成式設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，使車內(nèi)各系統(tǒng)布局更加靈活，有利于車企的平臺化設(shè)計。七合一電驅(qū)動總成系統(tǒng)，集成了電機、電機控制器、減速器、OBC、DC/DC、PDU、PTC七大部件，實現(xiàn)了機械部件和功率部件的深度融合，目前已逐步從硬件融合、向電氣融合、芯片融合推進，結(jié)合新一代多核處理器實現(xiàn)一板多功能，進一步提升系統(tǒng)層面的高集成化、高效率和低成本的優(yōu)勢。
續(xù)航里程和充電時間是電動汽車面臨的核心短板，而新一代功率器件碳化硅模塊具有高溫、高效和高頻特性，可顯著提升電驅(qū)動系統(tǒng)的效率、功率密度和開關(guān)頻率，簡化散熱設(shè)計降低成本；進一步提升整車的續(xù)航里程，并且集成高壓Booster以實現(xiàn)快充，應(yīng)用場景進一步擴大?？深A(yù)見，800V高壓平臺+超級充電樁技術(shù)將成為新的產(chǎn)品趨勢。
2.多物理場NVH仿真技術(shù)開發(fā)
電驅(qū)動系統(tǒng)總成噪聲形成機理的多樣性，傳播路徑的復(fù)雜性，以及高度集成化、小型化、大轉(zhuǎn)矩、低噪聲的設(shè)計矛盾使得電驅(qū)動系統(tǒng)NVH設(shè)計面臨著諸多挑戰(zhàn)，因此電驅(qū)動系統(tǒng)的電磁-振動-聲學(xué)多物理場NVH技術(shù)開發(fā)顯得至關(guān)重要。
電磁方向：主要針對電機定子電磁脈動諧波所產(chǎn)生的徑向電磁力引起的電磁噪聲，建立完善的電磁力仿真評估和優(yōu)化能力，從設(shè)計源頭管控電磁NVH性能，同時確保了電磁仿真分析結(jié)果與測試結(jié)果具備較好的相關(guān)性；結(jié)構(gòu)響應(yīng)方向：除了對結(jié)構(gòu)的避頻和避型外，還針對軸承、齒輪等結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的載荷激勵進行仿真設(shè)計評估，建立減速器噪聲振動仿真分析能力，能夠?qū)崿F(xiàn)識別齒軸NVH風(fēng)險并做出相應(yīng)優(yōu)化舉措；聲學(xué)方向：通過耦合電磁和齒軸載荷激勵，結(jié)合多物理場載荷與總成結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)電驅(qū)動系統(tǒng)的噪聲預(yù)測，并基于此對設(shè)計方案進行快速迭代，通過多目標參數(shù)優(yōu)化，在NVH與產(chǎn)品性能和成本上達到一個平衡。
3.輕稀土技術(shù)開發(fā)
在PMSM設(shè)計中，為了獲得更高的磁能積，在磁鋼的配方中會加入稀土金屬，以獲得高矯頑力和高剩磁，但同時又帶來高昂的磁鋼成本。為了擺脫這種約束，在電磁方案設(shè)計過程中，可通過轉(zhuǎn)子拓撲優(yōu)化和多目標參數(shù)優(yōu)化，調(diào)整磁橋數(shù)量，提高電機凸極比，增加電磁轉(zhuǎn)矩中磁阻轉(zhuǎn)矩占比，使得永磁轉(zhuǎn)矩的利用率達到最大，減少永磁體的用量。同時根據(jù)電磁性能要求，定制化磁鋼生成工藝，基于雙合金工藝、晶粒細化工藝、滲透工藝、低溫長時間燒結(jié)工藝的應(yīng)用，進一步減少重稀土用量，以此降低磁鋼成本。
4.智能化提升差異優(yōu)勢
電動汽車整車電子電氣架構(gòu)正朝著分布式域控的方向邁進，主要分為五大域：動力域，底盤域，智能駕駛域，車身域以及智能座艙域。其中基于智能化，對動力域控提出了新的需求：
自我進化：支持FOTA，通過TBOX可以實現(xiàn)在線更新或離線更新動力域控制軟件。這也使得軟件的快速迭代和新功能的部署成為可能，讓駕駛員獲得動力系統(tǒng)越來越可靠，功能越來越強，效率越來越高的不斷進化的科技感。
體積更小、功能更強勁：動力域控持續(xù)深度集成，從最開始的結(jié)構(gòu)集成，到硬件邏輯集成到最后的軟件集成，進而可以提供更強的功能，同時對外接口更少、更簡單，貫徹越智能越簡約的設(shè)計理念。例如VCU和MCU通過CAN通信的交互轉(zhuǎn)變?yōu)橛蚩匦酒瑑?nèi)部的CPU核間通信，通信延時至少提高一個數(shù)量級，從而響應(yīng)更快。
主動故障預(yù)測：云端通過TBOX收集動力域控的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)預(yù)測關(guān)鍵器件的壽命和可能發(fā)生的故障，同時4S店可以根據(jù)故障預(yù)測信息提前備貨，使得保養(yǎng)和維護更簡單、快捷，也大大減少了車輛運行時故障的發(fā)生。主動故障預(yù)測也進一步彰顯了動力域控的智能化。
運行效率持續(xù)提升：云端通過TBOX收集動力域控的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，持續(xù)優(yōu)化內(nèi)部標定參數(shù)，使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)也可以作為下一代動力域控優(yōu)化升級的輸入。
5.“安全技術(shù)”保駕護航
隨著新能源汽車功能需求不斷提升，整車軟硬件模塊數(shù)目成倍增長，汽車系統(tǒng)設(shè)計愈加復(fù)雜，系統(tǒng)的功能安全已然成為人們關(guān)注的焦點，而與之配套的電驅(qū)動系統(tǒng)則承擔著至關(guān)重要的安全角色。目前電驅(qū)動行業(yè)已逐步實施并實現(xiàn)ASIL C等級，同時ASIL D等級要求也逐漸清晰，結(jié)合電驅(qū)動系統(tǒng)多合一的趨勢，其功能安全開發(fā)耦合性更強、驗證工作也更復(fù)雜，需要進一步從測試驗證上確保安全機制在系統(tǒng)層面的功能性和準確性。
三、巨一科技在電驅(qū)動系統(tǒng)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)實踐
1.客戶導(dǎo)向的自主集成設(shè)計
巨一科技以客戶需求為本，以產(chǎn)品在整車上的最優(yōu)性能為目標。通過長期與整車企業(yè)的合作，充分理解整車對電驅(qū)動系統(tǒng)的要求，在此基礎(chǔ)上建立并拓展了自主集成化的設(shè)計路線。首先是電機和控制器的集成開發(fā)，在吸收傳統(tǒng)汽車零部件業(yè)務(wù)的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，從業(yè)務(wù)初始就堅持電機和控制器的協(xié)同集成開發(fā)，最大限度發(fā)揮電機和控制系統(tǒng)的潛能；其次是電機、控制器和減速器的集成，開發(fā)集成化電驅(qū)動系統(tǒng)，目前公司已成功開發(fā)集成化電驅(qū)動系統(tǒng)平臺產(chǎn)品，系統(tǒng)最高效率達到 94.5%，電機效率高于 85%的高效區(qū)占比達到97.4%，產(chǎn)品功率密度能夠達到2.63kW/kg。目前，巨一科技是行業(yè)內(nèi)少數(shù)可以提供電機、控制器、減速器及其集成正向開發(fā)和產(chǎn)品服務(wù)的供應(yīng)商之一。
2.基于動力總成理念的開發(fā)和測試
得益于長期在動力總成領(lǐng)域提供變速箱、發(fā)動機等產(chǎn)品的智能裝測生產(chǎn)線，巨一科技對變速箱、發(fā)動機等產(chǎn)品的密封與散熱結(jié)構(gòu)、 高精度測量與裝配技術(shù)、 EOL測試技術(shù)等產(chǎn)品和制造工藝技術(shù)具有深刻的理解。巨一科技將這些經(jīng)驗積累應(yīng)用于電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)和制造過程，為產(chǎn)品的可靠性和可制造性提供了有力的保障。
3.“雙輪”驅(qū)動，高速發(fā)展
巨一科技在汽車行業(yè)深耕近20年，堅持智能裝備和電驅(qū)動系統(tǒng)雙輪驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略。一方面，智能裝備整體解決方案業(yè)務(wù)使得巨一能夠深刻理解汽車行業(yè)的發(fā)展及變革趨勢，抓住市場機遇進行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級。另一方面，巨一在汽車裝備領(lǐng)域深厚的知識技術(shù)積累使得公司具備切入汽車核心部件領(lǐng)域的能力。此外，長期為汽車行業(yè)服務(wù)積累的客戶資源和服務(wù)經(jīng)驗也為新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)業(yè)務(wù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。截止目前，巨一已圍繞集成化、智能化電驅(qū)動系統(tǒng)以及扁線電機、油冷電機、碳化硅電機控制器等下一代電驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品，持續(xù)推進創(chuàng)新研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化布局，滿足不斷增長的市場需求。
四、面向未來的電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
1.持續(xù)的研發(fā)投入，掌握核心技術(shù)
為了應(yīng)對電驅(qū)動系統(tǒng)快速迭代創(chuàng)新的大趨勢，行業(yè)應(yīng)持續(xù)增加研發(fā)投入力度，為研發(fā)體系建設(shè)和產(chǎn)業(yè)化落地提供有力的資金保障，特別是在高性能驅(qū)動電機、碳化硅控制器、高集成度電驅(qū)動系統(tǒng)三個方向上，重點開展自主研發(fā)，實現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)提升，滿足高性能指標，盡快形成核心技術(shù)。
2.主機廠與第三方的求合存競現(xiàn)階段主機廠自供電驅(qū)動系統(tǒng)基于先天優(yōu)勢，市場份額較第三方更大。但在技術(shù)快速迭代的趨勢下，為提高市場競爭力，同時兼顧采購研發(fā)成本以及供應(yīng)鏈優(yōu)化，主機廠也會尋求與第三方供應(yīng)商的合作。但主機廠仍會維持一定的自供比例，作為安全邊界，以保證自身的話語權(quán)。因此第三方供應(yīng)商與主機廠的競合關(guān)系也愈加清晰。
第三方供應(yīng)商面向多客戶、多需求，在長期的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)過程中積累了成熟的開發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)儲備，對于主機廠短期內(nèi)很難超越。但主機廠的市場渠道、品牌效應(yīng)、資源整合也是自身的獨特優(yōu)勢。雙方應(yīng)進一步求合存競：首先加深合作，實現(xiàn)優(yōu)勢和資源互補，提升產(chǎn)品綜合競爭力，在新能源汽車的爆發(fā)增長期，快速搶占市場份額；其次允許存在一定良性競爭，保證產(chǎn)品技術(shù)持續(xù)研發(fā)迭代的生命力，進而推動新能源電驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
3.產(chǎn)業(yè)布局與市場需求相匹配
為順應(yīng)新能源汽車快速發(fā)展，滿足客戶對新一代電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品的高要求，電驅(qū)動系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)積極推動產(chǎn)業(yè)布局，建設(shè)與市場匹配的產(chǎn)業(yè)化設(shè)備，以不斷提高自身競爭力。但電驅(qū)動系統(tǒng)業(yè)務(wù)也同樣面臨來自下游主機廠自制和多方競爭對手的雙重擠壓，競爭愈發(fā)激烈。首先，下游應(yīng)用車型批量生產(chǎn)上市周期長、產(chǎn)品應(yīng)用車型終端銷售存在不確定性；其次，產(chǎn)品規(guī)?；N售前，相關(guān)研發(fā)、市場開拓及生產(chǎn)準備投入較大，機遇與風(fēng)險挑戰(zhàn)并存。因此在電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)布局方面，我們應(yīng)以理性的態(tài)度看待新能源汽車快速發(fā)展帶來的巨大市場需求，深度服務(wù)好已有客戶，積極穩(wěn)步開拓優(yōu)質(zhì)客戶，切忌盲目擴大布局投建，堅持以銷定產(chǎn)原則，在產(chǎn)業(yè)布局上穩(wěn)中求進。
4.關(guān)注裝備和制造能力，迎接規(guī)模化時代
電驅(qū)動系統(tǒng)作為新能源汽車“三橫”關(guān)鍵技術(shù)之一，是新能源汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中極為關(guān)鍵的部分。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電驅(qū)動系統(tǒng)的市場規(guī)模將迎來爆發(fā)式增長。與此同時，電驅(qū)動系統(tǒng)在質(zhì)量、性能、可靠性、成本等方面的需求也越來越高，這與行業(yè)內(nèi)相對落后的制造能力形成了明顯落差。如何提高裝備制造能力，進一步匹配快速迭代的技術(shù)開發(fā)，將成為企業(yè)搶占市場的核心競爭力。
預(yù)計未來幾年，新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的制造集中度將越來越高，隨著上游供應(yīng)越發(fā)成熟，產(chǎn)品價格受市場波動影響變小。材料價格的可挖掘空間下降，電驅(qū)動系統(tǒng)的競爭重心也將由材料轉(zhuǎn)向挖掘空間更大的裝備及制造工程化能力。
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