了解潛力巨大的驅(qū)動系統(tǒng)電動化市場最新動態(tài)

國內(nèi)廠商對于汽車電動化的目光重點聚焦在動力電池系統(tǒng)上，而對于驅(qū)動系統(tǒng)市場主導(dǎo)權(quán)爭奪的主要是國外的零部件大廠。本篇小編帶大家一起關(guān)注同樣潛力巨大的驅(qū)動系統(tǒng)電動化市場最新動態(tài)。

伴隨汽車電動化的快速發(fā)展，影響電動汽車駕駛性能及成本的驅(qū)動系統(tǒng)預(yù)計也將進(jìn)入飛速成長階段，各種各樣的公司展開了激烈的主導(dǎo)權(quán)斗爭。從所謂的大型電器件供應(yīng)商，到電機(jī)、逆變器等大型車載零部件制造商、以及提供功率器件和無源器件的領(lǐng)先設(shè)備制造商，各家企業(yè)都加強(qiáng)了新產(chǎn)品的開發(fā)、以及生產(chǎn)開發(fā)體制的強(qiáng)化。

圍繞驅(qū)動系統(tǒng)的開發(fā)競爭日益激烈。由于目前還沒有掌握絕對主導(dǎo)權(quán)的零部件制造商，各種供應(yīng)商魚龍混雜，都加大了產(chǎn)品開發(fā)的投入力度。

1電驅(qū)動市場爭奪戰(zhàn)愈演愈烈

1.新的對手相繼加入

競爭激化的表現(xiàn)就是新的對手不斷加入。其中，最為氣勢凌人的是日本電產(chǎn)。

日本電產(chǎn)之前主要生產(chǎn)用于電動制動器的EPS電機(jī)，現(xiàn)在則開始商業(yè)化具有更高輸出功率的驅(qū)動電機(jī)。未來還計劃自產(chǎn)逆變器和減速器，進(jìn)行一體化銷售。到目前為止，在車載領(lǐng)域主營電動轉(zhuǎn)向電機(jī)（EPS電機(jī)）、電動制動器用途的中小型電機(jī)、以及短距離運輸用途的商用低速驅(qū)動電機(jī)。今后，則將全面進(jìn)入驅(qū)動系統(tǒng)業(yè)務(wù)。該公司2017年9月發(fā)布的以小型輕量為主打的新產(chǎn)品‘E-Axle’就是這一信號的“先行官”。

2.上游元器件廠商進(jìn)入下游供應(yīng)鏈

驅(qū)動系統(tǒng)供應(yīng)鏈“上游”側(cè)的元器件制造商也正在進(jìn)入“下游側(cè)”的逆變器業(yè)務(wù)。例如，2016年TDK與東芝合作成立了開發(fā)，生產(chǎn)和銷售逆變器的合資公司，預(yù)計2018年會正式開始產(chǎn)品的銷售。

在汽車領(lǐng)域，TDK原本在電動機(jī)用釹磁鐵和混合動力汽車DC-DC轉(zhuǎn)換器中具有優(yōu)勢，再增加一個逆變器事業(yè)，期望由此強(qiáng)化其整個汽車電子關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)。

此外，專攻逆變器所需功率器件的富士電機(jī)，掌握逆變器輸入側(cè)安裝的平滑薄膜電容器絕大部分份額的松下等等公司，都加入到了逆變器的商業(yè)化競爭中。

3.隨著“電動化市場“的飛速擴(kuò)張，新的機(jī)會出現(xiàn)

根據(jù)英國調(diào)研公司IHS Market的預(yù)測，電動汽車將在2020年左右開始迅速增長，至2029年電動汽車將占到所有汽車出貨量的一半左右。

說到電動汽車電機(jī)，目前為止主流的汽車廠商針對HEV或者PHEV主要都是采取內(nèi)部生產(chǎn)的體制。但是今后，隨著電動汽車的增加，預(yù)計汽車廠商外部采購的需求會增加。例如，本田與日立汽車系統(tǒng)（日立AMS）在2017年7月聯(lián)合組隊，成立了開發(fā)，生產(chǎn)和銷售電動汽車驅(qū)動電機(jī)的合資公司，預(yù)計面向數(shù)量巨大，降本要求強(qiáng)烈的普通價格段電動車輛電機(jī)，本田會首先考慮從這個新公司進(jìn)行采購。

此外，中國市場從2018年開始將實施“NEV法規(guī)”，2019年開始對新能源汽車銷售比例進(jìn)行規(guī)定，由此可以預(yù)見未來驅(qū)動系統(tǒng)市場將會進(jìn)一步大幅增長。

4.通過開發(fā)新產(chǎn)品或增加產(chǎn)能迎接競爭

由于大部分汽車廠商都自己生產(chǎn)驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品，所以目前沒有市場份額相當(dāng)大的廠家存在，包括大型零部件供應(yīng)商在內(nèi)的行業(yè)新加入者，幾乎都處于同一起跑線上。因此，各家之前專攻電機(jī)、電頻器、或減速機(jī)的廠家，都加入到了新產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)體制強(qiáng)化的運動中，以此迎接競爭。

例如，德國零部件供應(yīng)商博世開發(fā)了一種集成了電機(jī)，逆變器和減速機(jī)的小型化驅(qū)動系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)作為武器，博世有望使其驅(qū)動系統(tǒng)業(yè)務(wù)增長到10億歐元（約合1300億日元）的規(guī)模。

在汽車逆變器方面大有優(yōu)勢的三菱電機(jī)也已經(jīng)開始增加生產(chǎn)設(shè)備，投資約70億日元在姬路制造所広畑工廠內(nèi)建設(shè)了新的廠房，新廠房不是單純的增加電動汽車逆變器產(chǎn)能，而是強(qiáng)化包括了起動功能與發(fā)電功能的“電動發(fā)電機(jī)”的整體生產(chǎn)體制。

2體積更小，成本更低的驅(qū)動電機(jī)

圍繞驅(qū)動系統(tǒng)的主要競爭主軸就是高效化，小型輕量化以及成本降低。許多制造商都試圖通過整個驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)這些目標(biāo)，而不是依靠諸如電機(jī)、逆變器或減速器的單個單元。

2016年后本田混合動力車（HEV）上采用的全新結(jié)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)。與傳統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)相比，在保持相同輸出和扭矩的情況下，體積和重量分別減少了大約23％。因此，包括逆變器和減速器在內(nèi)的i-MMD驅(qū)動系統(tǒng)的小型化成為可能。現(xiàn)行雅閣的HEV款中采用的2電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)（電機(jī)與發(fā)動機(jī)），與使用常規(guī)電機(jī)相比，高度縮減了9.2%，寬度縮減了9.7%。

由于驅(qū)動系統(tǒng)變小，可以輕松地橫向部署到更多車型上。而采用常規(guī)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)尺寸，能夠橫向部署的，以sedan車型為主，也就2~3款車型。

本田將以新型結(jié)構(gòu)電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)各個車型的要求稍作修改，從而應(yīng)用到各種HEV車型上。通過批量生產(chǎn)結(jié)構(gòu)大致相同的電機(jī)，從而降低零件的采購成本和制造成本。

1.增加線圈的占積率

為了實現(xiàn)電機(jī)小型化，本田增加了繞線的占積率（空間中銅的比例），使定子變小。通過使用大截面的方形導(dǎo)線作為線圈，使得占積率達(dá)到了60％。 在傳統(tǒng)的電動機(jī)中，使用薄的圓形線圈，占積率一般只能達(dá)到48％。

為了使定子小型化，線圈使用截面積大的方形導(dǎo)線（a）。與傳統(tǒng)的圓形線圈相比，方形導(dǎo)線可使占積率從48％增加到60％。但是，由于和圓線相比方線變粗，導(dǎo)體（銅）中的“過電流損失”會增大。通常通過增大定子的槽寬度或減小每個線圈的厚度來減小過電流損耗（b）。

2.縮短線圈末端

為了實現(xiàn)小型化，本田同時還縮短了從定子突出的線圈部分（“線圈末端”）。本田技術(shù)人員認(rèn)為線圈末端部分“對電機(jī)工作沒有貢獻(xiàn)”。

為了縮短線圈末端，采用了新的繞線結(jié)構(gòu)方法。首先，將矩形線圈塑形成U字形，以形成“并列分割線圈”。接下來，將該分割線圈從定子鐵心的軸方向插入。之后，將插入側(cè)以及對側(cè)伸出的線圈前端焊接在一起而形成線圈。

新的繞線工藝，需要投資新的制造設(shè)備。與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝不需要繩子捆綁，也不需要將線圈末端壓扁，從而更易于自動化。由此實現(xiàn)高效率大批量生產(chǎn)，成本也能降低?；趯ξ磥黼妱悠囆枨蟠蠓鲩L的預(yù)期，本田采取了這樣的具備大批量生產(chǎn)優(yōu)勢的工藝。

3.采用低成本易采購的電磁鋼板

還有一點創(chuàng)新就是考慮到驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)量的增加，定子采用了低成本易采購的電磁鋼板。一般來說，定子是通過堆疊多層薄磁鋼片制成的。然而，薄的電磁鋼片制造難度大且價格昂貴。為了降低成本，本田最終使用了比常規(guī)電機(jī)更厚的電磁鋼板。傳統(tǒng)產(chǎn)品的厚度為0.25mm，但本田采用的厚度為0.3mm，這個厚度流通量很大，不但便宜，而且易于采購。

3小型化、輕量化趨勢

近年，關(guān)于電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)的一體化研究非常活躍，通過電機(jī)、逆變器，減速齒輪3個部件一體化，可以實現(xiàn)高效、小型和輕量化，同時降低成本。而將驅(qū)動系統(tǒng)安裝在車輪內(nèi)的輪轂電機(jī)，更是進(jìn)一步推進(jìn)了小型化和輕量化。

1.一體化實現(xiàn)小而高效

機(jī)電一體化活躍的原因在于可以實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的小型輕量化以及降低成本，提高效率。如果是電機(jī)與逆變器一體，逆變器配置在電機(jī)旁邊，連接電機(jī)與逆變器的線束就可以縮短或者置換。由此，減小了尺寸和重量，還降低了線束產(chǎn)生的損耗。又如果與減速箱一體，那齒輪的潤滑油和電機(jī)的冷卻油就可以共用，精簡了冷卻機(jī)構(gòu)，可以輕松實現(xiàn)小型化。

例如，博世生產(chǎn)的電機(jī)、減速箱、逆變器三位一體的驅(qū)動系統(tǒng)，與傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)相比，體積得到了大幅減小。

三位一體的驅(qū)動系統(tǒng)方案不止一家，例如博世，GKN Driveline，三菱電機(jī)和舍弗勒。不僅實現(xiàn)了逆變器與電機(jī)之間的連接配線縮短，尺寸更小，還降低了連接部位的電力損耗，提升了驅(qū)動系統(tǒng)效率。

2.加入車載充電器功能

各家制造商為了使產(chǎn)品具備吸引力，在其展出的機(jī)電一體化驅(qū)動系統(tǒng)上，充分地利用自家所長，增加附加功能。

例如博世的三位一體驅(qū)動系統(tǒng)，電機(jī)的最大輸出功率可達(dá)到50~300kw，電機(jī)與減速箱組合系統(tǒng)的最大扭矩可達(dá)到1000~6000Nm的寬廣范圍。

德國大陸集團(tuán)，甚至還開發(fā)了一套具備充電功能的驅(qū)動系統(tǒng)，除了電機(jī)，減速箱與逆變器，還集成了充電電路。此電路由用于鑒別AC/DC的鑒別電路、電流路徑的開關(guān)電路，噪音抑制電路等回路構(gòu)成，利用此附加電路，與逆變器以及另行準(zhǔn)備的DC-DC轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)為車載二次電池充電。

3.增加減速比成為趨勢

機(jī)械零件具備優(yōu)勢的廠商則是將減速器作為了強(qiáng)項。例如，舍弗勒（Schaeffler）公司，在三位一體的驅(qū)動系統(tǒng)中使用了減速比約為15的高速減速器。其他公司的減速器一般減速比約為10，即使高速也最多13左右。減速比越高，作為系統(tǒng)越容易提高轉(zhuǎn)矩。因此，與減速比為10左右的驅(qū)動系統(tǒng)相比，能夠在利用高速旋轉(zhuǎn)的小型電動機(jī)的情況下獲得相同的扭矩，也就是說，實現(xiàn)了小型化。

4.輪轂電機(jī)成為可見現(xiàn)實

驅(qū)動系統(tǒng)小型輕量化最前沿的技術(shù)就是輪轂電機(jī)（以下稱IWM）成為可見現(xiàn)實。IWM有很多優(yōu)點。例如，將發(fā)動機(jī)或電機(jī)的驅(qū)動力傳輸給到車輪的傳輸機(jī)構(gòu)可以省略，使得驅(qū)動效率提升與車輛空間擴(kuò)大成為可能。此外，還可以獨立地精準(zhǔn)控制4個車輪的控制力，由此可以防止車輪打滑和空轉(zhuǎn)等，提高了安全性。同時還能抑制轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的傾斜滾動，或者突然加速或急剎時車體前后的搖晃，提高了舒適性。此外，還有一個優(yōu)點是四輪驅(qū)動車容易追加產(chǎn)品系列。前輪驅(qū)動（FF），或后輪驅(qū)動（FR）的車輛上增加2個IWM的話，就可以小改動輕松實現(xiàn)四驅(qū)化。

5.通過SiC功率元件實現(xiàn)逆變器的小型化

將電機(jī)、減速箱，逆變器3個同時安裝到車輪內(nèi)的話，尺寸還是太大。即使將逆變器安裝在車體側(cè)的場合，逆變器的數(shù)量會隨著電機(jī)數(shù)量的增加而增加，因此對小型化的需求還是強(qiáng)烈。而且本身驅(qū)動系統(tǒng)就存在小型化需求，所以需要逆變器尺寸能進(jìn)一步減小。換句話說，逆變器的小型化是加速電動化的關(guān)鍵。

作為逆變器小型化的王牌集聚了汽車行業(yè)眾多期待的產(chǎn)品就是SiC（碳化硅）功率器件。與現(xiàn)有車載逆變器中使用的Si功率器件相比，逆變器的功率損耗可以顯著降低到一半一下。損耗減小，即發(fā)熱量減少，由此可以減小逆變器尺寸。

能夠發(fā)揮SiC功率器件優(yōu)勢的逆變器和驅(qū)動系統(tǒng)的相關(guān)研究和開發(fā)正在蓬勃發(fā)展。例如，芝浦工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)科專門研究電機(jī)技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)的教授赤津観先生的研究團(tuán)隊，就試做了用于逆變器的小型SiC功率模塊。

上述模塊中，半橋電路由SiCMOSFET與SiC肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode, 縮寫成SBD）組成。SiC功率器件由于損耗小，適合小型化。

從事驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)的各廠家負(fù)責(zé)人紛紛發(fā)表意見“2020年之后量產(chǎn)的下一代產(chǎn)品將以SiC逆變器為前提去思考設(shè)計。如果能維持現(xiàn)有的SiC功率元件的降價步伐，則這一產(chǎn)品優(yōu)勢明顯，是完全可以利用的”。

由此，可以預(yù)見2020年后，車載用途上大規(guī)模使用SiC功率器件，逆變器以及驅(qū)動系統(tǒng)的小型化將會不斷推進(jìn)吧。