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落后国外5年 国产电机究竟还存在哪些差距?

曾雪花 · 2018-03-05

摘要: 高工电动车网将从电机结构、零部件组成、制造设备、技术与工艺、成本等角度阐述,国产电机及电控相比国外先进技术存在哪些差距?

电机电控的技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。尽管我国电机系统已经取得了快速发展,但从与整车匹配角度来看,国内电机技术还落后于国外先进技术五年左右。

据了解,原材料成本和加工成本占据电机电控总成本的绝大部分,一方面是电机电控所用的许多元器件及材料均高度依赖进口,成本较为高企;另一方面,目前我国大多数电机企业还未实现自动化生产,人工成本较高。

接下来,高工电动车网【微信号:weixin-gg-ev】将从电机结构、零部件组成、制造设备、技术与工艺、成本等角度阐述,国产电机及电控相比国外先进技术存在哪些差距?

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一、核心零部件高度依赖进口

电机由定子、转子、轴承、机壳等部件和一些核心原材料组合而成,而永磁电机的主要材料及部件有钕铁硼稀土永磁材料(永磁体)、钢材(铁芯叠片、驱动轴体)、铜(绕组)、镁铝合金(机壳)、高速轴承等。其中,高转速轴承、高性能硅钢片等均高度依赖进口。

而电机控制器所用IGBT、封装技术、芯片、薄膜电容、开发工具、传感器等也主要依赖国外进口。

1、钕铁硼永磁体

尽管我国拥有世界最为丰富的稀土资源,但国内研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可280℃,技术水平仍与德国和日本有较大差距。

2、硅钢片

硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料,其成本占电机本体的20%左右,其厚度对铁耗有较大影响。据了解,目前日本已生产出0.27mm硅钢片用于车用电机,我国仅开发出0.35mm硅钢片。

与此同时,高效电机主要就是围绕如何降低各项损耗展开工作,包括铁耗、定子铜耗、转子铜耗、杂耗的设计值与试验值的偏离多少等等,这一系列参数均取决于硅钢片的选择恰当与否和铁芯制造的质量。

在上述因素影响下,现阶段,我国新能源汽车电机用高性能硅钢片主要依赖进口。

3、高转速轴承

目前中国生产的汽车轴承大部分还处于国际轴承产业链低端位置,在核心技术、生产设备和研发技术人员等方面较为欠缺,且生产规模较小,供应链体系不稳定。为此,国内高速电机企业几乎没有采用国产轴承,几乎全部依赖进口。

4、功率元器件

电机控制器由逆变器(主要是 IGBT 功率模块)、逆变驱动器、电源模块、中央控制模块、软启动模块、保护模块、散热系统信号检测模块等组件组成。

目前,我国电机控制器用元器件(薄膜电容、传感器、电子芯片和专用电路等)、传感器、耐电晕绝缘材料等绝大部分也源自进口。其中,IGBT模块作为核心高压控制开关组件,其成本占电控总成本40%以上。


二、制造设备落后

目前,国外电机企业均已经实现自动化生产,但大部分电机制造企业仍处于人工密集型流水线生产方式,工序环节多,效率低,且人工成本高,质量一致性难以控制,根本无法满足电机市场的高速发展需求。

对此,有电机企业相关负责人表示,目前,新能源汽车的体量还较小,大部分电机产品均按照不同车型定制化生产而成,难以实现规模化生产。

“多品种、小批量是目前电机行业的普遍现象,目前的自动化设备还满足不了生产需求。”上述电机企业负责人表示,由于政策变化,目前国内电机及电控产品均存在生命周期短的问题,研发推出的产品很快就要面临被淘汰的格局。


三、技术与工艺

汽车级的驱动电机质量要求较高,不同车型对电机的要求也更为复杂。但是与之相反的是,我国电机企业起步较晚,且大部分电机系统供应商都是从传统工业转型而来,还未形成满足汽车工业标准的供应商体系。

据了解,国内体现电机技术水平的发明专利占比仅为50%,远低于国外90%的水平。

与此同时,国外先进水平已经实现了“电机+变速器”等一体化集成,但我国驱动电机的集成度水平尚处于丰田第一代和第二代之间(大约在2000年左右)。

此外,站在整车的角度上来看,目前我国电机系统对汽车用环境的适应性还不足,产业化还存在较多瓶颈。


四、诸多产品指标有待提高

具体来看,汽车级电机具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、可靠性高、效率高、成本低、调速范围宽、环境适应性好、环境适应性好、制动再生效率高等要求。

由于我国电机及电控在技术、制造设备等方面的落后,导致我国电机转矩密度、功率密度等技术指标,以及电机产品可靠性、一致性等性能指标还有较大提升空间。

力信电气总工程师罗建就曾表示,国产电机的转矩密度等与国际水平差距不大,但最高转速、功率密度等水平尚存在较大差距。


五、生产成本高于国外

高工电动车网翻阅多家电机上市公司业绩报告了解到,2017年大部分电机企业的新能源汽车电机系统营业成本占该业务营收的80%以上,其比例高于一般工业企业的50%-70%。

对于生产成本高于国外的原因,高工电动车网了解到有以下几大重要原因:

一方面,我国电机企业大部分沿用传统的制造工艺,生产设备相对落后,而国外大多数制造厂商采用自动化设备。制造水平的落后,导致我国电机生产成本难以下降。

另一方面,我国新能源汽车永磁电机的原材料(包括永磁体和硅钢片等)利用率比国外低10%左右,一定程度上制约了成本控制能力。

事实上,更重要的是,电机及电控核心零部件大量采用进口,不仅采购价格较为高昂,还在交货周期上完全受制于外企。

“英飞凌SK2产品的成本只有800元,我们买就要两千元。这在很大程度上增加了我们的生产成本,为我们电机及电控生产商成本控制增加了难题!”精进电动创始人兼CTO蔡蔚曾表示,单是电控元器件成本就比海外高出2-3倍,导致我国电动汽车用电控系统的成本比国外高1.2-1.8倍。

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标签: 电机 电控

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