数据研究·专题：大小三电新时代，新架构，新技术，新机会

前言 一方面是全球范围的缺芯潮，一方面是疫情持续下的全球车市销量萎缩，以EV和PHEV为代表的新能源车销量却是逆市维持了高增速。2022年1-6月，中国新能源汽车销量达到259万辆，同比增长117%。 新能源汽车与传统燃油车最大的不同便是驱动系统的改变。作为新能源汽车的“心脏”，电驱动系统发挥了燃油汽车中“发动机、ECU电控单元、变速箱”的作用，对新能源汽车整车使用性能的动力性、经济性、舒适性、安全性等核心指标具有较大影响。 电驱动系统可包括“大三电”及“小三电”总成系统，其中大三电包括：驱动电机、驱动电机控制器、减速箱；小三电则一般包括：高压配电盒PDU、车载充电机OBC和DC/DC变换器。 正文：落脚于大小三电，结合近期多位产业内主流三电技术、采购、销售专家访谈资料，提炼总结出我们看到了未来5个趋势： 1.系统集成化在两年左右会从三合一为主过渡到多合一；从物理集成转向深度电子电气功能集成； 2.集成趋势下的电机：油冷、高速化、碳纤维缠绕； 3.电气集成与高电压； 4.新材料：高速、高压、高功率带来的改变； 5.未来三年，电驱动系统市场供应商份额快速提升，车厂自供并存。 风险提示：访谈样本有限不代表行业全貌；疫情形势不及预期影响车辆生产销售；新能源汽车渗透率提升不及预期 1.前言 一方面是全球范围的缺芯潮，一方面是疫情持续下的全球车市销量萎缩，以EV和PHEV为代表的新能源车销量却是逆市维持了高增速。2022年1-6月，中国新能源汽车销量达到259万辆，同比增长117%。 新能源汽车与传统燃油车最大的不同便是驱动系统的改变。作为新能源汽车的“心脏”，电驱动系统发挥了燃油汽车中“发动机、ECU电控单元、变速箱”的作用，对新能源汽车整车使用性能的动力性、经济性、舒适性、安全性等核心指标具有较大影响。 电驱动系统可包括“大三电”及“小三电”总成系统，其中大三电包括：驱动电机、驱动电机控制器、减速箱；小三电则一般包括：高压配电盒PDU、车载充电机OBC和DC/DC变换器。 图1：电驱动系统 2.正文 作为以前瞻、深度为己任的研究机构，我们一直在试图寻找新能源汽车崛起带来的产业变化，大小三电便是我们这篇文章的落脚点。而有别于通用的市场规模、公司情况、估值模型的报告架构。落脚于大小三电，结合近期多位产业内主流三电技术、采购、销售专家访谈资料，提炼总结出我们看到了未来5个趋势，提炼总结出我们看到了未来5个趋势： 2.1.系统集成化在两年左右会从三合一为主过渡到多合一；从物理集成转向深度电子电气功能集成 不同于市场目前的三合一主导格局，我们认为：未来两年左右的时间，会有大批主机厂自研或导入第三方的多合一电驱系统。今年比亚迪的3.0平台已经量产八合一、华为也推出了七合一，此外长城、吉利、北汽、通用也已经深入布局多合一大集成电驱系统，而以英博尔为代表的第三方供应商也推出了平台化的六合一等电驱系统。 图2：华为多合一电驱系统 图3：比亚迪3.0平台的八合一电驱动系统 从燃油车到电动车再到智能车，硬件的要求会有低成本和轻量化两大需求，这就导致零部件的集成化、模块化。电驱动系统作为主要的硬件成本（仅次于电池）部分，其集成化、模块化将是进展最快的部分。具体而言，大多数主机厂会选择加速电驱动系统集成化的原因如下： ①减少了壳体、轴等零部件的个数和重量； ②共电路板的涉及可以降低产品的体积； ③集成减少了线束的长度，提升了部件之前的通信效率； ④有利于整车装配的效率提升； ⑤集成后系统复杂度、技术难度增加，有利于主机厂减少供应商数量和提升两者粘性，从而降低主机厂成本； 虽然多合一后系统的复杂度大幅提升，也带来了出故障后维修难度和成本的增加。但对于主机厂而言，过去三年集成式电驱动系统相比价格和同样功率的分体式电驱动系统的电机、电控、减速箱、高压链接线束等价格下降超过40%，而且还带来了体积、重量的明显下降，主机厂装配效率的大幅提升。 2.2.集成趋势下的电机：油冷、高速化、碳纤维缠绕 电驱动系统需求：高性能、高效率、高速、低NVH。 图4：电驱动系统需求：高性能，高速化，高效率，低NVH ①电机的冷却方式从水冷到油冷大概率是将来的趋势。电机未来的趋势是朝高速化、高功率密度发展，定子绕组及磁钢发热对冷却系统提出了更大挑战。传统机壳水冷逐渐难以满足需求。 油冷系统包括了变速箱跟电机，两者共用油道，电机浸在油里。热量通过总成上的油水换热器进行热交换，整车冷却水路先进电机控制器，然后再进油水换热器，通过油水换热器把电机跟变速箱里面油的热量带走。相比较水冷而言，油冷有以下趋势：通过定子喷淋、转子甩油等方式兼顾低速大转矩下的绕组温升，以及高速下大功率下的磁钢温升，可提升电机持续输出能力20%以上；同时方便与减速器润滑油路集成，实现多合一系统结构紧凑化设计，优势明显。针对喷淋油冷对定子槽冷却不足、绕组端部冷却不均匀问题，可以考虑油水混合冷却、绕组浸没式冷却等冷却形式，但工艺性、可靠性仍需进一步验证。 图5：电机冷却方式对比 ②转速高速化。现阶段低压四驱车型的整车最高车速集中在180km/h-200km/h，电机最高转速15000rpm-17000rpm。也就是说如果整车最高车速需要进一步提高，最简单的方式是在不改变速比的情况下提高电机转速。对于整车最高车速超过250km/h的车型，电机转速超20000rpm是一个比较主流的选择。由于目前800V系统的短期成本会较高，因此搭载该系统的车型定位在中高端。而对于中高端车型，整车最高车速就是一个很关键的指标。 有一种业内观点认为选用双档变速箱来实现上述目的是未来的新方向。比如Taycan，最高车速260km/h，电机最高转速16000rpm。低速选用高速比16，减速增扭；高速选用小速比8.05，增速减扭。 一方面，无论是增速减扭还是减速增扭，无疑都是一种无奈的“折中之法”，没法做到既要高转速又要大扭矩。 另外一方面，两档变速箱相对单档变速箱虽只多了一个档位，但是增加了换挡机构、换挡策略，系统复杂性和制造工艺性都提高许多，且目前供应商资源较少，成本高。 因此，更倾向于认为两档变速箱是“过渡”方案。在电机高速化发展成熟之前，两档变速箱是追求极致动力车型较好的一个选择。 在整车最高车速维持不变的情况下，提升电机转速，可相应提高变速箱速比，电机端输出扭矩减少，进而电机尺寸可减小，实现系统成本降低和轻量化目标。 ③碳纤维缠绕。 目前主流厂家的电机转速都达到了16000rpm，下一步规划便是18000-20000rpm，领先的厂家更是在尝试25000rpm。因此除了电机除了油冷，还包括碳纤维缠绕，把整个电机转子包在碳纤维中，提升转子强度。为了更好的利用电机转子内部的磁路，不在电机转子的内部形成短路，这样会有隔磁桥的问题。电机转子的强度跟磁的利用率是一对矛盾体，主要是因为机械强度这个矛盾体。借助碳纤维缠绕这种技术，可以提高磁路的利用率。所以碳纤维缠绕也大概率是将来的趋势。 2.3.电气集成与高电压 近两年低压器件供应不足。电机控制器一般采用英飞凌的AURIX系列主控芯片，加上英飞凌的IGBT Eice Driver驱动芯片，大部分厂商都是用这一组合。数据表明，英飞凌的芯片只能供应市场需求的75%，芯片供应非常紧张。华为内部有自研计划（因为电机控制器的纳米数要求不高），他们的芯片像英飞凌AURIX系列一样不光只用在电机控制器上，也用在整车控制器、电池管理系统上。 电机控制器越来越集成，三合一系统中芯片只控制电机和电机控制器；多合一已经可以做到物理集成：机壳中一边是电机控制器，另一边是OBC、DC/DC、PDU，各自有各自的电路板和AURIX主控芯片。之后物理集成会走向电气集成，只有一块主控芯片，在行车的时候用于电机控制器，在驻车的时候用于OBC（车载充电机），行车和驻车的时候都可用于DC/DC。 另外，从电气角度看，整个行业当前处在从400伏到800伏的切换过程当中。目前整个电动汽车的痛点还是充电速度，高压化带来的大部分益处就是充电速度的提高，所以动力总成也要实现高压化，达到800伏甚至以上。当前比较流行的中端电动车400伏、500伏的平台可能会慢慢变成经济型电动车的一个应用。比较高端的20万以上的电动车会达到800伏的应用，未来800伏也会逐渐向下渗透。因为成本考虑，400伏左右的电压还是会沿用原有的IGBT功率器件，800伏以上要用碳化硅器件（碳化硅是800伏起步，能提供更高的电能转换效率）。对于价格在20万/台及以上的中高端轿车，碳化硅基本上是标配。 图6：高电压趋势下元器件升级示意 2.4.新材料：高速、高压、高功率带来的改变 ①高速化：陶瓷轴承，超薄高强度硅钢片、铁芯粘接成型技术将逐步应用和普及，保证强度的同时有效降低损耗。 图7：陶瓷轴承 ②宽禁带半导体 硅基IGBT目前是市场主流功率器件，将长期存在，但已经接近理论性能极限，技术发展潜力小。 SiC器件具有低损耗、高频、耐高压、耐高温、高效率等优势，被视为“理想器件”，是市场热点。基于SiC功率器件系统效率提升2%~4%，对提升整车续航里程有着重要的意义。 图8：半导体材料的特性 图9：宽禁带半导体电子器件特性优势 2.5.未来三年，电驱动系统市场供应商份额快速提升，车厂自供并存 第三方独立供应商的市场份额将快速提升，预期在未来三年，随着新能源汽车电驱动产品发展逐渐成熟，成为“标准产品”后，第三方供应商供应将占据主导，车厂自供并存，这将是较为长期的趋势，原因如下： ①从电动车时代到智能车时代，主机厂的核心竞争力会从硬件向软件延伸，软件竞争力占比会逐步提升。特别在智能网联领域，相较而言，底盘电驱动系统相对更为“标准化”。 ②双方基于主机厂的整体设计和供应商的模块平台基础上做电驱动系统产品的设计开发，供应商可以将不同主机厂之间通用的部分做成标准化的模块平台，第三方供应商就能给多家主机厂供货，规模优势会带来成本优势。 不断的技术产品迭代过程中，国产供应商的响应速度和更加专一的聚焦会使其在新技术的敏感性上和新技术的大规模研发投入回报比上都比主机厂自供更有优势。所以基于以上分析，我们认为未来第三方供应商会在标准化的部分占据市场主导地位，主机厂也会要求自供部分独立出去，也为市场其他主机厂提供产品参与市场竞争以保持其竞争力，但由于主机厂背景的存在，大概率都是作为其他主机厂的二供、三供存在。在标准化程度越来越高后，自身主机厂的一供地位也会受到威胁。 传统车上有3万多种零部件，伴随着零部件集成最后会变成2万多。目前供应商模块化供货的情况下，已经出现仅5000余零件。未来汽车硬件可能就1家供货商供货，主体的系统模块结构件3-5家供货。 3.附部分访谈实录（来自脉曦咨询） 访谈一 Q：电驱动环节供应商国产化的比例是多少？ A：现在要求30%的国产化。芯片目前国产化率达到5%～10%，下一阶段要求达到30%。其他除了轴承和旋变外基本都已经国产化。电机除了变压器是日本进口都国产化了。高速轴承目前国内还做不到。 Q：汽车创新主要是哪些方向？汽车智能化最能给用户带来什么？电驱动相关的机会？ A：（1）域控制器肯定是一个机会，因为它相对于传统车辆还是一个发动机变速箱的角色，未来的趋势一定是把这个集成度变得更高，然后就是把成本做得更低，降低车的使用成本。 现在已经身处头部的这些企业，我认为他们未来的空间会更加大。 （2）未来的智能驾驶，包括现在所提到的智能驾驶，其实说到底都是为了提高人们的生活效率、提高人用车便捷性、实用性。这些领域相关的一些自动驾驶或者说智能网联相关的东西，我认为是有非常有前景的。 访谈二 Q：未来软件部分的产业分工是什么样的？整车厂自己做，还是交给有独立的软件公司专门帮他做？ A：我觉得这部分会分成三大块。（1）第一个是说整车厂自己做的问题，整车厂更多的是提要求，然后做一些顶层的简单的软件。举个例子，比如说整车厂这个车是卖给公交领域的，或者