我們都知道，新能源汽車的核心是三電系統(tǒng)：電池、電機(jī)、電控。

　　殊不知，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中還可以分為“大三電”和“小三電”。

　　01

　　啥是“大三電”？

　　啥又是“小三電”？

　　在談?wù)撽P(guān)鍵技術(shù)前，我們先對(duì)“大小三電”做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

　　一般來(lái)說(shuō)，大三電包括：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控、變速器；

　　小三電則包括：高壓配電盒PDU、車載充電機(jī)OBC和DC/DC變換器。

　　大三電

　　大三電包含三大總成部件：

　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成

　　控制器總成

　　傳動(dòng)總成

　　新能源汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高溫、高濕、振動(dòng)的復(fù)雜工作環(huán)境下，基于實(shí)時(shí)響應(yīng)的軟件算法，高頻精確地控制電力電子元器件的功率輸出特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，最終通過(guò)精密機(jī)械零部件對(duì)外傳輸動(dòng)力。

　　小三電

　　小三電同樣包含三個(gè)總成：

　　DC/DC變換器

　　車載充電機(jī)OBC（On-Board Charger）

　　高壓配電盒PDU（Power Distribution Unit）

　　其主要功能為提供電力轉(zhuǎn)換及電池的充放電功能，車載電源作為新能源汽車動(dòng)力總成中的重要組成部分，必須滿足功率密度大、體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

　　02

　　電驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

　　電機(jī)高速化

　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要為機(jī)械部件，原材料成本相對(duì)容易核算，在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的情況下，提升電機(jī)的功率重量密度和功率體積密度，使電機(jī)重量減輕是降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品成本的有效方式。

　　美國(guó)派克Parker高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)

　　提升電機(jī)轉(zhuǎn)速，則對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，軸承選型、電機(jī)散熱、轉(zhuǎn)軸材料、定轉(zhuǎn)子硅鋼片材料、電磁仿真、機(jī)械強(qiáng)度仿真、熱仿真、公差計(jì)算匹配等等都變得更有挑戰(zhàn)性。

　　近年來(lái)不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的產(chǎn)品，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都在不斷的提升過(guò)程中。

　　電機(jī)扁線化

　　扁線電機(jī)，即采用扁平銅包線繞組定子的電機(jī)。與普通圓漆包線繞組相比，扁線繞組在相同的體積下，具有能量密度更高，電機(jī)效率更高的特點(diǎn)。

　　其優(yōu)點(diǎn)包括：

　　更高的槽滿率：相比傳統(tǒng)圓線電機(jī)，裸銅槽滿率可提升20~30%，有效降低繞組電阻進(jìn)而降低銅損耗。

　　散熱性能更好：扁線形狀更規(guī)則，在定子槽內(nèi)緊密貼合，熱傳導(dǎo)效率更高，提升電機(jī)峰值和持續(xù)性能。

　　更短的端部尺寸：相比圓線電機(jī)繞組端部尺寸更短，端部總高度短5~10mm，有效降低端部繞組銅耗。

　　更好的NVH表現(xiàn)：扁線結(jié)構(gòu)繞組有更好的剛度，同時(shí)扁線繞組通過(guò)鐵芯端部插線，電磁設(shè)計(jì)上可以選擇更小的槽口設(shè)計(jì)，有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

　　特斯拉、上汽新能源、雪佛蘭Volt、豐田第四代Prius、長(zhǎng)城蜂巢、東風(fēng)嵐圖、保時(shí)捷Taycan、大眾ID.4、漢GT、吉利極氪等車型或平臺(tái)中都采用了扁銅線定子電機(jī)。

　　扁線電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)期，未來(lái)隨著技術(shù)工藝的進(jìn)一步成熟，扁線電機(jī)的生產(chǎn)成本有望低于傳統(tǒng)圓線電機(jī)。

　　IGBT單管并聯(lián)分立式技術(shù)

　　IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品；

　　封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上，在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。

　　采用MOSFET以及IGBT單管并聯(lián)技術(shù)（PEBB電力電子集成技術(shù)）的理念制作功率模塊，有利于電機(jī)控制器靈活擴(kuò)容，精準(zhǔn)功率匹配，降低成本，保障了產(chǎn)品的可靠性，且具有良好的電磁兼容性。

　　根據(jù)英搏爾公司2021年半年報(bào)，其采取單管并聯(lián)方案的“集成芯”動(dòng)力總成其重量、體積、成本均低于目前主流產(chǎn)品20%以上。

　　同時(shí)，在電機(jī)控制器向高壓大功率趨勢(shì)發(fā)展的情況下，第三代功率半導(dǎo)體SiC的應(yīng)用成為共識(shí)，因其導(dǎo)通電阻小，開(kāi)關(guān)速度快的特點(diǎn)，運(yùn)用單管并聯(lián)技術(shù)才能發(fā)揮其最優(yōu)特性。

　　SiC提升電控性能

　　在新能源汽車電機(jī)控制器當(dāng)中，電力轉(zhuǎn)換是通過(guò)控制IGBT的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。IGBT受材料本身的局限，較難工作在200℃以上。

　　高功率密度的電機(jī)控制器需要高效的電力轉(zhuǎn)換效率和更高的工作溫度，這對(duì)功率器件也提出了更高的要求，如：更低的導(dǎo)通損耗、耐高溫、高導(dǎo)熱能力等。

　　基于SiC單晶材料的功率器件，具有高頻率、效率、小體積等優(yōu)點(diǎn)（比IGBT功率器件小70-80%），已經(jīng)在特斯拉 Model 3 車型中得到了應(yīng)用。

　　SiC半導(dǎo)體控制器能使新能源汽車實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程、更短的充電時(shí)間、更高的電池電壓。

　　與二代硅基IGBT相比，半導(dǎo)體SiC 750V時(shí)能效增加8-12%，總損耗減少約1/7，模塊體積僅為IGBT的1/5左右，開(kāi)關(guān)頻率為IGBT的5-10倍。

　　03

　　電驅(qū)動(dòng)總成技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　系統(tǒng)集成化

　　系統(tǒng)集成化為確定性趨勢(shì)，是技術(shù)發(fā)展和成本壓力下的選擇。

　　電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成化是未來(lái)確定性的趨勢(shì)，同時(shí)集成化產(chǎn)品也增加了行業(yè)的進(jìn)入壁壘，技術(shù)層面，集成化程度更高的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)包括：

　　機(jī)械方面殼體、軸等部件上能夠做到集成化，這樣減少了使用零件的個(gè)數(shù)與部件的重量，節(jié)省了成本；

　　電氣方面大三電集成能夠減少控制器與電機(jī)相連三相線的長(zhǎng)度，效率提升的同時(shí)也節(jié)省了線束成本，密閉的殼體空間內(nèi)使電磁兼容方面的性能也能夠提升；小三電方面共電路板設(shè)計(jì)也能夠降低成本和產(chǎn)品體積。

　　系統(tǒng)層面，集成產(chǎn)品由一家來(lái)供應(yīng)也可在最初始階段就進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到系統(tǒng)的成本最優(yōu)，節(jié)省成本的同時(shí)也節(jié)省空間，在整車裝配更迅速快捷。

　　商務(wù)層面，供應(yīng)商集成化的產(chǎn)品增大了系統(tǒng)的復(fù)雜度，客戶的粘度也更高；主機(jī)廠減少了集成工作，對(duì)供應(yīng)商更好管理，且集成產(chǎn)品價(jià)格更具優(yōu)勢(shì)。

　　2018年，分體式90kw電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)、電控、減速箱、高壓連接線束總價(jià)在11000元左右；

　　2020年，集成式90KW電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平均產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)降到了7500元左右，降幅超過(guò)30%，同時(shí)體積和重量也下降明顯。

　　多合一將逐漸代替三合一

　　隨著電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品集成化的進(jìn)一步提升，除電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器之外，高壓分線盒、DC/DC、充電機(jī)OBC等零部件也可能集成進(jìn)去，形成功能更全的多合一動(dòng)力總成系統(tǒng)。華為等廠商都已經(jīng)發(fā)布了N合一的大集成系統(tǒng)。

　　但我們認(rèn)為，從分體部件到三合一成為主流，再?gòu)娜弦坏絅合一產(chǎn)品會(huì)有一定過(guò)程。

　　主要在于：

　　部件增多，集成難度增加，進(jìn)而帶來(lái)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)更大，對(duì)供應(yīng)商的能力要求也更高。

　　N合一產(chǎn)品也更為核心，若主機(jī)廠自身不能夠集成或掌握集成能力較為擔(dān)心被供應(yīng)商所制約。

　　充配電與動(dòng)力系統(tǒng)功能相對(duì)有所分別，集成帶來(lái)的成本降低相對(duì)不那么明顯。