与传统燃油汽车通过发动机和变速箱驱动汽车运动不同,新能源汽车依靠电机、电控和电池三大核心部件运动。其中,电机接收动力电池的能量,在电控系统的控制下驱动车轮转动,进而带动汽车行进。 传统燃油汽车传动系统组成 数据来源:公开资料整理 纯电动汽车传动系统组成 数据来源:公开资料整理 汽车电机在功率密度、效率、抗震性等方面有更高要求。相比于普通工业电机,新能源汽车驱动电机具有更为严格的技术规范和标准要求。首先,汽车空间有限,对驱动系统的尺寸有严格的限制;其次,电池容量有限,要求驱动系统具有较高的效率;第三,为满足乘车人员的舒适性要求,驱动系统应具有低噪音和低振动的特性。 1、永磁同步电机是当前市场主流 目前市场上应用最广泛的新能源汽车电机主要有永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机三类。三类电机中,交流异步电机成本低、结构简单,主要用于以特斯拉为代表的欧美系品牌,但其存在调速范围小、转矩特性不理想的问题,需要性能更高的调速器以匹配性能;永磁同步电机效率高、转矩和功率密度大,尺寸小、重量轻,常用于丰田和本田等日系品牌,另外特斯拉 Model 3 也搭载永磁同步电机产品,但由于其需要稀土材料制成的永磁体为原材料,一定程度上受到资源的限制,成本较高;开关磁阻电机结构简单可靠、系统成本低,但其具有转矩波动大及噪音大等缺点,目前应用还受到限制,商用车应用居多。 三种新能源汽车用电机对比 数据来源:公开资料整理 三种新能源汽车用电机性能对比 数据来源:公开资料整理 我国由于在稀土资源方面的优势,永磁同步电机成为当前新能源汽车市场的主流。对目 2017 年前 5 批新能源汽车推荐车型目录数据统计发现,乘用车、客车和专用车中永磁同步电机占比分别达 75.86%、93.18%和 81.90%,各批永磁同步电机占比也均在 80%以上,应用占比优势明显。 前 5 批推荐车型目录分车型电机类型分布 数据来源:公开资料整理 前五批推荐车型目录电机类型分布 数据来源:公开资料整理 此外,特斯拉前两款车 Model S 和 Model X 在采用交流异步电机路线后,新车 Model3 改用永磁同步电机路线,并于 2016 年 10 月与中科三环(000970.SZ)签订 3 年期的钕铁硼磁体采购条款,永磁同步电机的主流趋势得到进一步印证。 2、轮毂电机是未来行业趋势 轮毂电机即将汽车的动力、传动和制动装置都整合到轮毂内,实现每个驱动轮由独立电动机驱动的装置,因其具有布置方便、动力控制灵活、易于实现制动和能量回收、车身设计自由度高以及简化传动系统等优点,将是驱动系统发展的一个重要方向。 燃油车型、集中驱动车型与轮毂电机驱动车型对比 数据来源:公开资料整理 轮毂电机目前发展的障碍主要有散热、簧下质量控制和一致性校准三大问题。其中簧下质量控制指轮毂电机驱动系统把驱动电机、减速机构、制动器都集中在车轮内,非簧载质量大量增加,可能会导致车辆垂直方向的振动幅度变大,影响车辆行驶过中的平顺性与舒适性。而一致性校准则是由于各轮毂电机之间转速与扭矩独立受控,因而给一致性校准提出了更高的要求。 簧下质量控制示意图 数据来源:公开资料整理 目前,应用轮毂电机的汽车大多为基于现有车型的改装车以及在车展上推出的概念车,量产车还没有采用轮毂电机的产品。但我国已有相关技术储备,09 年上海车展亮相的长安E301 和 17 年上海车展亮相的 BJ80 均采用了轮毂电机技术。 轮毂电机应用实例 数据来源:公开资料整理 我们认为,虽然目前轮毂电机同样应用于传统燃油汽车,但其真正大规模使用可能更需要新能源汽车的普及作为支撑。新能源汽车的电气化程度更高,整车控制以电动控制为主,而同时对四个车轮上的电机进行控制正是轮毂电机普及的一大障碍,因此,电气化程度更高的新能源汽车发展有望拉动轮毂电机技术的普及。目前我国拥有轮毂电机技术储备的主要有亚太股份和万安科技两家企业,两家企业均是通过收购国际行业龙头股份并在国内建立合资公司实现对轮毂电机的布局。 国内两家企业在轮毂电机产品市场布局 数据来源:公开资料整理 3、电机成本下降压力有限 目前我国新能源汽车电机生产商普遍采用“成本加成”的定价策略,电机成本基本由原材料成本与加工成本两部分组成。永磁同步电机中,永磁体和定子铁芯成本合计占总成本的 62%;交流异步电机中,定子和转子铁芯成本合计占总成本的58%。其中,永磁体主要由稀土永磁材料制成,而铁芯主要由钢材制成。 永磁同步电机各部件成本占比 数据来源:公开资料、智研咨询整理 交流异步电机各部件成本占比 数据来源:公开资料、智研咨询整理 永磁材料氧化钕平均价格(万元/吨) 数据来源:公开资料整理 兰格钢铁综合钢价变化情况(元/吨) 数据来源:公开资料整理 进入 2017 年,受补贴政策年底出台以及推荐车型目录推翻重审影响,新能源汽车行业进入调整期,1 月新能源汽车销量同比下滑幅度达 74.17%。之后,随着各批推荐车型目录及各地方补贴政策的出台,乘用车市场率先开始复苏,对比近三年前五个月新能源汽车销售结构(乘联会新能源乘用车销量/中汽协新能源汽车销量),2017 年乘用车销量占比最高,均在 85%以上,而商用车受去年骗补事件及运行 3 万公里才可申请补贴影响,目前销量仍处于底部。 2017 年前五月新能源车及乘用车销量 数据来源:公开资料整理 历年乘用车销量占新能源车销量比重 数据来源:公开资料整理 2015、2016 年我国客车市场新能源客车渗透率分别达 16.36%和 22.83%,在补贴政策的推动下新能源客车占比已经达到一个较高的水平,未来增速将受到限制,未来的增量来自乘用车。 国内主要新能源汽车电机供应商及其客户 数据来源:公开资料整理 商用车电机产品售价目前 3-5 万元,A00 级乘用车电机产品 5-6 千元,A 级乘用车电机产品 1-2 万元。按照 2016 年新能源汽车 50.7 万销售数据(乘用车 33.6 万辆,商用车17.1 万辆),电机市场规模在百亿上下,但市场发展初期,市场集中度低,份额最大的企业占比不超过 20%。我们预计随着补贴退坡,业主对产品性价比的敏感度必将提升,成本、技术优势不明显的企业将逐渐退出历史舞台。2017 年 4 月 6 日工信部、发改委、科技部发布《汽车产业中长期发展规划》,提出 2020 年新能源汽车年产销达到 200 万辆,市场空间有望达到 200 亿以上。我们认为补贴退坡后,这一目标的达到需要优势整车企业的“爆款”车型来拉动,此时零部件供应格局将相对稳定,成为“爆款”车型供应商的企业有望展示更强的业绩弹性。 4、48V 系统 BSG 电机是趋势 2017 年 6 月 13 日,工信部下发新版《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法(征求意见稿)》,管理办法的出台将进一步激发传统燃油汽车企业关注油耗指标。根据《节能与新能源汽车技术路线图》规划,2020、2025、2030 年乘用车新车整体油耗将分别降至 5、4、3.2L/100km,商用车平均油耗将累计降低 10%、15%、20%以上。政策对节能降耗要求的提高除了将促进纯电动车的发展外,还将促进混合动力车的发展。根据“电池+电机”和“燃油+内燃机”在整车行驶中的作用大小,常常将混合动力汽车分为强混、中混和弱混三大类(电池+电机的作用依次减弱)。弱混合动力汽车即 BSG混合动力汽车,装备了 BSG 系统的汽车能够:1.车辆静止时自动关闭发动机,启动时通过皮带传动在极短时间内将发动机转速增加至怠速以上,实现快速起停,能够降低大约 8%的燃油消耗;2.车辆制动时,将汽车的动能转化为电能供蓄电池充电。同时 BSG 系统应用成本低,对发动机原有结构改动小,产业化容易实现,未来有望在传统燃油车上批量应用。 BSG 电机应用车型及其优势 数据来源:公开资料整理 |
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