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新能源汽车电机控制器市场深度分析

2016-11-11 15:03 [能源管理系统] 来源于:一览众车
导读:在前几期的报告中我们分析了新能源汽车电机、VCU市场,本篇中我们将继续分析新能源汽车核心零部件中另一重要领域——电机控制器。

  在前几期的报告中我们分析了新能源汽车电机、VCU市场,本篇中我们将继续分析新能源汽车核心零部件中另一重要领域——电机控制器。

  一、技术

  电池技术、电机驱动及其控制技术、能量管理技术以及电动汽车整车技术为电动汽车四大关键技术。电控系统用于控制电池、电机等组件,其功能包括:电池管理,发动机、电动机能量管理等。电控系统由ECU 等控制系统、传感器等感应系统、驾驶员意图识别等子系统组成。电控系统的材料成本占比不高,但需要经过多次试验才能掌握关键算法,尤其是混合动力汽车涉及油、电混合的控制策略,技术壁垒较高。

  电机控制器作为新能源汽车中连接电池与电机的电能转换单元,是电机驱动及控制系统的核心,主要包含IGBT功率半导体模块及其关联电路等硬件部分以及电机控制算法及逻辑保护等软件部分。

  电机驱动控制系统(包括驱动电机和电机控制器)是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,控制和驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。

  一般来讲,电机控制器的主要由如下几部分组成:

  1、电子控制模块(ElectronicController)包括硬件电路和相应的控制软件。硬件电路主要包括微处理器及其最小系统、对电机电流,电压,转速,温度等状态的监测电路、各种硬件保护电路,以及与整车控制器、电池管理系统等外部控制单元数据交互的通信电路。控制软件根据不同类型电机的特点实现相应的控制算法。

  2、驱动器(Driver)将微控制器对电机的控制信号转换为驱动功率变换器的驱动信号,并实现功率信号和控制信号的隔离。

  3、功率变换模块(PowerConverter )对电机电流进行控制。电动汽车经常使用的功率器件有大功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管以及智能功率模块等。

图表1 电机控制器外观结构

  目前,电动汽车电机控制器多采用三相全桥电压型逆变电路拓扑,部分产品前置双向DC/DC变换器,以增大电机端输入交流电压,提升高转速下的输出功率,降低电机设计与生产成本。传统控制器中直流支撑电容器体积庞大、耐高温性能较差。为减小直流支撑电容器体积甚至取消直流支撑电容器,新型变换器电路拓扑和控制方法成为电动汽车应用研究的新热点,但尚处于实践探索阶段。目前电动汽车用变流器的研发重点仍然多集中在电力电子集成方面。

  综合技术和市场趋势分析,未来,车用驱动电机系统的三个技术发展方向是永磁化、数字化和集成化。

  1、永磁化指永磁电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、便于维护的优点。目前电机永磁化趋势正凸显,一览众咨询数据显示,永磁同步电机在我国新能源汽车中的使用占比已超过 90%。

  2、数字化包括驱动控制的数字化、驱动到数控系统接口的数字化和测量单元数字化。用软件最大程度地代替硬件,具有保护、故障监控、自诊断等其他功能。

  3、集成化主要体现在两个方面:1)电机方面:电机与发动机总成、电机与变速箱总成的集成化;2)控制器方面:电力电子总成(功率器件、驱动、控制、传感器、电源等)的集成化。未来把电机、减速机、控制器一体化,是一种趋势,不仅减小了体积,更使得产品更加标准化。

  二、市场

  由于未来几年新能源汽车市场将持续走好,该领域市场潜力将会逐渐释放,电机控制器市场规模也将逐渐提升。目前客车电机控制器价格一般为3~5万元,乘用车电机控制器价格一般为0.6~1.5万元。通过测算,一览众咨询预计到2020年,国内新能源汽车电机控制器的市场规模将超过150亿元。(详细测算依据见一览众咨询出版的《2016-2020年中国新能源汽车电机及控制器市场投资报告》)。

图表2 2016-2020年中国新能源汽车电机控制器市场规模(亿元)

  供应链方面,电机控制器的开发包括软、硬件设计。核心软件一般由整车厂研发,硬件和底层驱动软件可选择由汽车零部件厂商提供。我国控制器硬件水平与国外存在一定差距,产业化能力相对不足。大部分企业推出量产电动汽车产品时更倾向于选择国外整车控制器硬件供应商。另外,控制器基础硬件、开发工具等基本依赖进口。

  企业类型方面,目前主流电机控制企业主要分为两类:一类是电动汽车整车企业,其生产的电动汽车电机控制器一般供给其整车产品;另一类是电动汽车零部件企业,其生产的电动汽车电机控制器一般供给特定或非特定的整车企业。

  在乘用车领域,整车企业通常具备较强的综合实力,通常自主研发生产电动汽车电机控制器,或者以自主研发生产为主,适当采购零部件企业的产品为辅;在客车领域,整车企业通常电机控制器研发经验不足,一般选择外购电动汽车电机控制器,少数规模较大的整车企业会选择自主研发生产或者自主研发生产与外购相结合的方式。

  虽然国内外控制器技术存在差异,但从2015年开始,新能源汽车产品类型多样化,对不同的控制器需求更加丰富。单从数量来看,目前我国电动汽车电机控制器市场主要由国产品牌占据,外资产品因其价格较高等原因,在市场的培育和初期发展阶段所占份额较小。

  三、企业

  目前国外新能源汽车以混合动力为主,采用为永磁同步电机及控制器。电机控制器生产企业主要有丰田、本田、日立、博世、福特、通用、明电舍电机、东芝、UQM 电机、AC PROPULSION、ENOVA 电机、飞思卡尔、MM 公司和日本安川电机。

  近年来国内企业对新能源汽车及其核心部件的投入力度加大,电机控制器的发展快速从技术研究向产品开发方向发展,先后出现了一些专业研发生产车用电机驱动系统的产业化公司,逐步形成了有利于提高产品品质、降低成本的产业链。国内电机控制器的已批量供货的企业主要有汇川、蓝海华腾、上海电驱动、上海大郡、天津松正、深圳五洲龙、南车时代等。

(编辑:admin)

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