电机趋于高集成度,高电压,高功率密度的原因（电机趋于高集成度,高电压,高功率密度怎么算）

高集成度：从组件到一体机，再到一体化集成

新能源汽车对轻量化、降低成本、优化空间布局等性能指标要求越来越高。电驱动系统集成化产品已成为行业发展趋势。新能源汽车电驱动系统经历了从分立到功能集成再到机电一体化的发展过程。依靠关键技术的突破创新，提高系统集成度已成为新能源汽车行业的共识。

系统性能和成本控制已成为不同集成方案考虑的核心因素。新能源汽车电驱动系统有不同的集成路径，需要综合考虑系统性能、成本控制、紧凑性、可维护性、供应链管理、灵活性等因素进行选择性封装。常见的“三巨头”集成主要是电机、电控、减速机三合一系统。代表厂商有日本电产（Nidec）和蔚来（NIO）。常见的“小三电”一体化主要是车载充电机、DC/DC转换器、高压配电单元的三合一系统。代表厂商有Vimax和Inbor。进一步的一体化电驱动，以三合一系统为基础，由各公司根据自己的技术路线选择性封装。有集“大三电”、“小三电”为一体的六合一电驱动，也有更先进的集“大三电”、“小三电”、电池管理系统和车辆控制器。 “多合一电驱动”以比亚迪的八合一、华为的七合一为代表。

还有扩展的电池组集成解决方案，将“小三电”组件整合到电池组中。代表厂商是特斯拉。随着集成技术的发展，未来也有可能将电动压缩机和热管理单元封装到组件中。

上图：新能源汽车电驱动系统集成解决方案技术路径

目前，电驱动系统集成主要处于控制级集成阶段。根据集成程度的不同，电驱动系统集成可分为自主产品、部件级集成、控制级集成和功率级集成四个阶段。目前大多数厂商的系统集成解决方案主要处于控制级系统集成的第二、第三阶段。功率级集成的第四阶段是在拓扑电路层面复用部分功率器件和磁性器件，这在技术上有一定难度。业内拥有功率级集成技术并实现产业化的厂家寥寥无几。

上图：新能源汽车电驱动系统集成开发的发展阶段

一体化的趋势越来越明显，一体化系统安装的渗透率不断提高。 NE时报数据显示，国内新能源乘用车电驱动系统三合一及以上一体化渗透率已从2020年的40%提升至2022年上半年的60%以上。2022年上半年，二合一、三合一、多合一以下新能源乘用车安装电驱动系统的比例将分别占41%、55%和4%。其中，三合一及以上系统安装量136.8万套，同比增长100.9%。

电驱动系统一体化，强化行业壁垒。与自主产品的供应格局相比，电驱动一体化系统供应商数量明显增加，来自整车企业和系统供应商。 NE时报数据显示，2022年上半年，我国新能源乘用车电驱动三合一及以上系统TOP10供应商安装系统112.9万套，市场份额达82.7%。 TOP10供应商分别为比亚迪、特斯拉、日本电产、蔚来驱动、汇川技术、中车时代、联合电子、聚一动力、零跑汽车、大众变速箱。其中，Nidec为第三方供应商龙头，市场份额为10.0%；中车增速最快，市场份额为4.6%。

比亚迪和华为引领一体化技术方向。在一体化电驱动系统市场，代表性案例包括比亚迪的八合一系统和华为的七合一系统。比亚迪的八合一系统集成了驱动电机、减速器、电机控制器、OBC、DC-DC、PDU、BMS和VCU。其整体性能较上一代产品功率密度提升20%，重量降低10%，体积缩小10%。 %，系统运行效率高达89%。华为的七合一系统集成了驱动电机、减速器、MCU、OBC、DC-DC、PDU、BCU，系统运行效率也达到了89%。从集成度来看，比亚迪的八合一系统可能集成度更高，尺寸更小。

左上：2022上半年新能源乘用车“一体式”市场份额

右上：比亚迪八合一电驱动系统

高电压：从400V到800V，电压升级提高快充效率

800V高压平台优势明显，可以提高充电效率、减少损耗、减轻重量。新能源汽车一般采用电压400V、电流500A、最大功率200KW的系统平台。如果想进一步提高充电功率、缩短充电时间，则需要进一步提高系统电流或电压。增大电流的方法很容易导致充电时电池过热，从而给新能源汽车带来安全隐患。提高电压的方法需要将平台电压从400V提高到800V或1000V以进行系统扩展。 800V高压平台具有诸多性能优势。一方面可以提高充电效率，减少系统能量损耗；另一方面，提高电压会减少传输电流并减小高压线束的截面积，从而减轻线束的重量并节省空间。

各大车企纷纷布局800V平台架构和未来车型。 2019年，保时捷率先推出800V系统全电动跑车Taycan，采用270kW功率快充，仅需23分钟即可充电5%-80%。奥迪、创世纪、悍马等国外豪华品牌电动车均宣布采用800V系统，奔驰、大众等巨头未来也将推出800V平台架构。国内造车新势力和传统汽车厂商也纷纷布局800V系统，包括小鹏、蔚来、理想、比亚迪、吉利极氪、广汽艾安、东风揽图等。小鹏发布的新款SUV车型小鹏G9是全球最快的为量产电动汽车充电。它将首次搭载800V高压SiC平台。配合小鹏汽车超快充电桩，可将车辆与桩合二为一，充电最快可实现5分钟续航200公里，15分钟即可充电10%至80%。

上图：各大车企800V高压系统布局

800V高压平台要求电驱动所有部件升级为高压。随着电压平台的提高，动力电池不仅需要支持800V，还需要匹配800V的电机控制器、DC-DC转换器、车载充电机、高压配电单元、空调压缩机、加热器组件—— 1000V电压正常工作。 800V高压平台需要相应的元器件和设备升级才能支持800V，但元器件产业链升级到800V还有较长的过渡期。为了兼容现有的400V直流充电桩，可通过增加400V至800V直流车载充电器对电池进行充电。为了与现有的400V空调压缩机和加热器兼容，您可以通过安装800V至400V高压转换器进行过渡。

上图：800V高压系统架构

800V高压平台成本较高，主要定位于豪华车市场。现阶段，新能源汽车受制于电池原材料需求旺盛带来的高价格，整车企业对各个零部件的成本非常敏感。 800V高压产业链正处于早期阶段，相关器件向800V切换还需要时间。

现有方案下，整车成本需要增加1万到2万元左右，只有对价格不敏感的高端豪华车市场才能快速推广。据Yole预测，2024年800V高压平台的渗透率预计将达到10%。

上图：800V系统渗透率预测

高功率密度：从硅基到碳化硅，功率密度和效率不断提高

碳化硅器件比硅基器件具有更好的工作性能。功率器件实现电压、电流和频率的转换，是电动汽车电源系统中电能转换和电路控制执行的核心。新能源汽车功率转换的主流方案采用硅基IGBT。但IGBT受限于硅基材料的性能，难以进一步提高各项性能。随着电驱动系统功率密度不断提高，需要更高效的功率转换效率和更高的工作温度，这对功率器件提出了更高的要求。碳化硅功率器件在导通电阻、阻断电压和结电容方面的性能明显优于传统硅基功率器件，并且可以实现更高的功率体积密度、更高的功率质量密度、更高的开关频率、以及更多高效率并降低冷却系统的复杂性。对于新能源汽车来说，同等电压条件下，碳化硅器件更薄、更小、更轻、导通电阻更低、能量损耗更小，让新能源汽车实现更长的续航里程、更短的充电时间和更高的电池电压是实现800V高压平台的关键技术路径。

碳化硅器件广泛应用于电机控制器、车载充电器、DC-DC、无线充电等领域。越来越多的车型在电机控制器中使用碳化硅解决方案。国外奥迪e-tron GT、福特Mach-E、特斯拉Model S等车型均采用了碳化硅器件。国产比亚迪汉EV旗舰车型采用碳化硅。该设备首次在中国上市。小鹏G9和蔚来ET7也采用碳化硅电机控制器解决方案。碳化硅已成为中高端车型的电源解决方案。丰田的电动SUV车型bZ4X配备了基于碳化硅的车载充电器和DC-DC转换器。国内芯锐科技率先将碳化硅应用于车载充电机市场。威迈斯、英博等公司也发布了基于碳化硅的车载充电器产品解决方案。

左上图：各类功率器件的应用场景

上图右：不同工况下SIC与IGBT器件效率对比

碳化硅功率器件取代传统硅基功率器件已成为行业发展趋势。 2018年之前，碳化硅开始应用于电机控制器、车载充电器、DC-DC和充电桩等各个领域，但碳化硅解决方案尚未成熟，渗透率较低。 2020年后，随着新能源汽车产业的爆发，碳化硅应用方案开始增多，1200V高压方案也相继出现。据Yole预测，600V碳化硅电机控制器解决方案预计2023年量产，1200V碳化硅电机控制器解决方案预计2026年量产，1200V碳化硅充电桩解决方案预计2026年量产。 2025 年的产量。

上图：新能源碳化硅应用路线图

碳化硅器件目前应用于高端新能源汽车，未来有广阔的增长空间。虽然碳化硅具有明显的技术优势和长期的市场发展潜力，但碳化硅衬底的生长速度慢、制备技术难度高，导致高品质碳化硅衬底的良率低、成本高。目前碳化硅主要应用于高端汽车的电控领域。随着规模效率成本的降低，未来应用范围将扩大到更多车型、电力系统、充电桩等。 Yole数据显示，预计2026年碳化硅器件市场规模将达到45亿美元，年复合增长率为36%。

碳化硅器件被国际巨头垄断，碳化硅衬底成为影响行业发展的核心要素。从产业链来看，碳化硅产业链主要包括衬底材料制备、外延层生长、器件制造等。衬底、外延、栅氧化工艺是最关键的三个技术领域。衬底、外延和器件分别占碳化硅成本的46%、23%和20%。衬底已成为影响碳化硅器件应用的核心因素。因素。据Omdia统计，2021年碳化硅器件市场的主要竞争对手包括意法半导体（37.1%）、Cree（13.7%）、英飞凌（12.5%）、罗姆（5.9%）、安森美半导体（3.1%）、USCi（2.3%） %）、三菱电机（2.0%）。根据Cree的数据，碳化硅衬底市场高度垄断。主要竞争对手包括Cree（62%）、II-VI（14%）和Rohm（13%）。国内企业有山东天岳、天科合达等。

左上：碳化硅器件市场规模预测

右上：碳化硅器件市场份额（2021年）

审稿人：李茜