玩加电竞【第14期独家纪要】新能源车电机技术和成本趋势

  新闻资讯     |      2023-08-26 21:31

  大驱动电机厂多数亏损,小电机厂相对更好。新能源火热以后大驱动电机成为投资型行业,竞争激烈导致毛利率降低、企业亏损;小电机自动化程度比大驱动电机要高,供应链相对稳定;扁线万元级别,大驱动电机产能处于过剩阶段。

  目前电机厂尽管产量不错,但利润较低。越来越多的主机厂倾向于自制电机,部分厂商存在旧电机生产线闲置问题。一些主机厂如理想、蔚来、零跑等正在研发或自行生产电机,越来越多主机厂从采购转向自研是重要趋势。电机厂的定位也将发生变化,标准供应将不再购买整电机总成,而是拆分购买定子和转子工艺。

  电机降本有两种方法,降低重量或更换材料,降低重量为主要降本方式。降低重量主要通过提高电机转速和使用扁线电机实现。提高电机转速需要平衡发热量,一般转速在16000转左右较合适。未来在转子设计与冷却性能方面可以做更多优化。三合一电机、电控、变速箱的成本约6000-7000元,100元每公斤级别已达极致,难以再降低,供应链分化将导致称斤销售。

  目前在新能源汽车和传统汽车上用到的电机可以分为三类。第一类是最简单的电机即有刷电机,目前摇窗、雨刷电机用量实际上非常大,比新能源电机用量大很多,有好几个公司也在做,产业比较成熟,也有足够利润。因为有刷电机没有控制器,一通电就会转,电机一转就需要换向,它通过物理接触的碳刷来实现换向,所以成本比较低,只有纯粹的物理电机。缺点是碳刷物理接触寿命比较短,一般在3-5千个小时,现在做新能源驱动电机一般要做到1-2万个小时以上才比较合格,所以这种电机一般用于不需要长期工作的摇窗、雨刷等物理场景,包括现在更小的微电机用于开窗门、开门把手,这类电机量特别大,一台车上要用到10个以上的级别,但单价比较低,只有几十块钱。

  第二类涉及到驱动电机。驱动电机分为两种,一种是同步电机,一种是异步电机,同步电机里面有永磁体,永磁体相对效率比较高,异步电机转子里面没有磁体,是用铝或者铜的架子来代替磁体,实现扭矩的传递,成本比较低,寿命比较可靠,因为没有磁体不会存在生锈等问题。一般异步电机的效率比永磁同步电机效率会低一到两个点左右,作为主驱会有一些缺点,优势是做辅驱比较好。

  电机主要分为以上三大类,量最大的是有刷功能型电机,单价比较低,二十到七八十价格不等。无论是混动还是纯电动,主驱电机以永磁电机为主,特斯拉的第一代以及一些四驱车的辅驱是感应异步电机。

  逻辑上同一家电机供应商不可能附带所有车用电机类别。原因有以下:供应商有区别,传统小电机都用圆线,与新能源发卡电机类似,小电机线比较细,所以供应会有区别。大部分小电机在电机细节里面都是集中绕阻,但是现在大的驱动电机是分布绕组,大电机与小电机工艺方法不一样。

  大的驱动电机量与小的功能型电机量不一样,所以会导致生产节拍、生产线布局投入不一样。转子上小电机一般用的是表贴式,磁铁一般是贴在转子的表面,没有高速性,只能在一部分转速内工作,驱动电机要求高速性能,因此磁体做法和现在大驱动电机的磁体做法不一样。

  现在大的驱动电机用IGBT,IGBT的控制器分为两个电路板驱动板和控制板,这两个电路板设计算法跟现在小的直流电机不一样,直流电机是没有控制器的。一种带控制器的小电机叫无刷电机,是用MOS管来做,所以电路和软件算法也完全不一样。总结而言,无论从电子工艺、转子工艺、控制器来历、整个产业链方向都不一样,所以目前小电机供应商就做小电机,大电机供应商就做大电机,做交叉的供应商不多。

  从投入产出比和毛利率来讲,理论上大的驱动电机较高。表面上现在小电机的投入产出比较低,特别是毛利率较低,但是现实中其实大的驱动电机厂多数在亏损,小电机厂反而相对更好。有以下原因:

  第一,大的驱动电机是新能源火热以后企业都在进入的投资型行业,导致竞争特别高,竞争的激烈导致企业都在亏损。现在直流电机的价格基本小于50元,无刷电机的电控加上电机一般是在200元以内,单个毛利润非常低,表面上并不是好的产业。小电机一定要自动化,投资跟大驱动电机不一样,要完全自动化,所以国内几个厂商产线几乎都是近似于无人的生产方式,产线投资不小。自动化程度实际上比大的驱动电机要高。

  目前小电机供应链格局相对比较稳定,还保持传统车良好的供应商和客户的关系,大的驱动电机投入比较灵活。2023年几乎所有人都在投资扁线年下跌非常厉害。传统扁线电机投入有二十七八道工序,现在已经降到500-1000万元级别,非常自动化,两三年前在1000-3000万元。大的驱动电机固定资产投入到2023年有所降低,但是现在产能特别过剩,每一家电机厂都投入扁线电机的生产线。实际上国内除了比亚迪和吉利有一些比较大的车型以外,很多车型每个月的销量没有达到一万辆,导致目前大的驱动电机产线投入已经比较小,产能特别过剩,会导致利润比较吃亏。

  目前新能源电机厂都处于有量但没有利润的阶段,越来越多主机厂倾向于自制。前些年很多厂商圆线年突然全部变成扁线电机,所以很多厂都会存在老电机线的闲置。但扁线电机的投入比圆线电机大,所以一般产能规划比较大,实际需求没有放出来。

  理想电机和汇川有合作,但是自己也在研发。蔚来实际上是自己做。小鹏之前也购买过汇川,但是现在已经有比较完善的团队来做电机的生产设计。零跑现在电机也是自研,而且电机成本做得非常好。前期生产线一旦起来后目前价格非常低。哪吒外购较多。量比较大的主机厂电机都是自研,电机的投入也容易标准化,国内的OEM自2022年开始越来越多的主机厂从以前采购转向自研,这是很大的趋势。吉利也有自己的生产公司,扁线电机的投入规模非常大,也涉及到一些进口设备,2023年也在做一些调整,做固定资产投入的优化和降本增效。广汽外购主要是由于企业之间的合作导致的。华为之前买了好几个厂,现在也在玩加电竞自己做,不同的供应链都有。长安外购的电机比较多。电机比较大的趋势是主机厂自研,比传统的发动机投资要小很多。

  电机厂定位会有一些变化,标准供应会从外购买电机总成变成购买定转子工艺,而且定子工艺跟转子工艺不一样,定子主要做绕线或者发卡,转子主要是充磁,以前购买整电机会变成拆分买定子、转子,供应商再自己组装。拆分成定转子电机厂商会还有一些市场,未来大概率拆分电机是主要趋势,电机直供会比较少。

  电机差异化比较难,比做发动机的差异化还难。发动机零件比较多,结构比较复杂,传统发动机是95-105公里,现在电机是30-40公里,而且是纯铁、铜,差异化比较难。从高压、扁线上做差异化也比较难。现在定转子供应商可能变成类似传统螺栓供应商,比较标准化。未来要在生产管理、经营制造上面下功夫,成本和品质比竞争对手做得更好是着重点,而不在于技术,现在技术同质化和工业的同质化特别严重。

  在给客户做方案也遇到这个问题。前两年磁铁比较贵,电机磁铁成本较高,压力非常大,因此特斯拉无稀土电机引起热度。2023年磁铁降价很多,已经降到400元每公斤,所以没有考虑无稀土电机来解决问题。基于当前的磁铁价格还可以接受,不会做出太大改变。现在也不清楚特斯拉无稀土电机的单价,认为区别不大,除非磁铁又价格上涨,目前无稀土电机影响不是很大。

  目前永磁电机性能非常好,可以在很小体积里做很大的扭矩,所以认为无稀土电机不是从性能方面考量,可能是从美国、日本等供应链考量,如果现在磁铁成本在四五百块钱以内,成本优势还无法判断。

  目前除了芯片以外所有产品价格最后都会跟成本直接挂钩,上量后产品的成本取决于质量。目前要降本有两个方式,第一是要降低重量,这是最主要的方法。第二换材料,但是换材料比较困难,因为材料一换,产品的架构就完全变化,除非带来新的技术变革或者技术跨越才可以实现,是比较难的方式,所以要降本主要靠降低重量。

  降低重量有很多工作要做,之前电机的降本方式主要是把电机加速,电机转速做高。车定型下来以后功率就会定下来,节约成本方式无非是同样功率的电机把重量做小,本质上电机的扭矩与大小有关系。所以对电机来讲扭矩要想做得越大,就要把电机做得越大。扭矩要做得很小,电机就会做得很小。电机的扭矩等于磁链乘以电流,磁链是绕的匝数,绕得越多,磁链就越大,电流是铜线越粗越大。如果要把电机的扭矩做大,就要把匝数做多、铜线做粗,为了节省成本要把匝数做高,这样扭矩就小,铜线的匝数就少。

  匝数做高、扭矩做小,用铜量和用铁量就会小,IGPT电机基本控制频率做到一千赫兹比较正常,大概15000转,如果做到一千二百赫兹大概18000转。电机转速高以后会发热,有微波炉的原理,永磁体在旋转的时候会让整个电机的定转子发热,而且发热量非常大,大功率电机可以到达2-3千瓦的发热量,所以需要平衡电机转速与发热量。

  目前一般在16000转左右比较合适,如果从转速的角度来降低扭矩实现降本增效大概16000-18000转,做得更高比较难。除非把硅钢片换成高速旋转,但现在还比较困难。另外一种方式是做扁线的间隔,扁线年的时间又有所同质化,从降本角度提高转速、做扁线电机是比较大的主流方向。

  电机壳体铝19元每公斤,加上工艺成本二十七八元每公斤,已经定型无法改变。转子设计上有一些可以降本增效,永磁磁阻电机的永磁扭矩占比小一点,磁阻占比扭矩大一点,磁阻电机是靠磁场的最小磁通走向来实现扭矩提高,所以可以使得磁钢用量更少。不同公司设计转子磁钢不同会导致磁体用量不同,但要通过软件的仿真来实现,工作量比较大,电机设计好会导致转子成本低一点。空心轴很多用到激光焊、摩擦焊的工艺,降本想做得太大不是特别容易,但是冷却性能上可以做一些考量。传统的水冷电机一平方毫米的铜线倍左右的电流,油冷扁线电机性能更好,铜线会用的少一些,是比较大的趋势,做扁线电机都在做成油冷,比水冷电机冷却效果好一点,可以做一些优化。

  铜线年之内扁线再升级可能性不是很大。壳体在过去二三十年都没有大的成本变化。硅钢片如果不做大的变化,后几年电机成本降低会更加困难。因为现在三合一电机、电控、变速箱的成本一共加起来才六七千元,一百元一公斤级别其实已经做得非常极致,递减10%难度比较大,从量上可以进一步降低工艺成本,但是架构上很难降本。现在的供应链在分化,大的厂商越来越大,做的项目越来越多,小的厂商越来越少,会导致最后变成称斤销售。下一步除非有大的工艺变化,目前主要随着原材料大宗商品变动,还没有大的趋势来改变电机行业。

  海外机会不少。美国在底特律生产线成本都比较高,生产线是定制化的产品。人工成本特别高,导致生产线成本、固定资产投入较高,国内电机厂、零件厂到墨西哥或美国有特别大的优势。原材料的优势不大,全世界大宗商品的价格实际上非常接近,但是从产线、固定资产的投入来讲国内有巨大的优势,把电机做到海外业务,优势应该比较大。

  出口现在基本很难,一是政策的原因,二是物流,三是响应时间。但是如果在墨西哥或者其他地方建厂,把国内的生产线搬过来,把国内生产工艺放到这边,优势很大。运营、人力等管理层面对于一些大的企业来说不是问题,体系比较成熟。

  室温超导如果应用电机,电机会缩小很多,因为铜也有电阻。超导与磁阻是有关系的,超导体有强磁阻,所以会有很大的区别,电机会完全不一样,这是行业的变革,电机会变得很小甚至可能样子会完全改变。如果不是超导但能实现强磁阻,电机也会发生很大改变。

  从汽车产业延伸到别的行业是好的方式。传统的工业电机性能比较差,效率和成本实际上都不是很好。如果朝其他方向转型,在汽车行业卷到极致的情况下,再回到其他行业会发现有降维优势。