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全面电驱动浪潮下,关键技术难关有待攻克

2020-11-04 浏览次数:1,436 次 中国汽车报网

近日,工业和信息化部装备工业一司指导、中国汽车工程学会牵头组织编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》(简称《技术路线图2.0》)正式发布。根据路线图规划,到2035年节能汽车与新能源汽车销量各占50%,汽车产业实现电动化转型,燃料电池保有量达到100万辆左右;传统能源动力乘用车全部为混合动力,新能源汽车成为主流,销量占比达50%以上。

对于在新环境和新市场下制定的2.0版本路线图,国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚认为,和1.0版本相比,实现全面电趋动化是新版路线图提出的重要概念。随着我国新能源汽车产业的发展,电驱动系统这一技术领域也得到了长足发展。不过,在过去很长一段时间里,各种因素导致人们对混动技术的“忽视”;在当下全面电驱动化的情况下,我国电驱动系统关键技术还有待攻克。

  ■从“全面禁燃”到“全面电驱化”

王秉刚认为,过去,人们总是把传统燃油汽车和新能源汽车割裂开来,分别讨论各自的节能减排路径,但是单纯内燃机已经无法达到节能减排的新要求,只有通过混合动力技术来实现,一旦传统燃油汽车全面实现混合动力化,其与纯电动汽车的技术路径也就此打通。

基于此,新版技术路线图提出了“全面电驱动化”,未来的汽车产品将主要由两类构成,纯电动驱动和混合动力,这就厘清了未来中国汽车动力系统的技术发展思路。因此,在新版的路线图中,电驱动被单独设立为九大技术专题之一,包括纯电动、插电式混合动力以及氢燃料电池等的技术都拥有相通之处。

在刚刚举行的第四届全球未来出行大会(GFM 2020)上,国家发改委产业发展司机械处处长吴卫提到,《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)》将在最近发布。据悉,根据规划,将进一步发布、实施公共领域车辆电动化的行动计划,准备在公交车、出租车、城市物流车、环卫清扫车等方面,进一步推动电气化。不难看出,未来电驱动系统的市场需求将大幅增加。

一位零部件行业人士杨正方(化名)特地强调,行业内不要忘记,混动技术是由传统内燃机加上电机组成的。他表示,正是由于这两年电驱电控行业的发展,再回头看双电机系统的时候,才会觉得游刃有余。在他看来,纯粹从产品角度来看,传统整车企业做新能源产品会更扎实一些。然而,现在很多整车企业多停留在噱头上,运作方式并没有新能源化。混动路线看起来简单,就是发动机加电机,实则不然,这比原来的难度大多了。尤其在关于变速器如何匹配方面,我们根本没有技术储备。

记者了解到,在2001年2007年期间,丰田和本田的混动在我国市场占据了大量的市场份额,行业人士对此表示诸多遗憾。据悉,在2007年之前,混合动力车型还有补贴,但在2010年之后只有插电混动和纯电动有补贴。这也成为很多车企没有进行混动技术布局的原因之一。

原机械部汽车司标准法规处处长杜芳慈在接受《中国汽车报》记者采访时表示,以前丰田有混合动力,我们国家没有重视也不发展混合动力。本来还有企业在努力做,后来也不做了。当时国家不提倡,混动又不给补贴,根本没有带动企业发展起来。杜芳慈颇有感慨:“这是我们国家很大的教训。发达国家企业搞了快30年了,国内才认识到这个问题。此前,国内汽车行业政策引导和顶层设计出了问题,造成全行业混合动力持续大大落后于发达国家;现在才觉醒了。杜芳慈强调,此前在认知上没有重视混动,是很大的问题。

  ■电驱动将带动产业链融合

王秉刚表示,全面电驱动化可以消除传统汽车与新能源汽车技术体系之间的界限,构筑中国汽车产业新的整体技术架构和产业链布局,有助于中国汽车工业整体发展思路和布局形成。

全面电驱动化会带来什么?王秉刚表示,全面电驱动化能够将节能汽车与新能源汽车发展的产业链高度融合。当前,我国汽车产业明显存在着两条产业链,一条是传统汽车产业链,另外一条是新能源汽车产业链。王秉刚认为,实际上整个汽车工业应该是一个完整的产业链。如果把电驱动化问题放在整个汽车产业中进行总的思考,那么,整个汽车产业链是融合交错的,是完整的。

据悉,路线图对节能汽车整理出来六项核心技术:混合动力、集成技术、专用发动机技术、专用动力耦合机构技术、高性能电机技术、高水平功率型电池技术(电控系统技术)。其中,插电式混合动力跟混合动力大量是重复的。因此,如果传统汽车走向混动化,就会跟新能源汽车技术大量重复。全面电驱动化就能消除传统汽车(新能源汽车)技术体系的界限,构筑中国汽车产业新的整体技术架构和产业链布局,有助于中国发展汽车工业的整体思路和布局形成。

新能源汽车独立研究者曹广平在接受《中国汽车报》记者采访时表示,《技术路线图2.0》规划了到2025年、2030年、2035年各种汽车产品的目标。从更深层的的角度来讲,要求在技术路线以及关键技术上形成支撑,才能有助于这一目标实现。他提到,当前我国新能源汽车电驱动系统包括混合动力汽车机电耦合系统、纯电动汽车电驱动系统、燃料电池动力汽车电堆系统等,过去几年虽然有所选择,有的甚至在国内乃至国际市场上得到了一轮检验甚至竞争。值得欣喜的一面是,现在的产业链可以说初步形成。但另一面是,这也暴露了一些短板,系统中核心部件的核心器件、核心材料、核心装备、关键工艺、关键创新等还存在不足。

有行业人士就提到,作为未来汽车产业链中的重中之重,国内电驱动系统这一技术领域仍然存在短板——机电耦合系统技术落后。这就意味着中国实现全面电驱动化并非易事。什么叫做机电耦合系统?通俗地讲,机电耦合系统就是混动车型的动力分配系统。混合动力车型由内燃机和电动机两种动力混合驱动的,机电耦合系统就是将两种动力混合起来再根据不同工况分配动力的部件。业内将它比作混动车型的脊椎。换言之,如果没有它,那么一辆混动车就会瘫痪。

随着政策的发布,节能汽车将与新能源汽车的产业链高度融合。作为全球最大的新能源汽车市场,中国自主零部件企业更需要把握先机、占领电驱动产业高地。

  ■解决技术攻关是关键

未来如何发展电驱动?如何形成自主可控的技术产业链?市场的走向还是未知的。有业内人士甚至比较激进地表示,如果电驱动系统搞不好,可以专心发展纯电动技术。

电驱动总成关键技术包括电机技术、电控以及变速器。吉利研究院动力总成副总工程师于海生认为,新能源汽车产业把电机这个比较夕阳的产业拉进朝阳产业里面,汽车这个大宗消费品带动了电机产业的发展。电机工程师待遇提升了,电机产品价钱越来越低。对于电控来讲,根据当前行业发展趋势,控制器的发展趋势较为明显,向着高压化、高EMC要求、功能安全要求、SIC等方向发展,降低损耗,提高效率、功率密度和整车安全性。

自主企业如何实现电驱动系统技术的自主可控?杜芳慈认为,对电驱动系统核心技术是什么的问题,全行业没有达成共识;对核心技术怎么攻克的问题,全行业也没有达成共识;核心技术由谁来攻,更没有安排。这样长此以往,企业就不可能掌握核心技术。他表示,行业组织已经带领大家,一起梳理出来国内在这个产业的核心技术,各个攻克。

湖南鸿烁变速器技术副总经理郭军敬特地强调,当前市场上强劲的对手并不是在自主企业之间,而是大众、丰田等跨国公司。这些企业已经规划了很多后面进行迭代的产品。对于这些企业来讲,它们并不是为了拿中国补贴,而是基于战略投资和决策,基于市场战略分析的行为。我们自主品牌一定要为它们对自主品牌带来的冲击做准备。

此前,记者参加了在广州举行的2020年新能源汽车核心技术与产业链系列研讨会,行业人士分享了一组数据:在驱动电机及控制器配套企业中,新能源乘用车驱动电机和电机控制器的国内配套企业比例分别达到83.6%和85.9%,新能源商用车则全部由国内企业配套。此外,我国新能源汽车市场的驱动电机前20家配套比例占比为81.1%,其中15家为国内驱动电机企业;电机控制器前20家配套比例占比为75.9%,其中16家为国内电机控制器企业。

在2019上海车展上,有20多家厂商推出“三合一”电驱动系统,但真正实现量产的企业很少。记者了解到,技术短板主要集中在电驱动总成设计、关键材料与核心工艺、核心装备等方面。我国电机深度集成化和智能化设计能力不足,关键零部件、新材料、制造和试验方面仍与国外水平存在差距。

郭军敬提到,电驱产品的形态比如三合一出现的很晚,但是发展非常快。据悉,蔚来汽车在2016年就研发出了三合一系统。产品发展的速度非常快,这也就意味着技术进步和技术提升也非常快,包括对器件,软件、装配工艺的要求等也会更高。因此,原来的电驱动系统是简单的三合一,如果现在企业还做这样简单的三合一,一定要注意开发时不要走别人走过的路,进行低水平重复。

此外,对于电驱动总成的集成化问题,有行业人士表示,国内做零件的企业最大的问题,就是没有学会系统地思考问题。哪怕是一个小的电机厂也要注意。如果没有系统的规划,企业自己先做一个东西,再去找第三方配套,就很难拥有核心技术。然而,目前的情况一般都是这样。

  ■自主企业应警惕洗牌大潮

近日,罗兰贝格联合中国电动汽车百人会发布了《中国新能源汽车供应链白皮书2020》。里面提到,全球新能源汽车产业快速进步,将加速全球汽车供应链变革,尤其是催化新能源汽车核心价值链成熟演变,已经呈现出新能源汽车零部件主导未来价值增量、电气化系统垂直集成、新能源系统与智能网联系统跨链融合、核心能力要求向非汽车领域延伸四大趋势。

记者了解到,新能源汽车零部件将主导未来价值增量。从单车视角来看,与传统燃油车相比,到2025年,电气化系统将贡献50%以上的整车价值增量。电驱动系统与电控系统的集成化为核心趋势,进一步整合供应链,并对竞争格局带来深远影响。其次,新能源系统与智能网联系统跨链融合,未来整车架构的研发重点将向域融合、软硬解耦的电气架构革新转移,推动电气化系统与智能化系统不断跨链融合。

电驱动系统市场前景是广阔的。2018年,上海电驱动股份有限公司总经理贡俊就曾预测到2020年年底,我国电驱动行业会重新洗牌,淘汰掉相当一部分能力不足的企业。当前,随着外资零部件企业开始进入国内新能源汽车主流市场,自主企业面临的压力逐渐增大。据悉,为满足汽车市场巨大需求,采埃孚将电驱动生产基地之一设在了杭州,预计将在今年实现投产。

贡俊认为,当前,为破解车用驱动电机智能化、高密度、集成化设计能力不足等难题,国内汽车行业应加强实时运行健康状态、故障实时诊断、震动噪声、电磁兼容等系统的理论支撑,实时掌握系统电/磁/机/热状态对于车用电机驱动系统的高可靠和高效;仍需深入研究高密度永磁电机多领域正向设计理论,研发关键部件及系统的少零件、模块化、集成化设计技术;结合大数据挖掘、新一代智能芯片和算法,攻克驱动电机智能化、高密度、集成化设计难题。

曹广平认为,弥补这些短板变成自主可控,就必须加强基础研究;不过,国内进行基础研究,国外也在进行基础研究,可能仍然比不过人家。因此,国内产业界要有所为有所不为,当前不必产业链上所有点和环节都做,不可以大而全,必须在自己擅长的领域下苦功夫,占据局部领先地位。在这种情况下,人家才需要我们,我们也才能换回我们需要的东西。除此之外,还要有所创新,不要一味跟随,技术总是向前发展的,别人的东西一时领先,一定会有更领先的东西。在技术创新方面,混合动力、纯电动、燃料电池动力等各种各样的技术路线之间要自由竞争,技术路线内部也应该允许自由竞争。

另外,曹广平也提到,面对《技术路线图2.0》的发布,管理人员和科技人员务必冷静,既要全面学习和分析路线图中科学、合理的部分,又要在结合自己业务参考整个路线图并灵活运用,才能充分发挥路线图的作用,利用路线图仅按图索骥是不可以的。企业利用路线图,必须真正做到技术路线自主。

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