2020年國務院發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，提出“三縱三橫”研發(fā)布局，其中對驅(qū)動電機系統(tǒng)提出相關(guān)規(guī)劃要求。此外，國家的各項政策和標準從降低車型能耗的角度促進電驅(qū)動技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進步。驅(qū)動電機是新能源車的核心組成部分，受益于新能源車輛電動化率和雙電機車型占比的提升，驅(qū)動電機市場快速增長。2022年我國新能源乘用車電驅(qū)動系統(tǒng)累計搭載量突破500萬套，相對去年全年總量提升超50%。未來市場如何發(fā)展，電驅(qū)動系統(tǒng)及扁線電機產(chǎn)業(yè)鏈格局，值得行業(yè)和企業(yè)重點關(guān)注。從技術(shù)路徑來看，電機高功率密度和小型化的發(fā)展趨勢使得扁線電機成為必然趨勢，相對于圓線電機，扁線電機的槽滿率提升20%-30%，具有高效率、高功率密度、散熱性能好、噪音低、更輕便等優(yōu)點。國內(nèi)扁線電機最早于2017年裝配于新能源汽車，隨著技術(shù)與制造工藝難題被逐步攻關(guān)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟，2021年比亞迪、特斯拉等主流車企紛紛換裝扁線電機。至今扁線電機的技術(shù)發(fā)展水平如何，與圓線電機相比，具體有哪些優(yōu)勢，有待系統(tǒng)梳理。在未來上，扁線電機有哪些難點和挑戰(zhàn)，未來在產(chǎn)品搭載和技術(shù)指標上有哪些趨勢，值得行業(yè)企業(yè)高度關(guān)注，以支撐未來產(chǎn)品的規(guī)劃和研發(fā)。首先 介紹一下政策法規(guī)標準。

有哪些國家法規(guī)政策或標準與驅(qū)動電機 或更具體一些， 與扁線電機相關(guān)？我們進行了系統(tǒng)性梳理，總體來說，分為兩大類：

一類是節(jié)能化趨勢。
一類是規(guī)范化趨勢。

先說節(jié)能化趨勢，顧名思義，國家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，路線圖及標準側(cè)重于節(jié)能降耗的趨勢，反映到新能源汽車上，那就是對平均電耗提出更高的要求。

具體有哪些要求？

舉個例子，中汽中心支撐的一個國家規(guī)劃，國務院所發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》里，曾經(jīng)提到“純電動乘用車新車平均電耗降至12.0千瓦時/百公里”。這反映到我國新能源汽車“三橫三縱”的研發(fā)布局中，在電池電驅(qū)和智能網(wǎng)聯(lián)零部件體系中，除了電池技術(shù)有進展之外，電驅(qū)動領(lǐng)域的技術(shù)需要有進一步的突破。現(xiàn)在眾多企業(yè)將驅(qū)動電機從圓線切換為扁線，目的之一是為了提高效率，節(jié)能降耗。

我們再來回顧 有哪些政策與能耗 或者與電驅(qū)有關(guān)聯(lián)？一個是電動汽車能量消耗率限值，這里的數(shù)值寬松，限制作用較?。?br /> 一個是之前的補貼；
還有一個是乘用車雙積分管理辦法，這里通過對電耗的目標值設(shè)定，鼓勵先進車型，限制落后車型。如果從系統(tǒng)的角度來看，車型受益于電耗，進一步推演，與電機的效率，電驅(qū)系統(tǒng)能耗息息相關(guān)。

在行業(yè)共識方面，電驅(qū)動的節(jié)能化趨勢有哪些具體的體現(xiàn)？這里展示的是我們團隊主筆的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》里 《純電動與插電式混合動力汽車技術(shù)路線圖2.0》的相關(guān)內(nèi)容。對于一個家用普及型純電乘用車，A級車，具體整備質(zhì)量1.6噸為例，預計2025年電耗會降到11度電，這里面就會采用扁線電機的技術(shù)實現(xiàn)。
未來隨著整車電耗的不斷降低，扁線電機的搭載比率將持續(xù)攀升。有關(guān)扁線電機 政策標準方面 另一個趨勢是 規(guī)范化趨勢，中汽中心下屬的標準研究院，牽頭在電驅(qū)動領(lǐng)域起草多項電驅(qū)動標準，最新的標準包括電動汽車用驅(qū)動電機可靠性和驅(qū)動電機系統(tǒng)，具體有哪些變化？
比如 GB/T 18488 電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)，主要技術(shù)變化：

增加了“冷態(tài)”和“熱態(tài)”的定義
增加了對驅(qū)動電機系統(tǒng)的保護功能要求
增加了溫度循環(huán)試驗、溫度沖擊試驗、恒定濕熱試驗、濕熱循環(huán)試驗的要求
增加了噪聲要求等等

以上就是在法規(guī)政策標準方面的趨勢，兩個趨勢，哪兩個？

一個是節(jié)能的趨勢，一個是規(guī)范化的趨勢。接下來向大家介紹2022年市場和產(chǎn)品情況，包括國內(nèi)今年各月的電驅(qū)系統(tǒng)搭載量啥樣？過往及未來扁線電機的滲透率預測，扁線電機產(chǎn)品發(fā)展歷程如何？以及與產(chǎn)品相關(guān)的電驅(qū)動和扁線電機的產(chǎn)業(yè)鏈與供應商格局如何？

首先，來看總市場，2022年1-11月新能源乘用車電驅(qū)動系統(tǒng)累計搭載量為500萬套，同比增長83.7%，刨開12月份，相對去年全年總量已提升53.6%，12月份的電驅(qū)數(shù)據(jù)還在處理中，初步估計，2022年全年大概率突破550萬套，回顧過去一年，2022年3~4月，由于長三角地區(qū)的疫情影響，電驅(qū)動產(chǎn)品搭載略有下滑，但5~6月份復產(chǎn)后搭載量逐步回暖，此外，新能源滲透率大幅提升及四驅(qū)產(chǎn)品拉動的影響，之后2022年6月之后，每個月都有接近50%左右的同比增長。

再來看電驅(qū)動系統(tǒng)里 扁線電機的滲透率，過去如何，今年什么形勢？未來將如何發(fā)展？2020年扁線電機在前15名新能源車中滲透率僅為17.59%.
2021年1-10月前15名新能源車型中有5款搭載扁線電機，滲透率達27.08%。
今年預估大概率會突破45%，大概率超過250萬臺。隨著中游制造商擴產(chǎn)加快、各主流車企切換扁線電機意向明確，扁線電機滲透率有望加速提升，預計2025年滲透率超過90%。

總結(jié)過往，扁線電機產(chǎn)品搭載歷程什么樣？
2017年上汽在國內(nèi)首先使用扁線電機，當時是博格華納供貨,2021年特斯拉、Model 3/Y、比亞迪DM-i、比亞迪秦PLUS EV等車型紛紛搭載扁線電機，有望引領(lǐng)行業(yè)裝配扁線電機的潮流。今年新能源大戶BYD的王朝和海洋系列全部切為扁線電機。
因此，各主流企業(yè)切換扁線電機共識明確。

如果從主機廠的車型產(chǎn)品端，向上延伸到電驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)鏈端，現(xiàn)在什么格局？電驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈涉及環(huán)節(jié)較多，可以概括為零件—總成—系統(tǒng)—整車廠四大層級。上游零部件包括永磁體、硅鋼體、功率模塊、電容、傳感器等，這一級的玩家對在整車產(chǎn)業(yè)鏈中屬于“三級供應商”。在零部件基礎(chǔ)上進一步設(shè)計組裝得到電機總成、電控總成與傳動總成，這一級的玩家可以稱為車企的“二級供應商”。各個單獨總成進一步集成為電驅(qū)動系統(tǒng)供貨于車企，這一級玩家為行業(yè)“一級供應商”。

如果聚焦到扁線電機這個細分領(lǐng)域，整個產(chǎn)業(yè)鏈如何？從整體看，分為上中下游。

上游材料和部件端：原材料和零部件。核心原材料含（釹鐵硼）永磁材料像金利永磁，和電工鋼（硅鋼）像馬鋼等，核心零部件包括扁線 比如精達股份、軸承及軸承蓋等
中游系統(tǒng)端：扁線電機的生產(chǎn)廠商分為兩大類：OEM，比如比亞迪，大眾特斯拉。第三方電機企業(yè)分為三類，國際企業(yè)比如采埃孚博格華納，專業(yè)新能源汽車電機企業(yè)比如精進電機，傳統(tǒng)電機生產(chǎn)企業(yè)比如方正。
下游應用端：造車新勢力、合資/外資企業(yè)，自主企業(yè)。

扁線電機技術(shù)的發(fā)展情況

先從具體指標上看，現(xiàn)在我們在哪？行業(yè)進步到哪個階段？在節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0中，行業(yè)的共識是2025年乘用車電機功率質(zhì)量密度將達5kW/kg，體積功率密度將突破35kW/L。電機系統(tǒng)超過80%的高效率區(qū)90%。現(xiàn)在圓線電機最大的質(zhì)量功率密度 是 3kw/kg，目前國內(nèi)采用的扁線繞組電機最高功率密度達5kW/kg，提前達到2025年的行業(yè)平均水平。

在產(chǎn)品技術(shù)性能方面，如果和圓線電機對比，扁線電機在各方面有哪些優(yōu)勢？我們在六個方面進行調(diào)研和梳理。

1、在成本方面，大約材料成本降低8~12%，這個與工藝、產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)總量等多方面相關(guān)
2、高效區(qū)，稍后介紹，扁線電機效率提升大約2%，高效區(qū)域明顯擴大
3、功率密度，這里主要指的是質(zhì)量功率密度，提升18.6……
4、NVH方面總體優(yōu)化大約10%
5、繞組的溫升降低17%
6、端部繞組降低12%
7、槽滿率大約提升20~30%，這個與產(chǎn)品的設(shè)計強相關(guān)
8、電機重量江青大約11~12%左右

剛剛提到效率，那與圓線電機的效率相比，有哪些改善？
如上圖所示，左邊是一款扁線電機，右邊是各方面與之相近的的傳統(tǒng)圓線電機。全域工況下扁線電機效率提升2%，高效區(qū)明顯擴大。
市區(qū)工況（低速大扭矩工作點）最高可提升效率10%。高效區(qū)間面積明顯擴大。
即在實際應用過程中從城市擁堵的低速工況到高速巡航工況都能享受最高的效率。
從小油門勻速到大油門急加速，高效可用范圍明顯擴大。

剛剛是定性直觀的對比，如果從定量的角度，我們對比兩個工況，一個是WLTC的工況，Hair-pin電機平均效率高提高至少1個百分點，那對于全轉(zhuǎn)速工況的平均效率，兩者的效率相差達到2個百分點，如果考慮到整車的系統(tǒng)和各處的細節(jié)，這一兩個百分點的效果非常值得重視。

說完效率，我們談談技術(shù)中的工藝路線， 不同的技術(shù)路線都有哪些特點？上表Hair-pin和I-pin最大區(qū)別在于多了一步發(fā)卡成型。Hair-pin需要通過劈拉、沖壓或折彎的方式先成型為U型，行業(yè)成為皇冠型，另一端為焊接端。而I-pin兩端都是焊接端，由于焊接端會額外占用徑向尺寸，所以呢I-pin在各極相串并聯(lián)時會在一端產(chǎn)生異性pin,從而占據(jù)徑向尺寸，導致繞組一端會超定子內(nèi)徑從而使轉(zhuǎn)子只能從常規(guī)端入軸。但I-pin的優(yōu)勢在于插線到焊接的工序相對比較容易，而hair-pin插線后對線的位置要求極高，整形困難。而且I-pin無需成型，對漆皮的考驗相對較小，扁線的扁平率可以做到較大，目的是為了什么？是為了降低扁線的集膚效應。

提到扁線電機的工藝，不得提到繞組，繞組一直是扁線電機的痛點，因為這里設(shè)計的專利壁壘太多，我們系統(tǒng)梳理關(guān)于繞組的專利，4,6,8層的扁線繞組的繞制方法及原理與雙層繞組相近。通常來講，電勢大小及繞組的分布系數(shù)與端部連接次序相關(guān)度不大，當節(jié)距固定時，無論采用波繞組還是疊繞組，電勢磁幾乎是相等的。扁線繞組為保證端部整齊美觀，引出線相對集中，更有利于布置，通常采用的是波繞組方式。有些廠家通過采用特殊繞法的方案以減少線型種類、過橋線數(shù)量、星角接點數(shù)量，從而保證工藝更簡單。

現(xiàn)在大多數(shù)扁線電機的技術(shù)專利歸屬歐美日，因為繞組專利對繞組的理論要求較高?，F(xiàn)有國內(nèi)專利質(zhì)量參差不齊。以8極48槽8層波繞扁線電機為例，以8極48槽8層波繞扁線電機為例，有像傳統(tǒng)的扁線電機繞組，像松正的混繞波繞方案 還是比亞迪的夸層數(shù)大于1的波繞專利方案。層數(shù)由外徑向內(nèi)徑編號為a-h， OX代表槽內(nèi)電流流向，紅色和藍色代表不同支路，虛線和實線代表Hairpin的皇冠端和焊接端。我們對比來看，無論傳統(tǒng)繞組還是新型繞組，各有優(yōu)勢，廠家需要結(jié)合實際的設(shè)備和工藝能力尋找適合自身的工藝技術(shù)路線。扁線電機的未來發(fā)展趨勢

通過對行業(yè)的調(diào)研和交流，總結(jié)現(xiàn)在扁線電機產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，一共四個方面。

首先，是扁線電機的設(shè)備投資大。投資額是圓線的 2-5 倍，這里需要精度較高的自動化伺服設(shè)備、焊接設(shè)備、成型設(shè)備、工裝磨具 激光等等。其次，系列化難度高。主要是由于扁線電機匝數(shù)相對固定。第三，加工難度大，對設(shè)備的精度和工藝一致性極高，包括對插頭，線成型，扭頭，切平焊接等。第四，專利壁壘多，剛提到的繞組，大多數(shù)專利在歐美日、自主起步相對較晚、理論和工藝相對落后。

技術(shù)指標的趨勢方面，根據(jù) 電驅(qū)動總成技術(shù)路線圖2.0里關(guān)于電驅(qū)動的指標方面，有哪些共識？

1.電機的比功率，到2030年將突破6.0kW/kg，體積密度42kW/L，連續(xù)比功率3.2kW/kg2.最高轉(zhuǎn)速可達20000rpm3.峰值效率98.0%4.電機噪聲不超過70dB

具體的技術(shù)路徑已達到相關(guān)的指標，包括低損耗硅鋼、低無重稀土磁鋼，高速軸承等。

控制也是非常重要的一塊，驅(qū)動電機設(shè)計專用工具軟件開發(fā)、高精密電測功機檢測設(shè)備與關(guān)鍵制造裝備國產(chǎn)化，這些也非常重要。如果刨根問底，這里很多是卡脖子技術(shù)。

落到電機的零部件，未來有哪些趨勢？首先來看扁線電機的的耐電暈壽命。到2025年，耐電暈漆包扁線20kHz下耐電暈壽命＞100h，這里需要漆包線薄層“R”涂覆技術(shù)以實現(xiàn)。未來，到2030年，漆包扁線在30kHz下的壽命要達到100h,這就需要單涂層耐電暈漆包扁線漆制備技術(shù)。

如果分車型，來看扁線電機的搭載情況，未來將在A級以上的車型上逐步普及搭載扁線電機，大致是15W以上的車型。同時有對應的冷卻方式和集成方式。在15W，甚至10W以下的車型產(chǎn)品，考慮到切換成本和對能耗要求等原因，預計搭載扁線電機的概率較小。

還有哪些趨勢呢？其中一個是高速化，一個是高壓化。回顧近幾年的產(chǎn)品，性能級產(chǎn)品電機轉(zhuǎn)速提升較快，通過提高驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速，可降低電機的轉(zhuǎn)矩要求，從而減少電機體積和重量，提高功率密度，近些年來有穩(wěn)步提升的趨勢，預計2025年行業(yè)平均水平達到18000rpm，這里說的是行業(yè)平均。年初看比亞迪發(fā)布的仰望U8，它搭載的電機已經(jīng)達到2W轉(zhuǎn)，當然這屬于高端豪華產(chǎn)品。

另外是電驅(qū)系統(tǒng)高壓化，在高電壓平臺下，扁線電機必然會面對更多的技術(shù)問題，面對工藝和設(shè)計方面的難題，電驅(qū)動供應商如何面對高電壓帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，也是各位資深專家需要思考面對的，當然也是實現(xiàn)技術(shù)超越的機遇。最后從政策、市場、產(chǎn)品和技術(shù)四個維度做一個小結(jié)：

政策
? 國家規(guī)劃與政策法規(guī)將引導電驅(qū)動系統(tǒng)向節(jié)能降耗方向發(fā)展
? 扁線電機需滿足國標的相關(guān)要求，在標準層面推進電機單體與系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一

市場
? 2022年扁線電機裝配或超250萬臺，滲透率或突破45%
? 各主流企業(yè)切換扁線電機共識明確，預計2025年滲透率或超90%

產(chǎn)品
? 扁線電機有效材料成本約降低8-12%，疊加整車性能提升、電耗方面的優(yōu)勢約降低整車成本15%
? 低速大扭矩的城市工況區(qū)，最高可提升效率10%

技術(shù)
? 繞組工藝等技術(shù)是扁線電機的挑戰(zhàn)之一，廠家需結(jié)合實際工藝能力尋找適合自身的技術(shù)路線
? 未來A級以上將以扁線為主，并且具有高速化+高壓化趨勢

中汽中心數(shù)據(jù)的節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線工作組

• 工作組成立背景是聯(lián)合企業(yè)開展節(jié)能與新能源汽車共性技術(shù)研究，研究成果支撐節(jié)能與新能源汽車領(lǐng)域技術(shù)路線圖規(guī)劃編制（技術(shù)路線圖，碳中和實施路線圖等）；

• 支撐節(jié)能與新能源領(lǐng)域強制性技術(shù)標準制修訂（六階段油耗標準、電動汽車能耗標準、動力電池及大功率充電等）；

• 支撐雙積分管理政策制修訂（2024-2025年及2026年以后）。

以上內(nèi)容整理自直播課《扁線電機產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢》

作 者

賈國瑞  博士

中國汽車技術(shù)研究中心有限公司   高級工程師

中汽數(shù)據(jù)有限公司 研發(fā)主任工程師

電話/Tel:022-84379799-2811

郵箱/Email: jiaguorui@catarc.ac.cn

整理自直播課：《扁線電機產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢》