新能源汽車上游產(chǎn)業(yè)分析

新能源汽車上游產(chǎn)業(yè)分析1.1新能源汽車動力電池如果說內(nèi)燃機汽車的心臟是動力系統(tǒng)，那么新能源汽車的心臟則是電池動力系統(tǒng)，因為電池系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關系到汽車的行駛里程、使用便利性等方面，而目前新能源汽車最大的技術(shù)瓶頸也恰恰是在電池系統(tǒng)上，比如對比能量、比功率、充放電效率以及穩(wěn)定性、成本等都有極高的要求。表4-1新能源汽車電池系統(tǒng)的技術(shù)要求主要指標技術(shù)要求比能量為了提高電驅(qū)動的續(xù)航里程，要求汽車上動力電池需要最大限度的存儲能量，但其前提是不能過多的增加車體自重、占用空間，所以需要電池組需要有很高的比能量。比功率為了能使電驅(qū)動的加速性能。爬坡性能以及負載性能與內(nèi)燃機車相提并論，所以對于電池組的比功率會有很高的要求。充放電效率電池中能量必須經(jīng)過充電-放電-充電的循環(huán)，高的充放電效率對于電驅(qū)動的行駛效率有著至關重要的作用。穩(wěn)定性電池組應當在快速充電和放電的往復工況中保持性能的穩(wěn)定性，使其在動力系統(tǒng)使用條件下能達到足夠的放電循環(huán)次數(shù)。成本除了降低電池的初始購買成本，還要提高電池的使用壽命。安全性電池不能引起自燃或者燃燒，同時在發(fā)生車輛碰撞的時候，不會對駕乘人員造成人身傷害。數(shù)據(jù)來源：蓋世汽車網(wǎng)目前新能源汽車所使用的動力電池主要包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池等。除了輕度混合動力使用鉛酸電池、中度混合動力車使用鎳氫電池外，絕大多數(shù)的新能源汽車都是使用鋰電池作為其核心部件。鋰電池之所以能夠在新能源汽車領域獲得大規(guī)模普及，主要是由于它相比其他類型的電池，具有比能量高、循環(huán)壽命長、自放率低、使用溫度范圍寬、無記憶效應等優(yōu)勢。而鎳氫電池由于比能量較低以及成本較高，性價比相對較低，將逐步被鋰電池所取代。美國2015年實現(xiàn)100萬輛電動車銷量的計劃以及日本的第四代普銳斯混合動力汽車都已提出要全面應用鋰電池，而對于中國這樣擁有巨大新能源汽車潛在市場的國家而言，鋰電池無疑也是電池系統(tǒng)的首選，鋰電池產(chǎn)業(yè)在下游新能源汽車的推動下將迎來重大的發(fā)展機遇。表4-2各種電池技術(shù)方案比較性能指標鉛酸電池鎳氫電池磷酸鐵鋰錳酸鋰工作電壓2.0V1.2V3.6V3.6V比能量30wh/kg70mAh/g140mAh/g110mAh/g循環(huán)壽命（次）300-500約500>2000>500成本最低高較高低自放率4-5%30-35%<5%<5%記憶效應無有無無有害物質(zhì)鉛無無無數(shù)據(jù)來源：中國鋰電網(wǎng)1.1.1鋰電池1.1.1.1鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈分析鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈主要由鋰礦資源、鋰電池原材料(包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液)以及電芯制造與封裝構(gòu)成，其中鋰電池原材料占據(jù)了鋰電池價值鏈的主要部分，約占鋰電池總成本的75%。圖4-1鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈正極正極材料負極材料隔膜電解液上游中游電芯制造與封裝下游消費領域動力領域數(shù)據(jù)來源：公司公告圖4-2鋰電池成本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來源：公開資料1.1.1.2鋰電池行業(yè)規(guī)模分析與預測根據(jù)韓國SNE公司的預測，未來幾年全球鋰電行業(yè)將保持25%的復合增長率，2016年全球鋰離子電池產(chǎn)量將達到950億Wh，其中便攜式設備用鋰電池628億Wh，電動汽車用鋰電池236億Wh，儲能用鋰電池87億Wh。表4-3全球鋰電池及原料需求預測201120122013201420152016便攜式設備鋰電池（億Wh）291341402467543628電動汽車用鋰電池（億Wh）21314683146236儲能用鋰電池（億Wh）41016416787鋰電池總產(chǎn)量（億Wh）316382465591756950正極材料（萬噸）5.26.37.79.812.515.7負極材料（噸）33.61.45.67.18.9隔膜（億平方米）2.32.83.41.35.56.9電解液（萬噸）2.42.93.51.45.77.1數(shù)據(jù)來源：SNE2012年全球電動汽車用動力鋰電池市場規(guī)模約為18億美元，高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所預計，2020年其市場規(guī)模有望擴增至150億美元，2013年-2020年7年復合增長率為35%。基于全球動力鋰電池巨大的市場需求增速，傳統(tǒng)便攜鋰電池的生產(chǎn)商都在積極布局。從市場份額來看，傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)企業(yè)仍然是動力鋰電池市場的主導者，其中日韓鋰電池企業(yè)占據(jù)了絕大部分市場份額，2012年前七大生產(chǎn)企業(yè)中，僅有1家是美國企業(yè)，其余分別是4家日本企業(yè)，2家韓國企業(yè)。圖4-3全球動力鋰電池市場格局數(shù)據(jù)來源：高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所1.1.1.3我國鋰電池行業(yè)發(fā)展狀況對于鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈上的相關企業(yè)來說，全球鋰電池需求的快速增長給它們帶來了巨大的發(fā)展機遇，尤其是日、韓企業(yè)，它們憑借先進的技術(shù)實力和嚴格的質(zhì)量管理占據(jù)了全球鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的頂端。相比之下，國內(nèi)鋰電行業(yè)相關企業(yè)在多個環(huán)節(jié)與日韓企業(yè)仍具有較大差距，其收入增長主要來源于兩個部分：全球范圍的鋰電池需求增長以及產(chǎn)能向中國的轉(zhuǎn)移。從整個產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)來看，碳酸鋰行業(yè)的最大壁壘在于鋰資源，誰掌控了鋰資源誰就擁有行業(yè)主導權(quán)。而對于技術(shù)壁壘較低的負極材料、電解液以及封裝行業(yè)，國內(nèi)企業(yè)在人力成本、規(guī)模等方面相比國外競爭對手擁有較為明顯的比較優(yōu)勢，在全球范圍內(nèi)擁有較強的競爭力，產(chǎn)能轉(zhuǎn)移較早開始。表4-4鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈分析產(chǎn)業(yè)鏈集中度壁壘附加值國內(nèi)廠商磷酸鋰較低資源較低天齊鋰業(yè)、中信國安正極材料較高技術(shù)高杉杉股份、當升科技、中信國安負極材料高成本較低中國寶安、杉杉股份隔膜較高技術(shù)高佛塑股份、南洋科技電解液較高成本較低江蘇國泰、新宙邦、杉杉股份電芯制造較高技術(shù)較高比亞迪、比克、力神封裝低規(guī)模、成本低德賽電池、欣旺達數(shù)據(jù)來源：公開資料正極材料、隔膜、電芯制造屬于高技術(shù)壁壘、高附加值的行業(yè)，在這些領域里日韓企業(yè)擁有較高話語權(quán)，尤其是在高端市場，而國內(nèi)企業(yè)則主要在中低端市場或者某個細分領域搶占份額，產(chǎn)能轉(zhuǎn)移難度相對較大。國內(nèi)企業(yè)若要在正極材料、隔膜、電芯制造領域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，難度依然較大，但也不是完全沒有可能：首先，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)剛剛起步，隨著國內(nèi)需求的逐步增長，國內(nèi)相關企業(yè)將首先受益。由于目前國內(nèi)企業(yè)的下游需求主要來自全球鋰電池的需求增長，而國內(nèi)需求的增長將對國內(nèi)企業(yè)起到明顯的帶動作用；其次，中低端市場空間依然巨大，國內(nèi)企業(yè)可以憑借局部優(yōu)勢在某些細分領域獲得發(fā)展；第三，國家政策支持以及資本投資將成為產(chǎn)能轉(zhuǎn)移過程中的關鍵驅(qū)動因素，由于這些領域技術(shù)進步相對較快，研發(fā)投入大，因此若能在政策層面給予足夠的支持，加大資本投資，將會有效提高國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)實力以及在全球市場的競爭力。4-5鋰電池上游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能轉(zhuǎn)移分析產(chǎn)能轉(zhuǎn)移原因分析負極材料、電解液、封裝：產(chǎn)能轉(zhuǎn)移相對較快正極材料、隔膜、電芯制造：產(chǎn)能轉(zhuǎn)移難度較大成本構(gòu)成人力成本占比相對較高人力成本占比低技術(shù)進步相對較慢較快研發(fā)投入投入相對較少投入大與國外技術(shù)差距差距不明顯差距巨大數(shù)據(jù)來源：公開資料1.1.2鎳氫電池鎳氫電池是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型電池，它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)則由氫合金支撐，屬堿性電池。目前商業(yè)化的鎳氫電池功率可以達到1350W/kg。國內(nèi)鎳氫電池業(yè)以小型消費類鎳氫電池產(chǎn)品為主，HEV用電池則主要由日本企業(yè)生產(chǎn)，供給日本汽車制造商。1.1.2.1鎳氫電池產(chǎn)業(yè)鏈分析鎳氫電池由氫氧化鎳正極，儲氫合金負極，隔膜紙，電解液，鋼殼，頂蓋，密封圈等組成。在圓柱形電池中，正負極用隔膜紙分開卷繞在一起，然后密封在鋼殼中。圖4-4鎳氫電池產(chǎn)業(yè)鏈氫氧化鎳正極氫氧化鎳正極儲氫合金負極隔膜紙電解液上游中游單體電池與電池組下游消費動力與回收數(shù)據(jù)來源：網(wǎng)絡資料目前我國鎳氫電池的產(chǎn)量占到了世界總產(chǎn)量的60%。具體到成本，根據(jù)行業(yè)平均數(shù)而言：動力電池由單體組成，單體的功率比傳統(tǒng)的電池大很多。汽車電池規(guī)格是6.5安時、7.2伏。6個電池為一個模塊，例如普銳斯20個模塊為一個電池能量包，因此一個能量包中大約有120個電池（相比之下，越野車就是要用模塊就更多）。單純電池包價格大約1萬/包，加管理系統(tǒng)大約2萬/包；毛利率在30%。就排量而言，普銳斯是2.3排量，包括燃油系統(tǒng)1.5排量以及電力系統(tǒng)的0.8排量。1.1.2.2鎳氫電池行業(yè)規(guī)模與預測我國鎳氫電池增長乏力，近幾年的產(chǎn)品產(chǎn)值、產(chǎn)量均未超過2008年的高峰。2011年，鎳氫電池的產(chǎn)值、產(chǎn)量分別為55億元、9.5億只，與2008相比分別下降15.38%、26.36%。產(chǎn)品規(guī)模的縮小使得鎳氫電池更不具規(guī)模經(jīng)濟，未來情景堪憂，其發(fā)展空間仍然取決于混合電動車的應用情況。圖4-5鎳氫電池產(chǎn)量產(chǎn)值規(guī)模數(shù)據(jù)來源：第一電動汽車網(wǎng)目前鎳鎘電池主要應用于電動工具，占比達到70%。在電動工具市場，鎳氫和鎳鎘電池具有很好的互換性，但由于性能不如鋰離子電池，以及鎘金屬的有毒性，未來鎳鎘電池的電動工具市場可能被鋰離子電池更多地替代。從2008年開始，鎳鎘電池市場規(guī)模一直在縮小，2011年，鎳鎘電池的產(chǎn)值、產(chǎn)量分別為20億元、4億只，與2008相比分別下降55.56%、59.60%。1.1.2.3我國鎳氫電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀世界鎳氫電池主要由中國和日本企業(yè)生產(chǎn)，占全球產(chǎn)量的95%以上。全球鎳氫電池70%以上在中國生產(chǎn)，中國鎳氫電池企業(yè)主要包括超霸、豪鵬、比亞迪、環(huán)宇、科力遠、力可興、三普、迪生、三捷、量能、格瑞普等。日本企業(yè)松下、湯淺、三洋已將小型鎳氫電池生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國。然而，隨著鋰電行業(yè)等新能源的興起，國內(nèi)鎳氫電池業(yè)承壓不斷加大，如果原材料價格不繼續(xù)上漲，或許行業(yè)會有小幅增長，如果原材料價格再次攀升，產(chǎn)品替代壓力將加大，鎳氫電池企業(yè)面臨進一步轉(zhuǎn)型的壓力。自2011年下半年開始，鎳氫行業(yè)已經(jīng)有部分上市公司出現(xiàn)虧損。我國鎳氫電池行業(yè)已經(jīng)開始逐漸被鋰電池行業(yè)所替代，特別是在手機、新能源汽車應用等方面，這使得我國鎳氫電池年產(chǎn)量、產(chǎn)值規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)下滑的態(tài)勢。1.1.3鉛酸電池1.1.3.1鉛酸電池產(chǎn)業(yè)鏈分析鉛酸蓄電池是可充電電池的一種，鉛酸電池行業(yè)主要原料為鉛，主要部件是正極板、負極板、隔板、電池槽蓋（電池殼體）、電解液和接線端子等。鉛原料經(jīng)過生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)，到達汽車、通訊、電力等多個行業(yè)，廢舊電池通過回收行業(yè)進行鉛回收和再利用。鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈完整，上下游都已經(jīng)出現(xiàn)一批上市公司。圖4-6鉛酸電池產(chǎn)業(yè)鏈正負正負極板電池槽蓋隔板電解液上游中游電池制造與封裝下游消費動力與回收數(shù)據(jù)來源：CSST鉛酸蓄電池構(gòu)造相對簡單，生產(chǎn)條件要求低。極板通過在鉛合金板柵表面涂覆活性物質(zhì)制得：正極板和負極板所用活性物質(zhì)分別為二氧化鉛(PbO2)和鉛(Pb)。電解液為硫酸溶液。電池槽蓋多為ABS塑料和PP塑料。極柱多為鉛材質(zhì)，在對大電流放電性能要求高的電池，如汽車啟動電池上也常見銅質(zhì)極柱。圖4-7鉛酸電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來源：CSST1.1.3.2鉛酸電池規(guī)模分析與預測根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，2013年我國鉛酸蓄電池產(chǎn)量達到2.05億千伏安時，同比增長15.4%，從2007年到2013年間，除了2011年行業(yè)整治造成產(chǎn)量增速下滑以外，行業(yè)復合增速達到17.5%。圖4-8我國鉛酸電池年產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局鉛酸電池主要傳統(tǒng)應用領域包括：汽車啟動電池、通信電池和電動自行車動力電池，對于不同應用領域，鉛酸電池的技術(shù)要求和行業(yè)競爭環(huán)境差異較大。汽車啟動電池：汽車啟動要求鉛酸電池短時間內(nèi)提供大功率，一般需要100-200A的電流，汽車整車廠商對于供應商有嚴格的認證機制，只有少數(shù)大型企業(yè)能夠進入這一市場，但是對于維護市場，區(qū)域分布廣泛，由于受到運輸、市場推廣成本的影響，中小廠商具備比較明顯的區(qū)域特性。通信電池：通信電池主要是要小電流放電，考慮持久性，目前國內(nèi)通信運營商主要采用集中采購、公開招標方式確定供應商，同時對供應商提出較高的準入要求，每年的中標企業(yè)數(shù)量保持在10家左右，中標企業(yè)能夠獲得長期穩(wěn)定的訂單，客觀上形成了較高的進入壁壘。動力電池：動力電池要求大功率充放電性能，電動自行車制造商較多，市場較為分散，但國內(nèi)大型電動自行車蓄電池制造商也有較為穩(wěn)定的客戶群，鉛酸動力電池行業(yè)呈現(xiàn)寡頭壟斷局面，天能動力和超威動力占據(jù)了70%左右的市場份額。就在動力電池領域方面，鉛酸電池主要應用于電動自行車、電動三輪車和低速電動汽車，分為一級市場和二級市場，其中一級市場為新車市場，二級市場為維護市場，目前鉛酸電池的更換周期約為2年，可以預計2012年鉛酸動力電池的市場需求約為6110萬千伏安時，到2015年有望達到1.05億千伏安時，復合增速接近20%。表4-6鉛酸電池在動力電池領域的市場需求與預測電動自行車規(guī)格2008200920102011201220132014E2015E保有量965210371115071297215000172311968622385新增需求719113714642028223124542700替換需求4826518557546486750086169843合計需求48V12AH3194364141584904560563767225增速11.01%11.17%17.96%11.29%13.76%13.31%電動三輪車保有量1500220030964216新增需求5007008961120替換需求60088012381686合計需求48V20AH1056151720492694增速43.64%35.06%31.49%低速電動車保有量11.223.241.268.2108.2新增需求6.412182740替換需求2.241.648.2413.6421.64合計需求60V150AH78150236366555增速92.59%57.69%51.88%51.67%總合計需求61107358879110473總需求增速20.43%19.47%19.14%數(shù)據(jù)來源：蓋世汽車網(wǎng)CSST1.1.3.3我國鉛酸電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀由上述國內(nèi)鉛酸電池供給與需求的分析可知道，盡管近年來鋰離子電池成為熱點，但是鉛酸電池作為技術(shù)成熟的化學電源，憑借其安全性高、價格低廉等優(yōu)勢在絕大多數(shù)傳統(tǒng)領域和部分新興應用領域占據(jù)著牢固的地位，其市場增速仍能保持20%以上的高態(tài)勢。由于鉛酸蓄電池可利用極板、硫酸液組裝生產(chǎn)，技術(shù)門檻低，我國鉛酸電池行業(yè)呈現(xiàn)中小型鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)眾多，行業(yè)集中度低的特點。同時，中小企業(yè)分布零散、生產(chǎn)可控性差、監(jiān)管難度大，不少企業(yè)通過不法手段降低環(huán)保成本，造成鉛污染問題。因此，降低鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境影響成為國家制定鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)政策時的主要出發(fā)點。2005年開始實施生產(chǎn)許可證制度，國家在發(fā)展規(guī)劃中明確指出重點發(fā)展新型全密封面維護鉛酸蓄電池，并鼓勵新型蓄電池的研發(fā)、全行業(yè)實施清潔生產(chǎn)，2003年全國鉛酸蓄電池生產(chǎn)廠家數(shù)量超過3000家，到2007年獲得生產(chǎn)許可證的企業(yè)下降到1134家。2010年浙江、安徽等地血鉛事故頻發(fā)，2011年環(huán)保部下發(fā)《關于加強鉛蓄電池及再生鉛行業(yè)污染防治工作的通知》，對中小產(chǎn)能進行整頓，行業(yè)登記在冊的企業(yè)數(shù)量迅速下滑至300多家。2012年國家工信部和環(huán)保部制定了《鉛蓄電池行業(yè)準入條件》,方案規(guī)劃2013年底前，淘汰鎘含量大于0.002%的鉛蓄電池，淘汰20萬Kvah/年規(guī)模以下鉛蓄電池生產(chǎn)企業(yè)，限制新建50萬kvah/年規(guī)模以下鉛蓄電池生產(chǎn)項目。2013年3月，《關于促進鉛酸蓄電池和再生鉛產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展的意見》頒布，把鉛酸蓄電池和再生鉛行業(yè)作為國家淘汰落后產(chǎn)能的重點行業(yè)，決定到2015年底前淘汰未通過環(huán)境保護核查、不符合準入條件的落后生產(chǎn)能力，截至2013年底，環(huán)保部公布的前兩批符合要求的鉛蓄電池和再生鉛企業(yè)名單中僅有24家企業(yè)上榜。圖4-9近10年符合國家標準的鉛酸電池生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量變化數(shù)據(jù)來源：環(huán)保部1.2新能源汽車驅(qū)動電機電機是依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。在電機內(nèi)建立進行機電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場有兩種方法：（1）在電機繞組內(nèi)通電流產(chǎn)生磁場，該種方法需要有專門的繞組和相應的裝置，同時需要不斷供給能量以維持電流流動。（2）由永磁體來產(chǎn)生磁場，可以簡化電機結(jié)構(gòu)，同時可節(jié)約能量。由永磁體產(chǎn)生磁場的電機就是永磁電機。電機主要由定子、轉(zhuǎn)子和機械結(jié)構(gòu)三大部分組成。其中，鐵心是電機的定子和轉(zhuǎn)子的重要組成部分，其損耗和機械強度特性是鐵心的重要性能指標，而其損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。具體到材料方面，鐵心有無取向硅鋼片和非晶合金。圖4-10普通轎車中主要電機分布數(shù)據(jù)來源：技術(shù)在線1.2.1驅(qū)動電機分類車用電機一般可分為直流電機、無刷直流電機（BLDC）、永磁同步電機（PMSM）、開關磁阻電機（SRM）、感應電機（異步電機，IM）等。從技術(shù)新能角度看，永磁同步電機比較適用于電動轎車對高功率、大密度電機的要求，未來有望成為市場主流。目前市場上的電動汽車主要配備的是交流感應電機和永磁電機，前者歐美使用較多，特點是成本低，但轉(zhuǎn)速區(qū)間小，效率低；后者受日系車青睞，轉(zhuǎn)速區(qū)間和效率都有所提升，但是需要使用昂貴的稀土永磁材料釹鐵硼，日本資源匱乏，面對日益升高的稀土價格，日本正在潛力開發(fā)開關磁阻電機，這種電機在性能上不輸給永磁電機，重要的是擺脫了對稀土的依賴。由于中國稀土儲量極大豐富，而且電機工藝已經(jīng)接近世界先進水平，因此預計永磁電機將在較長時間內(nèi)占據(jù)新能源汽車的電機市場。1）直流電機新能源汽車的所用直流電機為小功率永磁直流電機。一般為用于低壓系統(tǒng)，如門窗電機、雨刮電機、轉(zhuǎn)向助力電機、自動變速器執(zhí)行電機等。由于電刷和換向器的引入，直流電機一般不宜應用于高壓、高速的驅(qū)動系統(tǒng)中。2）無刷直流電機（BLDC）無刷直流電機是用電子換向裝置代替了有刷直流電機的機械換向裝置的一種交流永磁電機。其外特性好，具有低速大扭矩特性；調(diào)速范圍寬；效率高；功率密度高；過載能力強；再生制動效果好。車用無刷直流電機主要用于主驅(qū)動系統(tǒng)。功率等級為幾十到上百千瓦。由于位置傳感器及電機本身表貼結(jié)構(gòu)的可靠性，無刷直流電機漸漸被永磁同步電機所代替。3）永磁同步電機（PMSM）永磁同步電機屬于交流永磁電機，其結(jié)構(gòu)于無刷直流電機基本相同，工作性能基本也與無刷直流電機相同。永磁同步電機的轉(zhuǎn)子主要由永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成。與普通電動機相比，永磁同步電動機還必須裝有轉(zhuǎn)子永磁體位置檢測器，用來檢測磁極位置，并以此對電樞電流進行控制，達到對永磁同步電機驅(qū)動控制的目的。4）開關磁阻電機（SRM）開關磁阻電機是一種定子單邊激勵電機，定、轉(zhuǎn)子都做成凸極結(jié)構(gòu)的磁阻電動機?？煽貐?shù)多，調(diào)速性能好；結(jié)構(gòu)簡單，成本低；起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流??；熱穩(wěn)定性能好。轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象較大；雙邊凸極結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)強度有一定的影響。其運行原理為磁阻最小原理，磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，其工作原理與步進電機相同。5）感應電機（異步電機，IM）異步電機可以分為籠型異步電動機和繞線型異步電動機。結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護方便，運行可靠性高，重量輕，成本低，工藝成熟。異步電機轉(zhuǎn)子繞組電流完全由電磁感應原理產(chǎn)生，即由定子電流通過，而交流永磁電機的轉(zhuǎn)子磁場由永磁體提供。因此，異步電機的效率及功率因數(shù)低于永磁電機。同時，異步電機存在轉(zhuǎn)差率，低速啟動性能一般；其一般用于客車與大巴上。除了上述主流電機外，還有一些新興車用電機技術(shù)，如：電勵磁同步電機（德國大陸公司），輔助線圈技術(shù)對轉(zhuǎn)子磁場進行控制（日本名古屋工業(yè)大學），盤式永磁同步電機（日本北海道大學），定子線圈切換技術(shù)，保證電機寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高效率（日本安川電機）。1.2.2各驅(qū)動電機性能比較縱觀全球范圍內(nèi)新能源汽車電機系統(tǒng)的發(fā)展，早期一直是采用控制性能最好和成本較低的直流有刷電機，但隨著電機技術(shù)、機械制造技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，永磁同步電機和開關磁阻電機顯示出比直流有刷電機更加優(yōu)越的性能。永磁同步電機和交流異步電機和已經(jīng)成為當今新能源汽車的主流驅(qū)動電機，在乘用車領域永磁同步電機憑借高轉(zhuǎn)矩密度、高效率以及轉(zhuǎn)速范圍寬等優(yōu)勢，已經(jīng)基本占領了國內(nèi)外市場；在商用車領域，考慮到商用車空間相對較大，交流異步電機可靠性比較高，因此仍有大量廠商采用交流異步電機的技術(shù)路線；而開關磁阻電機系統(tǒng)雖然有較好的性價比和可靠性，但是固有的轉(zhuǎn)矩脈動大，噪聲大的缺點使得它在乘用車等非常重視舒適度的車輛上幾乎無法使用。因此從綜合性能來看，永磁同步電機系統(tǒng)仍然是最優(yōu)的選擇，但最后還是要根據(jù)新能源汽車自身的特殊要求來決定電機的類型。表4-7各類型電機性能對比性能指標直流有刷電機永磁同步電機三相異步電機開關磁阻電機最高效率85-8990-9794-969010%負荷時效率80-8790-9279-8578-86最高轉(zhuǎn)速4000-60004000-100009000-15000<15000單位輸出效率的成本11-1.50.8-1.20.6-1.0尺寸大小大小較小小重量重輕輕輕可靠性良良優(yōu)優(yōu)數(shù)據(jù)來源：《汽車與配件》表4-8汽車電機比較性能直流有刷電機交流異步電機永磁同步電機開關磁阻電機功率密度差一般好一般轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速一般好好好轉(zhuǎn)速范圍4000-600090000-150004000-15000>15000操作性最好好好好可靠性差好一般好結(jié)構(gòu)堅固性差好一般好尺寸質(zhì)量大、重一般一般小、輕小、輕成本高低高低于感應電機控制器成本低高高一般數(shù)據(jù)來源：電動汽車產(chǎn)業(yè)研究分析報告1.2.3驅(qū)動電機產(chǎn)業(yè)鏈分析驅(qū)動電機的產(chǎn)業(yè)鏈驅(qū)動模式可以簡單概括為在下游需求，尤其是汽車產(chǎn)業(yè)需求快速增長的推動下，驅(qū)動電機獲得了很好的發(fā)展機遇，進而對上游原材料和電子產(chǎn)業(yè)起到良好的拉動作用。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，釹鐵硼（磁材）是永磁電機的上游原料，隨著新能源汽車的普及發(fā)展，將刺激稀土磁材需求。釹鐵硼的磁性能高，性價比高，不足之處是工作溫度較低；目前國內(nèi)及日本車用永磁電機一般采用釹鐵硼永磁材料。圖4-11新能源驅(qū)動電機產(chǎn)業(yè)鏈上游上游中游新能源汽車驅(qū)動電機下游混合動力汽車純電動汽車礦產(chǎn)資源：稀土鐠釹原材料：永磁材料(釹鐵硼)、硅鋼、鋼、鋁等數(shù)據(jù)來源：CSST圖4-12電機各組成部分產(chǎn)值占比圖4-13驅(qū)動電機的價值構(gòu)成數(shù)據(jù)來源：公司公告數(shù)據(jù)來源：國家信息中心永磁材料未來新能源汽車和變頻設備是磁材發(fā)展的主要領域。對于新能源汽車而言，如果混動汽車使用永磁同步電機，單位需要磁材2.5千克/輛；而純電動汽車若永磁同步電機，其單位需要磁材會更多，具體的用量按照電機個數(shù)倍增。永磁材料是永磁電機的重要構(gòu)成部分，而永磁材料必需依賴釹等稀土資源，以Pruis為例，Pruis的每臺電機就需要一公斤的釹。釹鐵硼作為第三代稀土永磁材料，具有較高磁能級、較強矯頑力和高性價比等優(yōu)點，因此在汽車領域有著廣泛應用。由于全球絕大部分稀土產(chǎn)量均來自中國，隨著一系列稀土產(chǎn)量調(diào)控措施的出臺，全球稀土供需狀況將更為緊張，我國在永磁電機生產(chǎn)的資源優(yōu)勢也將逐步顯現(xiàn)。自2003年起，燒結(jié)NdFeB磁體在美國已完全停止生產(chǎn)，在歐洲也已基本停產(chǎn)，世界磁材產(chǎn)業(yè)逐步向中國轉(zhuǎn)移，中國也憑借價格優(yōu)勢和資源優(yōu)勢迅速成為世界磁材產(chǎn)業(yè)的中心。具體而言，以一輛一般轎車為例，除了驅(qū)動電機外，整車還大約有30個部位需要使用到永磁體材料，包括冷卻風扇電動機、遮陽光機構(gòu)電動機、磁帶傳動電動機、防模糊機構(gòu)用電動機、門鎖機構(gòu)用電動機、窗玻璃開閉用電動機、燃料泵用電動機、座椅作用器電動機等，如果是豪華轎車，則需要使用部位達到70-80只。這樣計算下來，如果考慮高效節(jié)能，除了驅(qū)動電機外，每輛一般轎車還約需要用永磁體2-3千克。目前國內(nèi)進入該領域的上市公司主要有中科三環(huán)和寧波韻升，兩者是國內(nèi)最大的兩家釹鐵硼供應商。隨著全球汽車產(chǎn)商在電動汽車領域的加速擴大，將會進一步刺激對釹鐵硼的需求，國內(nèi)企業(yè)將受益明顯。據(jù)估計，每臺混合動力汽車電機約需使用5kg高性能釹鐵硼永磁材料。硅鋼材料硅鋼是含硅量在3-5%左右的硅鐵合金，它也是目前產(chǎn)量最大的金屬功能材料，主要應用于各種電機、發(fā)電機和變壓器的鐵芯，它的性能會直接影響到電機的效率。硅鋼材料生產(chǎn)工藝較為復雜，在制造技術(shù)上也非常嚴格，國外的生產(chǎn)技術(shù)都以專利形式加以保護。近年來，在生產(chǎn)技術(shù)不斷進步的基礎上，技術(shù)壁壘不再成為阻礙鋼廠涉足的門檻，投產(chǎn)硅鋼的鋼廠幾乎成了“過江之鯽”。而鋼廠“一窩蜂式”的投產(chǎn)，帶來的便是當前硅鋼行業(yè)產(chǎn)能過剩，同質(zhì)化競爭嚴重，價格的持續(xù)下跌。1.2.4我國驅(qū)動電機行業(yè)發(fā)展狀況作為電機行業(yè)的細分領域，電動汽車驅(qū)動電機是一個小行業(yè)。由于這一行業(yè)處于起步階段，總體上市場規(guī)模并不大，但隨著下游電動汽車行業(yè)的快速興起，預計未來驅(qū)動電機的市場規(guī)模將逐步擴大。2012年中國電動汽車驅(qū)動電機總體產(chǎn)量（含出口）大約3.8萬套，產(chǎn)值達到15.3億元。隨著國家在新能源汽車領域的政策逐步落地，以及新能源汽車產(chǎn)業(yè)在技術(shù)和市場方面的逐漸突破，新能源汽車驅(qū)動電機需求量將保持較快的增長。賽迪經(jīng)智預計，“十二五”末我國新能源汽車驅(qū)動電機整體市場規(guī)模將達到250億元左右。圖4-14中國驅(qū)動電機市場規(guī)模預測（億元）數(shù)據(jù)來源：賽迪資訊由于驅(qū)動電機需滿足各種特殊要求，技術(shù)門檻較高，所以我國目前電動汽車驅(qū)動電機生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量并不多。新成立的高新技術(shù)企業(yè)是這一行業(yè)的主力軍，它們一般是通過與清華大學、北京理工大學等高?；蛘呖蒲性核M行合作獲得相應技術(shù)，這些企業(yè)的市場地位很明確，就是專注于電動汽車驅(qū)動電機的生產(chǎn)和研發(fā)。除了新成立的高新企業(yè)外，我國還有很多驅(qū)動電機企業(yè)是由傳統(tǒng)整車及零部件生產(chǎn)企業(yè)或電機制造商轉(zhuǎn)型而來，這些企業(yè)具有較為成熟的生產(chǎn)體系以及研發(fā)能力，所以也能夠較好的滿足驅(qū)動電機的生產(chǎn)要求。雖然目前驅(qū)動電機行業(yè)規(guī)模還較小，但其成長潛力吸引了一大批優(yōu)秀的外資電機生產(chǎn)商參與到這一領域的競爭。如博世、電裝、日立等世界最大的幾家電機生產(chǎn)商都已通過合資或直接投資的形式成立驅(qū)動電機生產(chǎn)部門，它們憑借在在電機領域的先進生產(chǎn)經(jīng)驗以及高品質(zhì)的產(chǎn)品迅速占據(jù)國內(nèi)市場的一部分份額，對國內(nèi)企業(yè)形成了巨大的威脅。國內(nèi)企業(yè)在驅(qū)動電機生產(chǎn)方面與外資企業(yè)相比優(yōu)勢在于：首先，我國擁有豐富的稀土資源，可以為驅(qū)動電機的生產(chǎn)提供重要的原材料釹鐵硼；其次，我國的電機產(chǎn)品在性價比上具有一定優(yōu)勢，能夠在中低端產(chǎn)品上具有一定競爭力。當然，國內(nèi)的驅(qū)動電機生產(chǎn)與外資企業(yè)仍然有不小差距，主要體現(xiàn)在：首先，由于國內(nèi)驅(qū)動電機生產(chǎn)尚處于起步階段，所以制造工藝相對落后，在產(chǎn)品的可靠性、一致性以及集成化水平上還有待進一步提高；其次，國內(nèi)在硅鋼、電機高速軸承等核心原材料上研發(fā)能力較弱，進口依賴較為嚴重，而進口產(chǎn)品成本往往較高，影響驅(qū)動電機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.3新能源汽車電控系統(tǒng)1.3.1電控系統(tǒng)簡介新能源汽車電控系統(tǒng)主要包括電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、能量回饋系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。新能源動力系統(tǒng)主要是指除了行駛系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、車身系統(tǒng)將傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈進行延伸以外增加的電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、動力總成控制系統(tǒng)。圖4-15電控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來源：賽迪經(jīng)智構(gòu)成新能源汽車電控系統(tǒng)的主要元器件包括：芯片與專用器件、車用MCU、電子控制模塊、功率驅(qū)動模塊（IPM/IGBT/Mosfe）、車用傳感器、系統(tǒng)集成及軟件、接插件等。與傳統(tǒng)汽車的控制系統(tǒng)相比，新能源汽車電控系統(tǒng)的控制單元數(shù)量及復雜程度遠遠高于傳統(tǒng)車；各個電子控制單元可以更好的協(xié)調(diào)工作；穩(wěn)定性能和安全性要求也更高。這對于新能源汽車電控系統(tǒng)發(fā)展提出了更高的要求：需要新的開發(fā)方法和手段；需要能夠提供系統(tǒng)級的解決方案、而不僅僅是控制器的運轉(zhuǎn)；零部件供應商與系統(tǒng)集成商統(tǒng)一軟件接口平臺；開發(fā)周期需要縮短。圖4-16混合動力車電子控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源：車用電機基礎及電子控制系統(tǒng)永磁化、數(shù)字化、集成化將是汽車電機及控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動部件變速箱在新能源汽車中將被電機驅(qū)動系統(tǒng)取而代之，但新能源汽車同時也對電機及驅(qū)動系統(tǒng)提出更高效率要求、溫度耐受要求和更低成本要求。電機及控制系統(tǒng)作為關鍵的驅(qū)動部件，在整車的成本比重約占15%，從發(fā)展趨勢看，永磁同步驅(qū)動電機，控制系統(tǒng)及功能單元數(shù)字化，電機與變速箱、電機與發(fā)動機、電機與電子部件集成一體化是汽車電機及驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.3.2電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)（BMS）是解決電池一致性的關鍵，是新能源汽車必備的重要零部件，與汽車動力電池組共同構(gòu)成電池系統(tǒng)，為新能源汽車提供動力。電池管理系統(tǒng)（BMS）除了通過協(xié)調(diào)各個電池單體，來彌補單體一致性不足對成組電池帶來的影響之外，其他作用還包括“監(jiān)測”——記錄電池組電壓、剩余電量（SOC）、溫度等參數(shù)，“保護”——防止過充電、過放電、短路、超溫等對電池有害刺激的發(fā)生。BMS在動力電池包中占1/10的成本。BMS除了必需的電池控制單元以外，針對每個電池都要有檢測處理單元。因此，BMS的價格與電池包中的單體電池數(shù)量是成正比。1.3.3電機控制系統(tǒng)電機驅(qū)動控制系統(tǒng)決定著新能源汽車能否安全可靠地運行，是驅(qū)動系統(tǒng)的核心。電機控制系統(tǒng)主要由逆變器（主要部件是