新能源汽车动力的现状与趋势分析“汽车好不好,关键看动力”。无论是内燃机“一统天下”时代还是电动汽车高歌猛进、燃料电池汽车正在孕育的当前,汽车动力永远当之无愧的占据C位,成为汽车产业发展的基础核心,也是一个国家汽车产业竞争力的标志。在汽车“新四化”(电气化、网络化、智能化、共享化)大趋势下,以“三电”为核心的汽车动力新技术新材料迭代更新加快,汽车动力产业发展趋势和竞争格局不断发生变化。
一、新能源汽车动力体系的核心
当前正处于新能源汽车与传统燃油车并存的时期,汽车动力也呈现出两套体系。
一是以动力电池、驱动电机、电控“三电”为主的新能源汽车动力体系。当前,动力电池作为新能源汽车核心又可分为动力锂电池和氢燃料电池。
(新能源汽车动力产业链)
锂电纯电动汽车是当前新能源汽车主流,锂电池占整车成本40%左右,核心部件包括正极材料、隔膜、电解液以及负极材料等。电控占整车成本15-20%,而IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率模块占电控成本37%,国内70%以上的IGBT器件市场,尤其是高端市场基本被美日企业占据。电机约占整车成本10%左右,核心零部件包括定子、转子以及轴承等机械结构,而国内驱动电机轴承仍主要依赖进口。
(纯电动汽车成本构成以及锂电池成本构成)
氢燃料电池车被看作新能源汽车的终极目标,氢燃料电池系统由电堆、供气系统、控制系统等部件共同构成,其中电堆作为核心部件,占系统总成本60%左右,主要包括膜电极、双极板等部件,而膜电极(质子交换膜+催化剂+气体扩散层)又是电堆的核心部件,成本约占电堆总成本36%。目前商用催化剂为铂,其成本约占系统成本的23%,是氢燃料电池成本的主要来源。
(氢燃料电池系统成本构成以及电堆成本构成)
二是以发动机、变速箱为核心的内燃机动力体系。新能源汽车技术不断革新对燃油车的替代效应逐步显现,但燃油汽车与新能源汽车仍将共存很长一段时间,但颓势无法改变,因此,适应混合动力、提高热效率的小型化、高性能内燃机仍将具有一定市场空间。
二、新能源汽车动力发展趋势
在汽车“新四化”大趋势下,伴随新技术不断应用,汽车动力系统也呈现新的发展趋势。
一是新能源汽车渗透率逐渐提升,“三电”动力体系迎来万亿市场空间。2021年传统燃油汽车销售同比下降6%,而新能源汽车同比增长169%,新能源汽车已经成为市场主流;混合动力作为过渡产品,终将被纯电动替代,氢燃料电池汽车仍处于探索阶段。在全球减碳背景下,世界诸多国家以及汽车企业已经明
确具体时间禁售燃油汽车,国际能源署提出到2035年,全球大部分国家将禁售燃油汽车,全面进入新能源汽车时代;而英国、德国、荷兰等国家于2030年禁售,长安、北汽等车企将于2025年停售燃油车。中国新能源汽车规划提出:2025年中国新能源汽车新车销量占比将会超过20%;中国新能
源发展技术路线图2.0版明确:2035年节能汽车与新能源汽车约各占50%。艾媒咨询预计2025年中国新能源汽车市场规模达23.1千亿元,按50%比例测算,“三电动力”市场规模超万亿元。动力电池领域,高工产业研究院(GGII)预测,2025年全球动力电池出货量将达到1550GWh,而中国科学院院士欧阳明高预测,2025年中国动力电池出货量将超过1TWh,产值超过1万亿元。
(全球重点国家/地区以及车企燃油车停售时间)
二是固态锂电池成为动力电池研发方向,新材料应用仍然在不断探索。应用新材料、研发新技术新工艺以追求更高密度、更低成本、更高安全性、更长寿命是动力电池永久趋势。锂电池动力领域,三元锂电池和磷酸铁锂电池呈现“二分天下”,凭借低成本、安全性,2021年国内磷酸铁锂电池产量对三元电池实现反超,占总产量比重达57.1%,但受磷酸铁锂材料理论比容量(170mAh/g)的限制,LG化
学、松下、SKI等日韩企业仍以三元路线为主。未来,固态锂电池有望实现量产的下一代电池技术,成为动力电池颠覆者,也是各巨头的必争高地,而以硅碳复合材料与硅氧复合材料为代表的硅基负极材料有望成为下一代锂电负极材料。氢燃料电池仍将是全球各国终极追求的重点领域之一,但大规模商业化
仍然遥远,根据国际氢能委员会的估计,到2050年氢燃料电池汽车将占全球汽车的20%-25%。而成本过高成为其推广的瓶颈所在,燃料电池系统和储氢系统占据整车成本的65%,远高于锂离子纯电动汽车的电池成本占比,未来寻求低铂、非铂催化剂等低成本材料降低膜电极、双极板成本是氢燃料电池技术突破点。
新能源客车三是永磁同步电机市占率超90%,电机电控一体化、集成化成为新趋势。小型轻量化、高速、高密度、高效、低振动噪音、低成本是新能源驱动电机发展方向。伴随技术不断发展,永磁同步电机逐渐成为新能源汽车应用主流,市占率超过90%,而交流异步感应电机和开关磁阻电机主要应用于新能源商用车,特别是新能源客车,而采用扁线绕组、油冷冷却以提升能量密度、工作功率成为未来趋势。伴随新材料、新技术应用,混合励磁型、轮毂型、双定子型、记忆型等新型永磁无刷电机、更高性能的非晶电机成为研发新方向。在小型轻量化趋势下,电机电控一体化趋势明显,从“二合一”(电机+减速器)、“三合一”(电机+减速器+电控)到“多合一”(电机+减速器+电控+OBC+DCDC+高压分线盒+部分VCU),集成化成为实现高效、小型、