今年的展會及論壇極其熱鬧,不少電驅企業拿出自家的優秀產品及儲備技術,解說對市場需求的理解。我們也可以看到,部分電驅企業已基于主機廠采購策略和全球供應鏈分工的改變,對自身的產品布局以及架構做出相應的調整。
結合NE時代落幕不久的2023 xEV驅動論壇各位嘉賓的演講以及圓桌討論,筆者嘗試著站在需求的角度,梳理、理解主流、前瞻電驅技術方案及其應用場景,主機廠與第三方的協作關系,國際化企業的反攻及架構調整。
本篇重點討論多合一的發展趨勢及前行過程中面對的挑戰。
追求極致降本
NE時代2023 xEV驅動論壇上,深藍汽車、巨一動力、華為、欣銳科技等都談到,目前廣泛討論的多合一系統是包含電機、電控、減速器的電驅動系統和包含OBC、DCDC、PDU的電源控制系統,VCU、BMS等至少五個子部件的集成形態。
更多部件的集成能夠為驅動系統帶來哪些好處?
深藍汽車電驅動開發經理朱斌華指出,深藍的原力超集電驅基于“All in one”的理念,通過集成創新實現全方位的提升。典型的產品就是多合一電驅動總成,進行機械集成和電力電子深度融合。多合一電驅集成MCU與電源控制系統、整車控制系統等各控制器,未來可以共用主控芯片以及電源芯片等。核心是為了降本。隨著系統以及零部件的質量進一步提升,深藍汽車相信,集成化的趨勢會更明顯。
圖片來源:深藍汽車
“2021年開始,市場上出現了多合一的集成。當時大家開始探討怎么進一步降體積、降重、降本。多合一或更高集成度的產品自然是比較優的一個選擇。” 巨一動力系統有限公司研發中心副總監顧杰回顧了驅動總成集成發展過程。
陽光電動力科技有限公司產品線總監史良辰解釋稱,如MCU與OBC、PDU、BMS等功能模塊的集成,可以進一步減少控制器方面的體積、重量包括成本,給整車布置帶來更多的靈活性。
臥龍采埃孚總工程師楊林稱, “以前二合一變成了三合一,三合一變成六合一,甚至現在已經出來十合一了。追求極致成本,催生出多合一產物。”
華為數字能源智能電動領域動力系統規劃總監馬明基于應用場景和整車開發對多合一趨勢進行了分析。“A級車是講究極致成本的車,希望在前艙做到應融盡融,打造極致的融合模塊,降低整車成本。”“超融合、多合一以后,可以做到部件聯合開發、部件耦合,這樣會極大地提升主機廠開發周期。”
綜合來看,多合一最大的好處是能帶來成本的降低。
降本主要是通過兩大方面來實現:
1、多合一方案通過共享殼體、線束、連接器等硬件,融合電子電路和軟件算法,實現BOM降本。
2、多合一方案可以簡化OEM供應鏈的管理,縮短開發周期,實現高效管理降本。
OEM強化多合一自研自制
三合一乃至多合一的集成化趨勢十分明顯,滲透率快速提升,合計已超過60%。多合一的比重也在與日俱增。
根據NE時代整理的新能源關鍵零部件裝機量數據,今年多合一的滲透率已經突破10%。2021年至2022年,多合一的進展可謂一日千里,短短一年就從微量的1.2%增長到7.2%。
圖片來源:NE時代報告
弗迪動力、長安新能源、英搏爾、華為數字能源是主要的四家供應商。配套車型按照終端銷量由高到低分別有海豚、元PLUS、深藍SL03、海豹、騰勢D9、帝豪EV PRO、奔騰NAT、楓葉60s等。
在這些大家較為熟悉的數據之外,NE時代發現,OEM“自研自制”和“對關鍵技術的掌控”需求進一步加強,導致Tier1最終需要轉移價值鏈上的位置,并加大研發投入。
根據NE數據,2022年,三合一市場中,OEM自制系統的比例達到57.3%。多合一市場中,2022年這一比重達到90.5%,到今年更加重至令人驚嘆的97.7%。
NE時代研究院咨詢總監徐篤升認為,多合一,為的不僅是成本,還有整車布置等一系列的考量。這樣的情況下OEM更有自制的沖動,為供需關系帶來新的考量:1、OEM對系統自制自研需求會進一步加強,接管原本系統供應商的工作。這是一個接管的邏輯。2、OEM對軟硬件關鍵技術的掌控需求加強。這是一個主導的邏輯。兩種邏輯之下,Tier 1都需要讓渡出話語權,配合OEM完成多合一的研制。
那么Tier 1將何去何從?
徐篤升給出了兩個方向:一是提供功率和控制集成部件,二是供電機/減速器部件。也就是在電機減速箱二合一和控制器多合一中找機會。往更遠期看,芯片級集成、動力域控制器,再遠點高性能計算機集成,都是Tier 1機會所在。
而只有在關鍵技術保持領先,能更好地協助主機廠,讓車擁有更高的性價比,Tier 1在市場競爭中才能脫穎而出。
圖片來源:NE時代報告
哪些新多合一產品問世?
我們看到,不少上下游企業推出新的多合一方案或發布集成度更高的方案。
巨一動力的多合一產品,功率規劃覆蓋30kW-300kW,可兼容適配前驅和后驅布置需求。根據適配車型,對動力進行了產品線劃分,30~60kW產品線應對A00-A0級車型;90~130kW產品線應對A0-A級車型;150~180kW產品線應對A-(A+)-B級車型;200~300kW產品線應對B-C級車型。現階段在研產品主要中低功率產品為主,部分產品已經推向量產。最新量產的是70/100/130kW六合一,已SOP,將搭載于江淮釔為3等車型。
面向A級BEV市場,華為數字能源的150kW超融合十合一動力域模塊,通過首創芯片融合,功率融合,功能融合,域控融合,實現BOM數量降低40%,芯片數量降低60%。
圖片來源:華為數字能源
華為數字能源稱,動力域模塊可以讓車企實現動力域的集成簡單,驗證簡單,開發簡單,開發效率提升30%。同時,超融合動力域模塊,讓車輛前艙布置更簡潔,可設置前備箱,并釋放更多車內空間,提升用戶的駕乘舒適性,給A級純電車帶來B級車的空間和體驗。
東風旗下智新科技發布自主800V SiC十合一高融合動力域平臺,系統輸出功率200~280kW,系統最高效率94.5%。其中超融合高壓控制器集成了MCU/DCDC/PDU/OBC/VCU/BMS/TMCU/PTC,帶來體積減小、功率密度大幅提升的好處。
這款十合一集多項前沿技術于一身,是馬赫E的一款旗艦產品,如控制器功率器件采用自主800V SiC,功率密度50kW/kg;電機同樣采用了先進技術,如0.2mm超薄硅鋼片、鐵芯自粘接技術、碳纖維轉子。為成本考慮,該十合一未來將推出低功率版,應用于A級車及小型電動汽車。
產品形態向深度集成發展
多合一的產品形態正在從機械結構集成向電力電子深度集成發展。
目前多合一方案大多是機械結構集成,通過簡化連接、共用殼體降本減重。
下一步走向大小三電的PCBA集成、芯片集成,更遠期向動力域芯片集成。其中芯片集成主要體現在主控芯片、通信芯片、電源芯片、存儲芯片等IC共用。
顧杰指出,多合一控制器PCBA逐漸從現階段多主控芯片/多塊控制板向下一階段多主控芯片/單塊控制板發展,隨著主控芯片算力、接口資源增加,發展為單主控芯片/單塊控制板的域控多合一。
“芯片集成主要體現在主控芯片、通信芯片、電源芯片、存儲芯片等IC共用。巨一動力規劃芯片集成分兩步走,第一步大小三電芯片集成,即電機控制+電源控制芯片集成,形成小域控,下一步動力域芯片集成,即VCU+BMS+電機控制+電源控制芯片集成。”
圖片來源:芝能汽車
對于域控開發中OEM和Tier 1的合作開發模式,巨一動力也做了設想:OEM與供應商聯合開發,OEM可根據自身開發能力參與到控制板、軟件底層、應用層、集成測試等方面的開發,如VCU、BMS的硬件、底層、應用層、集成的開發和測試。
此外,行業也出現了電驅系統與熱管理的集成,如舍弗勒的四合一電驅動橋。這款四合一也是全球唯一一款四合一,在集成電機、減速箱及電機控制器的基礎上進一步集成了熱管理模塊,功率160kW,整個系統更加緊湊、效率更高,續航里程最高增加40km。其中集成的熱管理模塊包含多通閥和二氧化碳熱泵空調的電動壓縮機。另一亮點在于800V槽內冷卻,通過集成式智能液壓系統代替油泵實現油控制,使冷卻油流經扁線上的溝槽進行冷卻,加強散熱能力,峰值功率可以延續三十秒。
問題還很多,不是每個人都認同
多合一的實現在技術上面對許多問題,比如EMC、NVH、可靠性等問題。
深藍汽車的原力超集電驅經歷了五年的攻堅克難,不僅解決了空間布置的問題,而且解決了熱、EMC、NVH、可靠性方面的諸多難題,如此才能使產品體積、重量、功率密度、噪音和成本都得到了全方位的提升。朱斌華說。
顧杰羅列了開發過程的幾大問題:
第一就是EMC的問題。三合一也有很多EMC的要求,EMC的要求越來越高,現在談class4甚至到class5,多合一以后,原來的單電控加上電源在大的腔體內相互耦合,EMC的問題會更嚴峻。
第二是NVH,這是用戶直接感知到的,主機廠對NVH的要求現在可以說是“極致”的。給幾萬塊的小車做配套,對NVH的要求也是非常高的。多合一以后,因為大的殼體主要在控制器,有一些體積的增加,改變了整個模態,傳遞路徑會發生變化。NVH的解決上還是有更多的挑戰。
第三,可靠性。回歸到車的本質,回歸到產品的本質,可靠性一定是越來越高度關注的一個領域。
欣銳科技董事長吳壬華對多合一的價值提出了一些犀利的問題。“每當我們考慮將多個功能件集成為一個總成件時,必須問自己以下幾個層面的問題:(1)應用層面上:成本有下降嗎?體積減小了嗎?重量減輕了嗎?(2)設計層面上:性能提升了嗎?可制造性提升了嗎?供應鏈優化了嗎?(3)售后服務層面上:售后服務費用降低了嗎?售后服務作業簡化了嗎?備件供應優化了嗎?由此他發出提醒:大集成方案很容易想到。各式各樣的大集成方案受利益/立場不同的影響差異巨大,是否有價值需要仔細分析。”
“從純電驅動總成來看,50%以上都已經三合一了,三合一是主流,多合一也成為一種趨勢。當然不是越多越好,還是根據需求、需要來。要做到極致,可能對某些車型某些應用成本會更低,效率會更高。”電動汽車電驅動系統全產業鏈技術創新戰略聯盟理事長貢俊同樣強調。
在徐篤升看來,多合一產品的滲透率快速提升,是因其在降本上作用顯著加上比亞迪的示范效應,因此成為當下的重要選擇。但是,多合一需要面對巨大的售后壓力。因此不是每個人都認同多合一的發展方向。怎么看到一項技術的潛力、前景,做出最終的決策,這是非常有難度有挑戰的一件事。
來源:第一電動網
作者:NE時代
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