我国智能电驱系统的发展现状及展望

许 磊，罗荣锋

（明阳智慧能源集团股份公司，广东中山 528400）

0 引言

随着全球传统能源的逐渐匮乏及环境问题的日益严峻，动力系统电驱化成为能源结构升级变革的大势所趋，智能电驱系统的研究及应用也越来越受到国内外学者和企业的关注。与化石燃料驱动、液压驱动、气压驱动等传统驱动方式相比，电力驱动环保无污染，动力传递结构更加简单直接，损耗小响应快，有望逐步取代传统驱动模式成为动力系统的主流驱动形式。

经过数十年的发展与推广，电驱技术的应用越来越广泛和深入，智能电驱系统便是其多元化发展的产物。智能电驱系统是将电机、变速传动系统、变流电控系统等核心部件高度集成的“动力总成”，如图1所示，可以实现驱动系统的小型化和轻量化以降低成本，减少冗余结构以减小能量损耗，提升驱动系统效率，启动时即可输出最大扭矩，同时也可以简化主机厂装配，提高产品的合格率。

图1 智能电驱系统

得益于其高度集成、智能控制、高效节能的先天优势，智能电驱系统得到越来越广泛的应用，根据目前智能电驱系统的市场份额，智能交通运输、智能机器人及以新能源设备为代表的其他专业领域成为智能电驱应用最为广泛的三大领域。

图2 主要应用领域

中国电驱系统起步较晚，虽然近年来受益于国家政策支持和强大市场推动取得了长足进步，已经形成包括驱动电机、电机控制器、变速器、电驱动总成、主要关键材料和关键器件在内的完整产业链，但整体发展水平仍在追赶态势，整体产业仍处于价值链下游，核心零部件依存性高、核心技术差距大且认可性低等问题严重制约着智能电驱技术的进一步发展。

1 智能交通运输领域

近年来，在国家政策的大力扶持和清洁能源、绿色出行观念深入人心的大背景下，替代内燃机开启电驱新时代成为行业潮流，以电动车、电动船舶为代表的交通运输网络发展迅猛。

1.1 电动车领域

以电动车市场为例，按照2017年4月工信部、发改委和科技部联合印发的《汽车产业中长期发展规划》，预计2020年新能源汽车产销量将达到200万辆（累计产销量超过500万辆），作为核心零部件的电驱动市场规模将达到295亿元[1]。而在新能源汽车领域，国外品牌仅占比不到8%，北汽新能源（自配）、比亚迪（自配）、精进电动、上海电驱动等10家企业占据国内超75%的电驱动市场份额[2]，作为电动汽车整车厂，比亚迪和北汽新能源在电动车电驱动市场占据第一、第二份额；在第三方机电企业中，国内主要竞争对手有精进动力、大洋电机、大地和、福工动力、天津松正、苏州绿控、上海电驱动等，但目前国内厂商核心技术仍然来自国外，竞争策略多为低价与引入电动车运营的战略性合作伙伴，并且合资品牌和国外品牌占据的份额正在逐年增多，因此发挥顶层设计优势、加快技术研发创新成为国内企业必须做出的选择。

就技术层面而言，中国自主研发的驱动电机系列化产品功率范围已经基本满足250 kW以下各类新能源汽车的需求，在关键技术指标方面，中国驱动电机的功率密度、效率与国际水平基本相当，目前电驱系统的集成化仍是诸多发展方向中的重点，“三合一”“五合一”的智能电驱系统仍是业内的主流产品。

1.2 电动船舶领域

传统船舶多以柴油发动机作为动力源，由此所带来的污染问题在倡导清洁绿色的今天显得非常突出，船舶动力的电驱化成为整治船舶污染的主要解决方向。

与传统动力船舶相比，电动船舶在控制废弃物排放、噪声等方面拥有先天的基因优势。近年来为整治船舶污染，短途客运、轮渡及景区游览船舶等电动化趋势明显，有国外机构预测，电动船舶市场（包括水上及水下），将从2013年的26亿美元（约合人民币161.4亿元）快速增长到2024年的73亿美元（约合人民币453.1亿元）[3]。

目前全球有多家企业提供船舶电力推进系统的集成服务，如瑞士ABB、美国GE、德国SAM、荷兰IMTECH、俄罗斯蕾克洛夫国家研究中心等，但整体来看，电力驱动系统仍然呈现高度集中特点，ABB、西门子、GE三大公司占据了全球90%左右份额。其中ABB市场份额最高，凭借在吊舱推进器领域的绝对优势积极推广集成供货服务，占据了全球电力驱动系统50%左右的市场份额。电力推进船舶关键部分包含原动机、变频器、推进器及控制管理模块。ABB、GE、西门子具备了除了原动机外的全套船舶电驱动系统的独立研发能力。

长久以来，国外企业在船舶电驱动系统有绝对竞争优势，中国在船舶全电集成系统的制造能力尚未形成，但近几年，国内厂商加大研发力度正在迎头赶上，相关企业已经有电驱动船舶产品下水运行，例如中国南车株洲所自主研制的船舶电力推进变频驱动系统成功应用在被誉为“海上叉车大力神”的5万t半潜船上，玉柴能源有限公司开发建造的LNG（液化天然气）动力示范船“运河之星2000e”搭载了自主研发的“银河动力EYS249-2”动力系统。

2 智能机器人领域

世界机器人市场化程度仍处于起步阶段，但受简单劳动力不足及老龄化等刚性驱动和科技发展促进的影响增长很快，智能机器人是未来各国经济发展的有力支柱之一，国家也在不断提高对机器人产业的重视度，机器人产业大有燎原之势，2017年中国工业机器人销量达到14.1万台，为全球第一大应用市场，与韩国、日本、美国、德国占据了全球3/4的市场，到2020年中国机器人需求将占到全球需求的40%[4]。另根据国际机器人联合会给出的消息，到2020年，世界上将有170万个新工业机器人应用到世界各地工厂中，将获得更高效和灵活的生产[5]。

中国机器人需求巨大，但四大机器人家族约占据中国机器人产业70%以上的市场份额，接近垄断机器人制造、焊接等高端领域，国内机器人生产厂商压力巨大，只能在剩余30%的市场份额中争抢，高端领域国产工业机器人的份额不到5%。

中国机器人产业处于大变革时代，需要快速创新整合，而要大力发展机器人产业，作为机器人核心零部件之一的电驱系统自然成了许多企业竞相布局的热门领域。目前国内机器人电驱市场中，前三名松下、三菱、安川均为日系品牌，总份额达到45%，西门子、博世、施耐德等欧系品牌主要占据高端市场，市场份额在30%左右，国内企业整体份额低于10%[6]。

目前基于电驱动系统的智能机器人市场对于中国机器人产业来说，核心技术缺失是面临的最大问题。人形机器人产品近50%的成本集中在控制系统和运动控制零部件上，而现如今在硬件上无论是伺服舵机、减速器、仿生控制等这些关键硬件与国外相比都还存在一定的差距，这就促使高精度的齿轮和小电机都需要从国外进口。

国内企业市场份额低、核心技术及关键零部件严重依赖进口，这既是机遇也是挑战。国内机器人行业具有代表性的企业有新松、埃斯顿、埃夫特、广州数控、新时达、拓斯达、巨星科技、华昌达等，这些公司已在机器人产业链中游和上游进行拓展，通过自主研发或收购等方式掌握零部件和本体的研制技术，结合本土系统集成的服务优势，已经具备一定的竞争力，未来有望实现对国外品牌的进口替代[7]。

3 新能源设备领域

从国家政策储备上看，分散式发电作为产业发展的新风向，不断被强化和强调，在宏观政策的推动下，分散式发电产业近年来开始蓬勃发展，作为其技术核心的电驱动系统，技术上在向着智能化方向发展，民营资本越来越活跃。

以小型风电为例，小型风电机组一般应用于离网型风电、分散式发电、风光互补发电系统，其市场尚未完全起步，市场前景较为广阔，目前小型分散式发电设备为代表的民用发电设备国内普及率极低，离网型分散式电驱动市场有较大的发展空间。据统计，中国尚有2.8万个村，700万户计2 800万人口没有用上电，且分散居住在边远山区、农牧区，常规电网很难到达，应用小型风力发电或风光互补发电可以完美解决用电需求，而目前小型家用风机国内的年产量远远小于需求。参照国外的发展，中国分散式小型风电产业按保守的增长率估计到2020年，其累计装机容量可达到2 955 MW。到2020年小型风力发电机的累计产量占大型风力发电机的1.97%。如果在强力政策的激励下，中国小型风力发电产业能按最高年增长55%（年增长率递减5%）的速度发展，则到2020年，中国小型风力发电机的累计装机容量可达到100 38 MW，占大风机的6.69%[8]。

目前小型风力发电机制造商均为规模较小的公司，如青岛安华新元风能股份有限公司，青岛恒风风力发电机公司，风力发电机组覆盖150 W～20 kW小功率风力发电机。涉及领域为多功能微补电网，分散式风力发电系统及城市建设中的风光互补路灯系统等。然而在国外市场，小型风力发电机已经进入家庭市场多年，目前有至少25家厂商制造30余种品牌，其中Jacobs为此领域的先驱，致力于小型发电领域30余年，在2001年被德国Repower合并。Acolian Energy、Bergey Windpower等公司已经在20世纪90年代推出千瓦级别小型家用风机发电机进入美国市场。

离网型能源系统作为一个尚未完全起步的领域，不仅有着广阔的市场前景和政策支持，还不会与现有电力市场机制相矛盾，不存在对传统电网结构造成冲击等弊端，智能电驱系统可以完全依托离网型能源系统得到大力发展，融入城市建设中。

4 结束语

电驱系统是大势所趋，作为国家战略性产业布局重点以及各项利好加持，市场广阔，发展空间巨大，但同时由于中国起步较晚，核心技术及关键零部件严重依赖进口，国外厂家在技术水平及口碑品牌上具有绝对优势，拥有稳定的客户群及供应链，因此必须坚持走“技工贸”路线，实现核心零部件的国产化和非标定制化，凭借产品质量和服务体系牢牢占据市场。