我国新能源汽车三电技术究竟处于什么水平

这个问题其实相当庞大，涉及领域众多，但我尽量试着从浅显的技术角度简单谈谈个人观点。

在已经实现产品大规模商用的层面，我国：

+电池技术勉强算挤入世界第一梯队；

+电机技术尚处于世界第二梯队中部；

+电控技术尚处于世界第二梯队尾部；

总体来讲，大而不够强。

一、电池

一． 新能源汽车动力电池按照结构形式通常分为三种：

1、圆柱电池（Cylindrical Cell）——具有圆柱形电池外壳和连接元件（电极）的蓄电池。

2、方形电池（Prismatic Cell）——具有方形电池外壳和连接元件（电极）的蓄电池。

3、软包电池（Pouch Cell）——具有柔性复合膜制成的电池外壳和连接元件（电极）的蓄电池。

这三种流派不仅是外形上的区别，其内部卷绕形式也决定了各自性能上的差异。圆柱电池只能采用卷绕，方形和软包电池则兼容卷绕与叠片两种形式。

其中，占据了约84.5%的市场份额的方形电池没有明显的短板，具有低的热管理难度，尺寸可大可小，模块化集成效率高，便于Pack平台化。而这些，或许也是国内外整车和Pack企业选择方形电池的最大动力。

造车新势力威马EX5 基于方形电池的标准化模组

二． 现阶段乘用车的动力电池化学体系主要有两种，即三元锂和磷酸铁锂电池。

它们基本都是以石墨为负极材料（逐步升级至硅碳负极），以六氟磷酸锂为主的锂盐作为电解质的锂电池，区别主要在于正极材料。

三元锂电池（Ternary Lithium Battery），是指以镍钴锰酸锂（NCM）或镍钴铝酸锂（NCA）为正极材料。（但是金属钴很贵，锂资源缺乏）

磷酸铁锂电池（Lithium iron phosphate Battery），则是以磷酸铁锂（LFP）为正极材料。

在三元体系中，宁德时代无疑是国内领军者，其推出的NCM811方形电池、CTP方案、电池自加热技术等创新皆是技术实力的体现。

NCA电池主要是日本、韩国企业（如松下、三星SDI、LG）在生产，在现有商业化应用的动力电池中单体能量密度最高，安全性相对较低。因NCA材料比NCM材料的生产工艺和条件更为苛刻，国内几乎没有企业跟进。

瑞士曾公布一份关于全球动力电池的研究报告，在能量密度上，松下的21700电池单体密度可达340wh/kg，宁德时代目前为270wh/kg。在成本上，松下电池成本为111美元/kWh，LG化学的成本为148美元/kWh，三星SDI和宁德时代的成本均超过150美元/kWh，经济性上处于劣势。

虽然在技术积累、工业化水平及成本方面略有欠缺，但总体而言，与日韩电池巨头LG化学、松下、三星等相比基本势均力敌、各有优劣。

而在磷酸铁锂体系中，比亚迪一路坚持，于近期推出的应用层面创新的“刀片电池”引发业内关注，在系统层面提升能量密度的思路与宁德时代的CTP方案如出一辙，并且在磷酸铁锂自身较高的安全性、长循环寿命加持下，降低了电池包生命周期成本，进一步增强电动汽车的竞争力。

在动力电池领域，尤其值得关注的是大容量聚合物固态电池，固态电池，电池模组集成技术如自由模组电池系统。

二、电机

新能源汽车主要采用交流感应电机和永磁同步电机。其中，永磁同步电机是新能源车的绝对主流配置。

国内电机技术整体上还是较为落后于国外，主要体现在：

1、因起步晚，技术与专利积累欠缺，导致国内电机轻量化、集成化程度较差，转矩密度、功率密度等技术指标与国外先进水平尚存一定差距；

2、因国内电机企业普遍规模较小、市场份额较为分散，导致自动化、标准化程度较低，电机产品可靠性、一致性不足；

3、因我国电机及电控用耐电晕电磁线、绝缘材料、高速轴承等基本依赖进口，且永磁体和硅钢片等利用率比国外低10%左右，导致我国电机生产成本高于国外。

PS：关于硅钢片，这两年国内用的最多是宝钢，还有首钢、武钢等；磁钢这块儿，因为中国是世界最大的稀土出口国，所以话语权其实很大。

顺带提一句，轮毂电机作为一种概念上极其先进的永磁同步电机子类型，由于其控制复杂、环境耐受要求极高，目前在乘用车领域暂时还没有办法大规模应用。

目前的主流轮毂电机供应商有：Protean（英国，已被恒大全资收购），Elaphe（斯洛文尼亚，浙江亚太参股），Schaeffler（德国），比亚迪（国内商用大巴车）等等。虽然国外技术储备较多，但国内通过自研或者买买买的形式，也间接获得了部分相关技术。

近年来，由于电机、电控成本下降的压力和各车企对高度集成化、模块化的电驱动系统的需求，电机大有与电控系统“合体”的趋势。电机+减速器+电机控制器的三合一电驱系统或将成为未来的标配。而我国在这方面也紧跟潮流，相关企业皆有技术储备。

威马EX5 的电机+减速器（2合1）系统

威马EX5 的电机+减速器（2合1）与压缩机+电机控制器（集成DCDC）+OBC整体高度集成化

三、电控

电控技术主要涉及三个方向：电池控制、驱动控制、整车决策。

上图可以清晰地看到电控系统的功能组成，而这些功能主要是依靠硬件电路+软件算法来共同实现的。

我们分别来讲。

· 电池管理系统（BMS，Battery Management System）

可以把它简单理解为一个前线指挥部，负责前线每一个士兵（电池）的状态监控。在紧急情况下（电池触发最高级报警阈值时）拥有自主指挥权，但大多数时候，需要请求司令部（整车控制器VCU）进行决策。

其功能核心都是基于芯片、传感器、线束的组合来实现对系统内所有电池的电压、电流、温度信号采集，再根据特定的软件算法计算出电池的SOC、SOH等信息，并反馈给整车控制器VCU。

VCU综合判断整车状态与电池状态，进行输入、输出功率管控或强制关断，从而保护电池系统稳定、安全、可靠。

从硬件架构上区分，有两种形式：

1、集成式BMS；2、分布式（主从式）BMS。

集成式BMS，直接采集每一串电池的信号

分布式（主从式）BMS，由若干从机采集每串电池信息后汇总给主机

· 电机控制器（MCU，Motor Control Unit）

也叫逆变器（inverter），是狭义的“电控”，根据VCU的指令，控制电机的旋转状态，其接受动力电池输出的直流电能，逆变成三相交流电提供给电机运转，在电动汽车制动过程中又起到制动回收电能返回电池包的作用。通常由中央控制模块（主控电路板），功率模块（IGBT或SiC MOSFET），驱动控制模块（驱动电路板），各种传感器（电流、电压.、温度等）组成。

· 整车控制器（VCU，Vehicle Control Unit）

当之无愧的整车的大脑，负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等。主要由一个金属外壳+内部集成电路板+接口插件组成。

新能源汽车VCU示意图

遗憾的是，上述三种控制模块的硬件方面，比如BMS集成电路板上最为核心的电压采集芯片等部件，基本都是国外公司垄断，Maxim（美信，美国） / TI（德州仪器，美国） / NXP（恩智浦，荷兰） / ADI（亚德诺，美国）等；

又比如MCU里面的核心功率半导体IGBT（氮化镓&碳化硅是方向），全球市场份额基本被英飞凌(Infineon，德国)、安森美(OnSemiconductor，美国)、三菱(Mitsubishi，日本)、富士(Fuji，日本)、力特(Littelfuse，美国)和意法半导体 (STMicroelectronics，意大利、法国)等几家国际巨头占有；

再比如VCU，国内除少数几家规模较大的主机厂自行设计研发外，其他基本被博世（BOSCH，德国）、大陆（Continental AG，德国）、德尔福（DELPHI，美国）、电产（NIDEC，日本）等把持。

而软件算法层面，新能源汽车初期的电控技术基本都来源于传统汽车电控 ECU，而我国早先在汽车电子产业又属于严重落后。所以，现阶段的电控软件水平尚不够成熟，仍然处在高速发展、努力追赶的阶段。

电机技术（辅）与电控技术（主）水平的差距，可以直接反映在驱动效率上面，最终将会体现在整车电耗上：

2019年，国内上市的3款纯电动轿车，工信部百公里电耗对比

由上表可知，国内的纯电动轿车在车重有较大优势的情况下（车轻），百公里电耗仍然高于特斯拉Model 3。不得不说，这正是电机与电控技术水平的差距带来的驱动效率差别，从而反映在电耗上。

总结

得益于国内新能源汽车产业近几年的高速发展（补贴也好、放开限制外资也罢），我国新能源汽车三电技术已经取得令人瞩目的不错成绩，尤其动力锂离子电池几乎与国际巨头们平分秋色。但以高速轴承、硅钢片、自动化制造等为基础的电机技术，以功率半导体、芯片、软件等为核心的电控技术，仍然与世界先进水平有不小的差距。总体来说，仍然处于大而不够强的阶段。

来源：产业通讯