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新能源商用車(chē)輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展背景及產(chǎn)業(yè)鏈作用
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 凱博易控    2023-09-14

1、新能源商用車(chē)輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展背景

（1）新能源汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展概況

我國(guó)擁有全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量自 2013 年不足 2 萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)至 2022 年的 688 萬(wàn)臺(tái)，十年來(lái)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。在新能源乘用車(chē)輛取得巨大成果的背景下，不同領(lǐng)域商用車(chē)輛的新能源發(fā)展尚處于不同階段。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)新能源客車(chē)已形成了較為成熟穩(wěn)定的市場(chǎng)，根據(jù) GGII 統(tǒng)計(jì)，新能源公交車(chē)的滲透率已超過(guò) 70%。與此同時(shí)，我國(guó)的卡車(chē)以及非道路車(chē)輛市場(chǎng)整體空間大、新能源滲透率較低，正快速進(jìn)入新能源轉(zhuǎn)型發(fā)展階段。

（2）產(chǎn)業(yè)政策加速推動(dòng)卡車(chē)及非道路車(chē)輛的新能源轉(zhuǎn)型

應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型已成為世界范圍內(nèi)的共識(shí)?！疤歼_(dá)峰、碳中和”是我國(guó)的莊嚴(yán)承諾和重要發(fā)展目標(biāo)，國(guó)家部委至地方層面相繼出臺(tái)政策落實(shí)“雙碳”目標(biāo)。其中，綠色交通是“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，節(jié)能減排是“碳中和”政策重點(diǎn)，推廣新能源汽車(chē)是實(shí)現(xiàn)上述重點(diǎn)目標(biāo)的重要政策途徑。

在此背景下，新能源卡車(chē)及非道路車(chē)輛領(lǐng)域快速迎來(lái)政策機(jī)遇期。國(guó)務(wù)院《關(guān)于印發(fā) 2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》提出，大力推廣新能源汽車(chē)，逐步降低傳統(tǒng)燃油汽車(chē)在新車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)和汽車(chē)保有量中的占比，推動(dòng)城市公共服務(wù)車(chē)輛電動(dòng)化替代，推廣電力、氫燃料、液化天然氣動(dòng)力重型貨運(yùn)車(chē)輛。

工信部、發(fā)改委等部委聯(lián)合發(fā)布的《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》提出，要大力推廣節(jié)能與新能源汽車(chē)，開(kāi)展電動(dòng)重卡、氫燃料汽車(chē)研發(fā)及示范應(yīng)用：到 2030 年，當(dāng)年新增新能源、清潔能源動(dòng)力的交通工具比例達(dá)到 40%左右，商用車(chē)新車(chē)二氧化碳排放強(qiáng)度比 2020 年下降 20%以上。

發(fā)改委《“十四五”現(xiàn)代流通體系建設(shè)規(guī)劃》提出，大力推動(dòng)交通運(yùn)輸綠色低碳轉(zhuǎn)型。持續(xù)推進(jìn)交通運(yùn)輸領(lǐng)域清潔替代，加快布局充換電基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)在短途物流、港口和機(jī)場(chǎng)等領(lǐng)域推廣，降低交通運(yùn)輸領(lǐng)域能耗和排放水平。中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)《工程機(jī)械行業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出，加速對(duì)混合動(dòng)力、純電動(dòng)等新能源產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化推廣應(yīng)用，探索新型節(jié)能減排技術(shù)路線。

（3）新能源商用車(chē)輛注重綜合經(jīng)濟(jì)效益

在產(chǎn)業(yè)政策大力支持的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益的提升是商用車(chē)輛新能源轉(zhuǎn)型的深層推動(dòng)力。卡車(chē)及非道路車(chē)輛是國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的重要生產(chǎn)資料，以經(jīng)濟(jì)效益為目的，追求不斷提升運(yùn)營(yíng)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。

因此，作為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主體的終端用戶(hù)在選擇車(chē)輛購(gòu)置方案時(shí)，不僅需考慮購(gòu)入成本，還需綜合持續(xù)運(yùn)營(yíng)支出、維修更換成本、燃油（電耗）經(jīng)濟(jì)性、車(chē)輛可靠性和使用壽命、資金狀況等因素以測(cè)算全生命周期經(jīng)營(yíng)成本。上述因素決定了新能源商用車(chē)輛的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式和技術(shù)發(fā)展方向與新能源乘用車(chē)輛存在一定差別。

因燃油與用電價(jià)格的可觀差異，新能源卡車(chē)及非道路車(chē)輛在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中具有良好的成本優(yōu)勢(shì)。隨著充電基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)建設(shè)完善、換電模式的逐漸普及，以及混合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，新能源卡車(chē)及非道路車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)效益逐步顯現(xiàn)和放大，進(jìn)一步推動(dòng)了商用車(chē)輛的新能源發(fā)展進(jìn)程。

（4）新能源商用車(chē)輛“三電”及智能傳動(dòng)技術(shù)不斷發(fā)展

新能源商用車(chē)輛正全面走向技術(shù)路線多元化、能源形式多樣化的發(fā)展方向。包括動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制系統(tǒng)等三電系統(tǒng)是產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值的核心。其中，動(dòng)力電池作為能量來(lái)源，關(guān)系到車(chē)輛續(xù)航里程、使用壽命、駕駛安全等核心痛點(diǎn)；

高度集成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的核心，其系統(tǒng)方案、布置方案、動(dòng)力方案、傳動(dòng)方案等設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新，以及各項(xiàng)先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)乎了新能源商用車(chē)輛的動(dòng)力水平、能耗水平、碳排水平、可靠耐久以及全生命周期成本。

由于燃油與用電價(jià)格的差異，新能源商用車(chē)輛具備良好的能源成本優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，一方面，隨著三電技術(shù)的持續(xù)升級(jí)帶來(lái)的電池成本逐步下降，加之換電模式的推廣，新能源商用車(chē)輛的購(gòu)置成本有望逐步下降；另一方面，隨著運(yùn)營(yíng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累，車(chē)輛的動(dòng)力性能、能耗水平，以及關(guān)鍵零部件的可靠性、耐久性等車(chē)輛核心性能的重要性日益顯現(xiàn)，該等性能的提升將有效降低車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。隨著新能源車(chē)輛技術(shù)能力的不斷提升和下游應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，該等優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步顯現(xiàn)。

2、新能源商用車(chē)輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)鏈的地位和作用

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是新能源商用車(chē)輛的關(guān)鍵零部件，處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，上游主要為原材料供應(yīng)商，下游系包括新能源客車(chē)、新能源卡車(chē)及非道路車(chē)輛等商用車(chē)輛整車(chē)廠商等。具體情況如下：

3、新能源商用車(chē)輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行業(yè)的周期性特征

在“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，整體銷(xiāo)量及滲透率位居全球第一，商用車(chē)中的客車(chē)新能源滲透率已經(jīng)超過(guò) 70%，卡車(chē)及非道路車(chē)輛也快速邁向新能源轉(zhuǎn)型。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是新能源商用車(chē)輛的關(guān)鍵零部件，下游行業(yè)為新能源商用車(chē)輛整車(chē)廠商，總體受到國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)波動(dòng)、產(chǎn)業(yè)政策等因素的周期性影響。

4、新能源商用車(chē)輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行業(yè)技術(shù)水平及特點(diǎn)

在商用車(chē)輛新能源發(fā)展的早期階段，在補(bǔ)貼政策的激勵(lì)下，為快速完成新能源轉(zhuǎn)換，商用車(chē)輛廠商基于成本等因素，通常選擇直接沿用燃油車(chē)輛的整車(chē)布置，對(duì)車(chē)輛實(shí)施“油改電”。在普通道路工況下，單一電機(jī)搭配傳統(tǒng)變速箱的組合成為常規(guī)的動(dòng)力輸出方案。

隨著商用車(chē)輛新能源進(jìn)程的不斷推進(jìn)，尤其是重卡及非道路車(chē)輛領(lǐng)域電動(dòng)化、混動(dòng)化，傳統(tǒng)架構(gòu)下的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法較好匹配下游各應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)雜的道路工況，在動(dòng)力性能、續(xù)航、能（油）耗、換擋動(dòng)力中斷、控制策略及可靠性等方面尚有不足。

基于此，行業(yè)領(lǐng)先的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商不斷進(jìn)行研發(fā)布局及產(chǎn)品迭代，并積累了不同應(yīng)用領(lǐng)域豐富的車(chē)輛運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)著動(dòng)力系統(tǒng)朝著更優(yōu)性能、更高可靠性、更低的成本等方向發(fā)展?，F(xiàn)階段，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圍繞系統(tǒng)構(gòu)型、動(dòng)力系統(tǒng)、布置形式等方面不斷進(jìn)行技術(shù)革新，逐步形成以下主流技術(shù)方案：

（1）系統(tǒng)構(gòu)型方案

1）純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常僅由電池作為能量來(lái)源，向驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸送電能、經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳輸動(dòng)力，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)。在新能源商用車(chē)輛發(fā)展初期，受鋰電池能量密度、充電時(shí)間和續(xù)航里程的影響，純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要應(yīng)用于中短途及特定區(qū)域內(nèi)的運(yùn)輸。

2）混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)兩種或兩種以上能源的耦合轉(zhuǎn)換，相較于純電系統(tǒng)，混動(dòng)系統(tǒng)有效解決了續(xù)航里程短的問(wèn)題；相較于傳統(tǒng)燃油車(chē)輛，混動(dòng)系統(tǒng)則在減碳與節(jié)能方面具備明顯優(yōu)勢(shì)。

基于不同的新能源耦合方案、結(jié)合終端車(chē)輛的應(yīng)用領(lǐng)域，混動(dòng)系統(tǒng)方案采用不同的構(gòu)型設(shè)計(jì)，并搭載定制的控制策略，現(xiàn)已形成了包括串聯(lián)式混動(dòng)方案、并聯(lián)式混動(dòng)方案、混聯(lián)式混動(dòng)方案等創(chuàng)新技術(shù)。具體如下：

①串聯(lián)式混動(dòng)方案

串聯(lián)式方案下，發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與車(chē)輛驅(qū)動(dòng)工作，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，使發(fā)動(dòng)機(jī)最大限度的工作在高效區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)大功率能量回收。

②并聯(lián)式混動(dòng)方案

并聯(lián)式方案是在普通內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的基礎(chǔ)上加裝一套電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，也可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。當(dāng)動(dòng)力電池電量不足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)給電池充電。

③混聯(lián)式混動(dòng)方案

混聯(lián)式混動(dòng)方案具備串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型的特點(diǎn)，常見(jiàn)的混聯(lián)式混動(dòng)方案包括 ISG 混聯(lián)和 PS 行星排混聯(lián)。其中，行星排混聯(lián)采用行星排作為功率分流器件，構(gòu)型較為復(fù)雜、控制難度大、技術(shù)要求高，目前只有少數(shù)研發(fā)能力強(qiáng)、綜合實(shí)力突出的零部件廠商具備配套供應(yīng)能力。

（2）動(dòng)力系統(tǒng)方案

動(dòng)力系統(tǒng)方案包括無(wú)傳動(dòng)系統(tǒng)方案和有傳動(dòng)系統(tǒng)方案，有傳動(dòng)技術(shù)方案包括減速驅(qū)動(dòng)和變速驅(qū)動(dòng)方案，其中變速驅(qū)動(dòng)方案包括換擋動(dòng)力中斷和換擋動(dòng)力不中斷兩種類(lèi)型。

1）電機(jī)直驅(qū)

電機(jī)直驅(qū)方案下的主要特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)不通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，而直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行。電機(jī)直驅(qū)通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于低扭矩、工況相對(duì)簡(jiǎn)單的城市公路運(yùn)行，中小型純電客車(chē)、純電物流車(chē)采用電機(jī)直驅(qū)方案較為常見(jiàn)。

2）間接驅(qū)動(dòng)

新能源商用車(chē)輛由于運(yùn)行工況復(fù)雜，需兼顧“公路-非公路”、“輕載-重載”、“低速-高速”等全工況要求，需要匹配具有變速增扭功能的間接驅(qū)動(dòng)方案。常見(jiàn)的間接驅(qū)動(dòng)方案包括減速驅(qū)動(dòng)及變速驅(qū)動(dòng)。

①減速驅(qū)動(dòng)方案

減速驅(qū)動(dòng)方案的主要特點(diǎn)是高速電機(jī)和減速箱相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低、扭矩放大的效果。減速驅(qū)動(dòng)方案拓寬了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高效區(qū)間，提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重量，主要適用于對(duì)車(chē)輛行駛品質(zhì)、穩(wěn)定性、安全性等要求較高的一二線公交市場(chǎng)。采用該技術(shù)方案的國(guó)外廠商有西門(mén)子等公司，而國(guó)內(nèi)供應(yīng)商通常以直驅(qū)方案為主，以凱博易控為代表的少數(shù)廠商實(shí)現(xiàn)了減速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化。

②變速驅(qū)動(dòng)方案

減速驅(qū)動(dòng)方案無(wú)法較好滿(mǎn)足重型卡車(chē)和非道路車(chē)輛大載重、陡坡、顛簸等復(fù)雜工況的要求，變速驅(qū)動(dòng)方案則體現(xiàn)出較大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。變速驅(qū)動(dòng)方案采用電機(jī)與變速箱相結(jié)合

的方式，通過(guò)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)選擇不同速比，實(shí)現(xiàn)低速大扭矩、高速大功率的性能要求。變速驅(qū)動(dòng)是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于卡車(chē)和非道路車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)路徑，特別是高可靠性、長(zhǎng)壽命性的變速系統(tǒng)在卡車(chē)及非道路車(chē)輛領(lǐng)域有巨大的市場(chǎng)空間。

變速驅(qū)動(dòng)分為換擋動(dòng)力中斷方案和換擋動(dòng)力不中斷方案。在新能商用車(chē)輛發(fā)展初期，各公司通常對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)的變速箱進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，采用單一驅(qū)動(dòng)電機(jī)搭配傳統(tǒng)變速箱的動(dòng)力輸出方案，該方案存在換擋過(guò)程動(dòng)力中斷，在動(dòng)力、能耗、功率密度、系統(tǒng)可靠性等方面尚有不足，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜道路工況對(duì)換擋性能、動(dòng)力性能及驅(qū)動(dòng)效率的要求。與換擋動(dòng)力中斷方案相比，換擋動(dòng)力不中斷方案采用多個(gè)電機(jī)作為動(dòng)力源、并搭載先進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)換擋動(dòng)力不中斷，有效提升了新能源商用車(chē)輛面對(duì)復(fù)雜道路工況的換擋性能、動(dòng)力性能及驅(qū)動(dòng)效率。其中，凱博易控于業(yè)內(nèi)率先發(fā)布換擋動(dòng)力不中斷的 eDMT系列產(chǎn)品并逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，國(guó)外知名電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠商亦紛紛布局換擋動(dòng)力不中斷變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

（3）布置形式方案

商用車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用中央式布置方案。中央式驅(qū)動(dòng)布置方案的主要特點(diǎn)為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體布置于底盤(pán)中央，該系統(tǒng)通過(guò)傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈將動(dòng)力傳導(dǎo)至車(chē)輪。因與燃油車(chē)傳統(tǒng)動(dòng)力鏈布置方案類(lèi)似，因而中央式布置是當(dāng)前新能源商用車(chē)輛通常采用的方案。

變速電驅(qū)橋是中央式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成到驅(qū)動(dòng)橋的產(chǎn)品，極大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)動(dòng)力鏈，釋放了車(chē)輛底盤(pán)空間，減輕了整車(chē)重量，提升了車(chē)輛驅(qū)動(dòng)效率，使得純電重卡一體化底盤(pán)和氫能重卡一體化底盤(pán)的實(shí)現(xiàn)成為可能。