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新能源汽车自主供应能力调查 | 电驱:只能组装不能造?

时间:2019-07-22来源:电动汽车观察家 李媛媛

导语:在新能源汽车电驱动领域资深人士看来,材料和基础制造业薄弱、部分核心零部件和基础制造装备严重依赖进口,已经成为制约中国新能源汽车产业健康发展的一大问题。

某国产品牌新能源汽车电驱系统构成

 新能源汽车

高速轴承100%进口;

控制芯片100%进口;

高端电机复合轴要进口;

电磁线耐电晕绝缘原材料100%进口;

高精齿轮加工、磨齿、检测设备100%进口;

高转速电机动态测试设备、振动噪音测试仪100%进口;

电磁兼容测试装备、芯片晶圆和流片制造设备、电机定子自动嵌线设备要进口……

在新能源汽车电驱动领域资深人士看来,材料和基础制造业薄弱、部分核心零部件和基础制造装备严重依赖进口,已经成为制约中国新能源汽车产业健康发展的一大问题。

换句话说,离开进口、单靠国产,无法支撑起今日之中国的新能源汽车产业。

2018年,中国狭义新能源汽车销量已经超过全球总量的一半,是名副其实的新能源汽车产销大国。但庞大的产业链条之下,不少零部件企业苦于“完全空白无备胎”、“国产元器件质次、进口元器件价高”的困境,并仍处于随时可能被国外企业“卡住脖子”的隐忧当中。

差距虽然直接反映在三电系统、整车这样的应用端,根源却在新能源汽车、甚至传统燃油车产业链绕不开的基础工业材料和基础制造工艺领域。如果基础学科研究不扎实、基础制造业做不强,中国的新能源汽车产业就难以改变大而不强的局面。

那么,这些可能“卡脖子”的材料、元器件、技术和设备到底有哪些?相对薄弱的基础制造业,对中国新能源汽车零部件企业有何影响?

为回答这些问题,《电动汽车观察家》将推出系列报道,从电驱系统、动力电池、氢燃料、整车等领域,寻找中国新能源汽车基础制造业与国外先进水平的差距。本文将探讨电驱系统被“卡脖子”的诸多方面。

1

一致性差:

“2年找不到合格的国产电机轴供应商”

一致性差,是国产的汽车(包括传统燃油车和新能源汽车)材料和零部件最大的问题。几乎主要依赖进口的零部件,其国产产品的一致性都远低于进口产品。

某主流电机企业高层向《电动汽车观察家》介绍,汽车行业对关键零部件的成品不良率通常以PPM,即百万分之几计数,而国内电机复杂轴的成品不良率普遍较高,即便是相对可靠的产品,成品率连90%都达不到。

为降低成本,这家企业曾用2年时间,在国内寻找自主制造加工电机齿轮轴的供应商,但均由于成品率等质量不达标未果,目前仍然依赖进口。

电机企业的客户分布在国内外,进口电机轴给行业造成了极大的负担。一方面,花高价从国外进口电驱动系统的核心零件,导致成本攀升;另一方面,部分电机成品出口因往返物流、关税等原因,使本来应有的成本优势大打折扣。

如果出口美国,可能会因中美贸易争端而双向被征高额关税,两边挨打,造成一级供应商技术和成本优势丧失殆尽。

电机 

某国际品牌电动车用电机、逆变器

国产高速轴承、温度和位置传感器难与进口产品竞争,只是中国电机零部件受制于人的一小部分。占永磁同步电机成本比重较高的硅钢片,也长期存在国产产品一致性不过关等问题。国际某知名电动车企业的研发人员曾抱怨,在同样的设计和制造工艺条件下,用新日铁硅钢片制造的电机振动噪音明显低于用中国知名品牌硅钢片做的电机。

据上述资深人士介绍,不同于工业电机,汽车电机承受的温度、振动、速度、冲击等环境严苛得多,这就不仅要求硅钢片导磁性能好,而且强度等机械性能要高,并在此基础上尽量做薄,以满足高转速、低铁耗电机的需求。

目前,国内生产的硅钢片普遍厚度是0.30-0.35毫米,而特斯拉Model3电机硅钢片的厚度约为0.25毫米,保时捷电机采用的则是0.2毫米的硅钢片,国际高水平供应商已经将硅钢片厚度控制在0.15毫米以内。

高端硅钢片、电机轴等考验的是国家基础工业制造水平,薄膜电容膜材料、耐电晕电磁线材料、功率半导体的原材料等对进口的依赖,反映的则是中国基础工业材料和零部件、元器件工艺的薄弱现状。

2

缺材料、缺工艺:

最怕国外断供

“我们能做材料,却做不了材料的材料。”一位业内人士这样描述中国汽车电机材料对外依存状况。

以新能源汽车所用的薄膜电容为例,近年来,国产薄膜电容取得了较大进步,电动汽车百人会发布的课题报告《电驱系统产业链研究——下一代汽车全产业链研究》显示,中国企业法拉电子是世界上少数可以成熟生产2.5μm介质以下的薄膜电容器厂家之一。

电驱系统 

来源:《电驱系统产业链研究——下一代汽车全产业链研究》

但据该业内人士介绍,中国企业可以做薄膜电容,能做高质量薄膜的厂家却几乎没有,薄膜材料基本上也靠进口。一旦国外企业供货不足,国内的薄膜电容厂家就十分紧张,只能抓紧时间囤货。

而且,法拉这样能生产薄膜电容的企业屈指可数,其产能也难以满足国内新能源汽车多样化电控市场的需求。

同样,生产材料全部靠进口的还有高速轴承、耐电晕电磁线等。

上述资深人士表示,国产的轴承可以满足部分商用车需求,但国内所有高速轴承仍完全依赖进口。究其根源,国内尚无一家企业有能力做出满足工作温度-40°C到150°C的宽温变油脂。虽然部分企业已经开始攻关高速轴承技术,但还未走到量产验证阶段。

电磁线材料方面,中国可以生产铜线,但其表面包覆的耐电晕绝缘漆膜的原材料全部来自国外。

国内企业稀缺的不只是材料,还有先进的加工工艺。

永磁体占永磁同步电机成本的15%-25%左右,是电机产品的重要组成部分。但国内永磁体的成品率只能做到70%,而日本永磁体生产企业的成品率可以达到85%。

另外,作为重要的永磁体材料,钕铁硼表面需渗镝、渗铽,在增加矫顽力(使磁体难以被退磁的能力)的同时,减少重稀土用量。中国虽然占有全球30%-40%的稀土储量和85%左右的市场供应量,面对渗镝、渗铽等降本工艺,国内供应商也只停留在样品试验阶段,极少能做到批量生产。

3

功率芯片初破垄断,

控制芯片全面落后

如果说电机零件国产,解决的是“好不好”的问题,电控零件国产,则是要解决“有没有”的问题。上述资深人士甚至描述,打开一辆新能源汽车的电控装置,里面一个国产器件都没有。

电机控制系统的芯片部分粗略可以分为功率型芯片和控制型芯片。上述业内人士介绍,在功率型芯片领域,株洲中车时代电气、比亚迪和嘉兴斯达等厂商已经开始生产国产IGBT器件,但其安全性、可靠性、耐久性等试验认证还在迭代的路上。

《新能源汽车电驱动产业发展报告(2019)》一书也明确指出,IGBT器件的设计、制造及技术标准基本掌握在英飞凌、富士、三菱、I&R等国外少数几家功率电子器件生产企业手中,IGBT模块依赖进口,严重制约了中国产业发展。

2016年全球功率模块市场排名TOP10

功率模块 

数据来源:IHSMarket2017年报告

不论如何,国产IGBT算是有了零的突破,但控制性型芯片仍被国外企业垄断。

上述业内人士认为,车规级芯片和专有集成电路从开发、试验到产品制造以及制造试验装备全部依赖进口。这并非新能源汽车产业遭遇的新问题,而是自传统燃油车时代形成的历史问题,也是整个中国工业面临的挑战。

他指出,在新能源汽车产业兴起之前,英飞凌等老牌控制芯片企业就和国内的主流车企合作了几十年,并下设汽车电子事业部,专门开发个各种车规级的控制芯片。用极高的技术壁垒将国内许多刚刚起步的厂家挡在门外。

“这是历史延续问题,和新能源汽车没有直接关系。但是,随着新能源汽车产业的发展,这类问题变得越来越突出,影响了技术创新和中国的全球竞争力。”他评价道。

和控制芯片类似,由传统燃油车传导至新能源汽车的“卡脖子”问题,还包括变速箱、离合器、液压模块、高速齿轮、行星齿轮等。比如,上述资深人士介绍,近几年,国产驱动电机壳体进步不小,但材料、可靠性仍然不足,部分产品存在漏水、漏油等渗漏和密封等问题。

4

设备:

一台上千万,甚至几千万,

多少人买得起?

价格高昂的制造装备和测试设备、仪器仪表等,是许多中小零部件企业难以承受之重。

上述资深人士告诉《电动汽车观察家》,汽车制造的高端设备利润相当丰厚。以齿轮为例,齿轮制造是中国工业领域的传统弱项,齿轮的加工和检测设备100%依靠进口,比如,一台高精度磨齿机售价就达几千万元,很少有单一企业承担得起。

齿轮机 

瑞士Reishauer莱斯豪尔RZ60磨齿机

除此之外,新能源汽车对电机的性能要求高,高端电机的转速普遍能达到16000转/分以上,甚至达到20000转/分,而国内厂商只能生产10000转/分以下的电机动态测试设备,10000转/分以上的设备全部依赖进口。

另外,转矩测量仪、振动和噪音测试仪、高端功率分析仪,甚至恒温箱等精密测试仪器,国产能力非常有限。

5

如何逐步摆脱依赖?

面对如此多被“卡脖子”的材料、零部件/元器件、技术和装备,中国该如何做?

有观点认为,收购、“挖人”是最直接,且见效最快的摆脱垄断的方法。但上述业内人士反驳,“钱能解决的问题都不是问题,涉及整个产业链的工业基础和工艺绝不是砸钱就能获得的,倾一国之力都未必能实现。”

在他看来,技术含量相对较低,或市场利润不佳的技术,或许能通过收购得到。但高技术、高利润的垄断型零部件,比如功能型芯片、精密加工和测试仪器,收购之路不可能走通。

怎么办?

上述资深人士认为,首先,国家层面应定向扶持新能源汽车领域的技术创新项目,尤其是基础研究,而非像过去那样直接补贴终端产品。对有相关技术研发的企业,可以给予减税和补贴支持,允许企业试错、鼓励企业进行事关制造业基础和创新技术,但短期难以盈利的项目。

第二,新能源汽车行业要加强交流,尤其重视高校、科研院所研发成果的转换。这也有赖于政策制定者有战略眼光,重视材料、实验、基础元器件等远离应用端的基础学科研究,最大限度发挥基础研发对整个工业产业链的支撑作用。

第三,尊重人才、保护知识产权,改善高校和企业基础研发人员的学术环境和上升通道。

该人士谈到,国内某一流高校实验室是台湾富士康冠名的,其碳纳米管研究阶段性成果在韩国LG动力电池上试用,而本应近水楼台先得月的国内企业却未捷足先登。这也从某个侧面反映了中国企业创新嗅觉不灵、前瞻研发落后的部分现状。另一位高校教授正在研究的复合纳米管加铜项目,目标是将“复合超级铜”材料的载流、导热、耐温和强度等指标达到铜的数倍。类似的项目在美国被能源部列入新能源汽车电机系统重点发展的研发项目。诸如此类离应用和盈利尚远的项目和课题,理应受到我国政府和产学研诸方面同样的重视。

“现在,国内居然没有电气工程(ElectricEngineering)的一区期刊,研发人员的研究成果只能发布在美国等国际期刊上,为外国机构和企业所用。习近平主席号召科研工作者把论文写在祖国大地上,而我们的高等学府和科研院所却用在一区期刊上发表的文章考核教授和专家学者。这也许也是基础和创新与世界有差距的原因之一”。这位人士剖析道。“基础技术和产业链要像应用科学一样受到重视,关键技术和核心零部件创新要像补贴整车一样受到资助,中国的新能源汽车就会具有全球竞争力”。他对我国汽车产业充满了憧憬。

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