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聚焦新能源汽车,展望汽车用硅钢

一、《规划》与新能源汽车发展目标

《新能源汽车产业发展规划(2021- 2035年)》近日正式出炉,《规划》指出,要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引,坚持新发展理念,以深化供给侧结构性改革为主线,坚持电动化、网联化、智能化发展方向,以融合创新为重点,突破关键核心技术,优化产业发展环境,推动我国新能源汽车产业高质量可持续发展,加快建设汽车强国。

规划四大发展目标:

1、《规划》提出,到2025年,纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里。

2019款新能源汽车电量与续航里程对照表

数据来源:汽车之家

车身尺寸越大的车型,电池越大,能耗也越高;车身尺寸越小的车型,相对来说是比较省电的,但是由于电池较小的原因其续航能力较弱,以上10款车型平均电耗为17.5千瓦时/百公里,相比规划12.0千瓦时/百公里目标仍有较大差距,需要新的技术突破。

2、到2025年,新能源汽车销售占比到20%左右。在《节能与新能源汽车技术路线图(2.0版)》中新能源汽车到2025年占汽车总销量的20%左右,2030年占30%以上,2035年占50%以上。

数据来源:中国汽车工业协会

数据来源:中国汽车工业协会

就目前我国新能源汽车占汽车销量来看,其比例5%不到,与2025年占比20%相差甚远,政策领导下的新能源汽车将迎来长久的发展。

3、2021年起,国家生态文明试验区、大气污染防治重点区域的公共领域新增或更新公交、出租、物流配送等车辆中新能源汽车比例不低于80%。

4、高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用。到2035年,纯电动汽车成为新销售车辆的主流,公共领域用车全面电动化,燃料电池汽车实现商业化应用,高度自动驾驶汽车实现规模化应用,有效促进节能减排水平和社会运行效率的提升。

传统的新能源汽车以补贴扶持为主,行业发展状况参差不齐,近些年补贴力度不断下降,实力不足的车企逐渐被淘汰。在电耗12.0kWh/百公里的强制性目标下,新能源车全面进入产品驱动力时代,在产品驱动力下,车企将不断提高技术,加强核心竞争力,推出新产品占领市场,从而提高新能源车的渗透率。

二、新能源汽车规划部署的五项任务

1、提高技术创新能力。坚持整车和零部件并重,提出要深化“三纵三横”研发布局,强化整车集成技术创新;提升动力电池、新一代车用电机等关键零部件的产业基础能力;加快建设共性技术创新平台,推动电动化与网联化、智能化技术互融协同发展。

2、构建新型产业生态。提出要以生态主导型企业为龙头,1)加快车用操作系统开发应用;2)建设动力电池高效循环利用体系;3)强化质量安全保障;4)推进智能化技术在新能源车关键环节和全产业链的深度应用,进而推动形成互融共生、分工合作、利益共享的新型产业生态。

3、推动产业融合发展。推动新能源汽车与能源、交通、信息通信全面深度融合,促进能源消费结构优化、交通体系和城市智能化水平提升,构建产业协同发展新格局。

4、完善基础设施体系。加快推动充换电、加氢等基础设施建设,提升互联互通水平,鼓励商业模式创新,营造良好使用环境。

5、深化开放合作。践行开放融通、互利共赢的合作观,深化研发设计、贸易投资、技术标准等领域的交流合作,积极参与国际竞争,不断提高国际竞争能力。

《规划》要求,要充分发挥市场机制作用,促进优胜劣汰,支持优势企业兼并重组、做大做强,进一步提高产业集中度。落实新能源汽车相关税收优惠政策,优化分类交通管理及金融服务等措施,对作为公共设施的充电桩建设给予财政支持,给予新能源汽车停车、充电等优惠政策。2021年起,国家生态文明试验区、大气污染防治重点区域的公共领域新增或更新公交、出租、物流配送等车辆中新能源汽车比例不低于80%。

《规划》强调,要充分发挥节能与新能源汽车产业发展部际联席会议制度和地方协调机制作用,强化部门协同和上下联动,制定年度工作计划和部门任务分工,抓紧抓实抓细规划落实工作。

三、新能源汽车电机发展与要求

目前新能源汽车突破关键核心技术:一是提高提升动力电池,二是车用电机等关键零部件的产业基础能力。其中电机的升级,不仅能在提升汽车动力的同时,还能增加续航能力,电机效率的提高有着深远的意义。

电动汽车三大核心部件-电池、电机、电控

目前电机主要分为三类:直流电机驱动系、永磁同步电机驱动系、交流感应电机驱动系。最早应用于电动汽车的是直流电机,主要特点是控制性能好、成本低,现已广泛用于电动代步车,新能源汽车主要以永磁电机和感应电机为主。

三种类型电机对比

不同车企根据材料的稀缺性选择电机。我国稀土资源丰富,国产新能源汽车绝大部分使用永磁同步电机,其功率密度和效率比感应电机高。国外由于永磁材料-钕铁硼资源稀少,欧美车系均采用交流感应电机,感应电机相比永磁电机成本较低、转速范围广、功率大,在技术的快速迭代下两者都有广泛的应用前景。

EV电机的技术发展围绕车辆需求展开的,以车辆需求推动电机发展。市场上车辆需求分为五个部分:

EV电机的高功率密度、高效性是今后发展的重要方向,而其中硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料,成本大概占电机本体的20%左右,其性能影响了驱动电机的功率与效率表现。为此,新能源汽车电机用硅钢需要具备低铁损、高磁感、高抗拉强度等要求。

新能源汽车对驱动电机和铁芯材料的要求

数据来源:西莫电机

四、新能源汽车电机与硅钢选材

1、驱电电机对硅钢的要求

我国硅钢产业起步较晚,从仿制到自主研发付出了巨大艰辛,汽车用硅钢与日本等国家还有一定差距。我国目前能够量产0.20mm-0.35mm厚度的全系列汽车硅钢产品,基本满足满足新能源乘用车与客车的使用需求。

电机的性能一方面要求效率高,即为了获得电池最大的续航能力,需要高磁感硅钢;另一方面需要更大的转速,高转速下引起的高频率会增加铁损的消耗,以及随着转速的增加,转子的应力也会增加,因此,需要低铁损、高强度硅钢。

2、无取向硅钢厚度与铁损的关系

电机中铁芯损耗主要分为:磁滞损耗、涡流损耗,其中磁滞损耗正比于磁滞回线的面积,即与频率成正比的;涡流损耗和频率的平方成正比和厚度的平方成正比、和电阻率成反比。由于电机的高转速需要高频率,所以降低磁滞损耗基本不可能。而涡流损耗可以从厚度和电阻率两个方面进行改善,一是材料往薄规格方向发展,越薄涡流损耗越少;二是材料里加硅增加电阻率减少涡流损耗。

国内外典型薄规格无取向电工钢产品磁性能和力学性能

国内外高强度无取向电工钢产品典型性能

数据来源:新能源汽车用高牌号无取向电工钢的研究现状及发展趋势

由表1可知,在厚度减薄的情况下,硅钢的高频铁损有较大的降低;表2可知,当硅钢在拥有足够高的屈服强度下往往会表现出较大的铁损,高屈服强度和高频低铁损往往不可兼得。这与新能源汽车电机用硅钢同时需要具备低铁损、高磁感、高抗拉强度等要求形成对比:在铁损较低的情况下,追求良好的磁性能和力学性能是今后电机发展的方向。

数据来源:西莫电机

目前驱动电机的选材主要是从转速和频率的角度来考虑硅钢的厚度,转速越高、频率越高硅钢就越薄。

五、汽车用硅钢市场展望

国内以宝武钢、首钢、鞍钢、太钢、新钢等钢厂为代表率先加入新能源汽车用硅钢的研发,由0.35mm厚度不断减薄为0.20mm。但国内目前尚未有主要钢厂能够多批量生产0.15 mm及以下的薄规格无取向硅钢,并且《规划》对当前新能源汽车电耗有了更严格的要求,更薄规格的无取向硅钢无疑需求前景十足。前瞻性钢厂已经布局新能源汽车驱动电机用无取向硅钢市场,加大研发投入,占领新能源汽车电机硅钢的市场。

新能源汽车厂商与钢厂采取战略合作,以直供的方式进行采购。市场上汽车用硅钢流通量较少,贸易商们鲜有参与。而在政策的引领下,薄规格汽车用硅钢型号将更加丰富,产能、产量也将逐步扩大。届时会由封闭市场变为开放市场,为贸易商们带来更多的投资机会,在钢厂积极布局新能源汽车硅钢的同时,贸易商也应积极应对,提前进入赛道,占领流通市场。

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