新能源汽車的出現，讓一切都變了。
曾幾何時，在傳統燃油車中屬於配角的電機，搖身一變，成了新能源車的核心部件；在燃油車也不可或缺的電控，在新能源車中被委以更多重任。
但電機電控的處境卻更加艱難。當我們談論動力電池時，比亞迪和寧德時代首屈一指，可是放眼電機和電控市場，又有誰敢說坐穩了江山？一方面，在續航這一剛需面前，三電技術難被一視同仁。目前，動力電池佔據了整車50%的成本，留給電機電控的成本進一步被壓縮；另一方面，新能源車對電機電控的要求遠高於傳統燃油車，中國在這兩個領域本就先天不足，要想在全新的賽道上領跑，何其艱難。
政策補貼的熱潮即將過去，大浪淘沙下，中國的新能源車用電機電控，正在面臨一場前所未有的「大考」。
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瞄準下一代電機，帶動產業鏈共同成長
在2018年的電動汽車百人會上，全國政協副主席萬鋼指出，我國新能源汽車驅動電機峰值功率密度達到了4kW/kg。這對於華域電動而言，並不是什麼難題，但背後的千難萬險卻鮮為人知。
在新能源車驅動電機市場，無論是整車廠、汽車零部件企業還是工業電機轉型企業，都要從頭開始。
與傳統的工業電機相比，新能源車電機雖然原理相同，但作為燃油車發動機的替代，對其功率密度、轉速、NVH和成本等要求都非常高，其性能直接決定了電動汽車的爬坡、加速、最高速度和舒適性等主要性能指標。可以說，新能源車驅動電機是一條隨新能源汽車發展而出現的全新賽道。
作為中國四大汽車集團之一，上汽早在十年前就開始新能源驅動系統核心技術開發的布局。在驅動電機領域，由於整車對電機高效率、高功率密度和高轉速的需求，原有的工業電機難以滿足要求，因此只能對驅動電機重新研發。
2014年，上汽（下屬華域集團）和航天科工合資成立華域電動，藉助其在軍工領域高速電機研發的經驗，開發滿足整車需求的新能源驅動電機。以上汽E50純電動車型為平臺，試水研發設計驅動電機，成功量產並配套E50車型，得到市場廣泛認可。
但市場的挑戰遠比想像中要大的多。本世紀初，在工業領域圓線電機是主流，但在新能源驅動電機領域，考慮到功率密度等因素，華域電動最終確定了扁線（HAIR-PIN）電機這一全新的技術路線。直到現在，也只有日本和歐美等少數知名電機供應商具備扁銅線電機的設計和量產能力。
事實證明，華域電動的這一戰略選擇是正確的。不久後，國內開始大力發展純電動車，在政策驅動下，很多電機配套企業匆忙上馬，將傳統工業電機進行簡單的技術改進，完全沒有考慮到新能源汽車電機的使用環境，這會大大縮短其使用壽命，且易造成局部過熱、線路短路等危險情況。不說隱患，就是性能上也難以相比較。
真正好的電機，一定是需要長期的技術積累、嚴謹的設計和仿真，然後通過試製、測試，最終才能走向批量生產。
華域電動技術中心總監李永兵介紹說，扁線電機與圓線電機的區別在於銅線的成形方式。扁線電機，顧名思義就是定子繞組中採用扁銅線，先把繞組做成類似發卡一樣的形狀，插進定子槽內，再在另外一端把發卡的端部焊接起來。和圓線相比，扁線電機槽滿率更高，即相同的定子槽內可以填充更多的銅線，減小損耗，提升電機的效率和功率密度。扁線之間接觸面積大，相比圓線電機，扁線電機熱導性能更好，溫升更低。有數據表明，裝備扁線電機的電動車比圓線電機續航裡程能夠提升1%。從10年使用周期來看，這一數據優勢極大。
「從設計角度，國內的電機設計能力與國外相差不大，但在材料和製造工藝方面存在較大的差距。」李永兵認為，目前，扁線電機已經公認是下一代車用驅動電機的主流，但之所以沒被推廣開來，主要原因是少有企業能夠突破核心的扁銅線製造和扁銅線電機量產工藝。
李永兵說，與圓線相比，扁銅線在製造過程中會出現掛漆不均勻和開裂等情況，影響後續的零件加工和電機的整體絕緣性能。
按道理，扁線加工是上遊供應鏈的事情，華域電動考慮更多的應該是產品的設計和量產。但在國外供應鏈對國內封鎖的情況下，國內找不到一家可以生產合格汽車級扁銅線材料的企業，華域電動只能從源頭開始，扶持供應鏈企業一同開發。兩年多時間裡，華域電動與漆包線廠、漆廠共同圍繞材料、配方、工藝等方面反覆試製，驗證過程中報廢的銅線就以噸計。
直到2017年3月，終於取得突破，在國內率先量產了扁銅線電機，成為國內第一家掌握扁銅線設計和製造技術的企業；在全球緊隨日立和LG等企業，成為能夠進行批量生產扁銅線電機的國際一流廠家；也是國內目前唯一一家能夠批量生產扁線電機的企業。
在華域電動扁銅線加工技術突破沒過幾個月，原本全面封鎖的國外扁銅線供應鏈宣布對內開放。「說明他們已經拆解過我們的電機，證明已經突破了他們的技術壟斷。」言辭間，李永兵自信滿滿。
但是，量產扁銅線電機，要突破的遠不止扁銅線材料。
製造設備才是電機產業鏈的核心環節。日本設備製造企業擁有世界上頂級的扁銅線電機製造技術，但供應鏈同樣對國內封鎖。華域電動通過和國內製造設備供應商6個多月的調試攻關，終於完成了半自動化扁線生產設備的突破。
目前，華域電動四層扁線電機的全自動化生產線已投產，扁線電機的出貨量達到12萬臺，其產品在上汽榮威MARVEL X、榮威ERX5等車型上均有應用。更可喜的是，華域的電機產品通過了通用全球產品評估測試，成為國內第一家進入其輔驅電機全球供應鏈的企業。
李永兵透露，和歐洲相比，華域新一代扁線電機技術水平與其基本同步，和日本差距已經縮短到2-3年。更難能可貴的是，在這樣一個全新的技術路線中，華域電動不僅自身成為行業的先行者，還帶動了上遊高端供應鏈的成長，這對國內整個新能源汽車產業貢獻都是巨大的。
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電機電控集成化：一切為了成本
新能源汽車電控分為整車控制、電機控制和電池管理系統等細分領域，其中整車控制系統在傳統燃油車中發展已經很成熟，電機控制系統的標定和設計往往和電機密不可分，根據匹配電機的不同，需要開發不同的電控系統技術平臺。
「真正懂電機才會有更性能更好的驅動電機，懂電機的廠商才能完全發揮電機的性能。」李永兵說。依託先進的驅動電機技術，2014年年底，華域電動又開始批量生產電機控制器，客戶包括上汽乘用車、上汽大通、眾泰汽車、九龍汽車等。
華域電動技術中心總監李永兵
電機控制器本質上是逆變器，控制器將電池輸送過來的直流電電能，逆變成三相交流電給電機供電。其次控制器接受電機轉速以及溫度等信號，並將這些信號以及控制器本身的信號（電壓、電流、溫度等）反饋到VCU（整車控制器），可以通過儀表進行顯示。控制器接收VCU的轉矩或轉速指令，來控制電機相應的輸出。
華域電動技術中心硬體設計經理馬嶺說，電機控制算法是控制器的核心之一，通過對電機電流、電壓、轉速、溫度等狀態進行實時監控，驅動電機的轉速、轉矩和轉向進行控制。同時也可以通過發電模式，將整車動能轉換成電能對動力電池制動充電，一定程度上提高了電動車的能量利用率。此外電磁兼容（EMC），扭矩精度，響應速度等也是衡量電機控制器的關鍵指標。並可同時對動力電池的輸出進行相應控制，很大程度上決定了電動車的能量效率。此外電磁兼容（EMC），扭矩精度，響應速度等也是衡量電機控制器的關鍵指標。
其中，EMC對整車運行可靠性特別關鍵，作為控制電機的核心系統，一旦被磁場幹擾，或者幹擾到別的部件正常工作，後果不堪設想。與傳統汽車相比，電動汽車電磁環境複雜的多，車內電子電氣部件佔據極大比重，電磁兼容性問題與整車可靠性密切相關，尤其是隨著智能網聯化發展，相應傳感器和電子元件將會大幅增加。目前，華域電動的新一代控制器算法標定程度和聯電的電機控制器差別不大，電磁兼容達到主流整車廠對零部件廠商所提的等級三要求。
而在上海電驅動總經理貢俊看來，未來集成化供貨能力或將成為主機廠選擇電驅動供應商的重要指標。「從目前的電驅動供應商陣營來看，大多數本土電驅動供應商主要從事電機或電控單一產品的研發製造，缺乏系統集成能力。」
上海電驅動作為最早研發「三合一」電驅動系統的公司，為長安提供電驅動產品。據貢俊介紹，上海電驅動早在3年前就已經研發出「二合一」產品，隨著技術的深入和驗證的不斷完善，又研發出「三合一」電驅動產品，且成功解決了NVH噪聲振動難題，目前已獲六家主機廠產品定點，同時還有20多家主機廠在商談，包括現代、雷諾和塔塔汽車等。
貢俊認為，隨著新能源汽車技術的不斷發展，集成電機、電機控制器和減速器的「三合一」產品是目前的主流趨勢。通過集成化設計，一方面可以簡化主機廠的裝配，提高產品合格率；另一方面可以大規模縮減供應商數量，還可以達到輕量化、節約成本等目的。單純的電子部件集成和機械部件集成不能解決成本、電磁兼容等根本性問題。
具體來看，首先，「三合一」系統省去了3根高壓連接線，這一塊成本少則數百元，多則上千元；其次，因為連接電機逆變器的三相線電流大，省去三相線，不僅大大降低了系統線損銅耗，而且節省了成本；再者，電機逆變器的連接線實際上是系統的最大幹擾源，省去連接線能大幅度減低系統的EMI；同時，裝配便利，主機廠原本需要裝配三個部件，現在只需要一個即可。
目前國內大多數電機及電控企業正在由單一產品供應商向「電機+電控+減速器」的動力總成提供商轉型，但大多數還在研發、測試階段。未來，隨著規模效應的充分發揮，國內電驅動產業在「三合一」技術上的正向開發能力和核心技術將進一步突破，甚至還有廠商提出「多合一(包含電機+減速器、電機控制器、充電機、支流變換器、高壓分線盒、部分整車控制器)」的集成方案。
與國內企業單純的「三合一」電驅動方案有所不同的是，博世、博格華納、採埃孚等國際零部件巨頭則推行將電機、電控、減速器及功率電子模塊等部件，與傳統車橋相結合，形成一個高度集成化的電驅動橋產品，使得整個電驅動總成系統具備成本更低、體積更小、效率更高等優勢。
據了解，傳統車橋是一種機械產品，但由於集成了電機和電控部分，電驅動橋的難度係數直線上升，涉及的技術範圍更廣，技術要求更高。現階段，儘管大多數企業的電驅動橋方案還未實現大規模運用，但是以博格華納、GKN為代表的部分企業的電驅動橋產品已經得到了成功應用。
而在電控領域，單一控制器也將逐步被集成化「車輛中央控制器」所取代。
在聯電，面向未來的電子電氣架構的域控制器（XCU）已在研發之中。隨著汽車的電子電氣架構正在被新能源汽車重構，新增的電池組、驅動電機、變速箱（減速器）、動能回收系統等，整車電子控制系統需要承擔的責任也將更加複雜。
「當前單一的汽車電子電氣架構不能滿足以上需求，需要轉變為以域控制器為核心的電子電氣架構。」熊偉銘說。所謂的域控制器，指在汽車乙太網架構中的幾個核心控制系統，「一輛車中不可能塞滿了控制器，未來會形成幾個域控制器分別控制相關功能的趨勢。」而這其中就會牽扯到面向服務的車載作業系統、面向服務的通訊協議、高計算性能晶片車載應用等關鍵先進技術。從2016年開始，聯電啟動域控制器XCU項目，預計2020年量產，將為整車客戶的新能源和智能網聯戰略提供有力支持。
通過集成化，新能源電機電控將進一步降低重量和成本，而這也將成為未來零部件企業的核心競爭力之一。
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電控零部件之殤難解
在電機領域，中國既有稀土永磁體原材料的先天優勢，也有下一代技術路線的前瞻布局。而反觀電控領域，核心零部件自主化的缺失，越來越成為制約我國新能源汽車產業發展的絆腳石。
在電子控制系統中，IGBT（絕緣柵雙極型電晶體）模塊應用十分廣泛。IGBT不僅在新能源汽車充電時起著交直流轉換的作用，還要在行駛時將電池輸出的直流電轉換成交流電供給電機，同時還需要實時調控全車電壓。另外，IGBT可以根據油門輸入大小以及車輛的狀態調節整車輸出功率。
一個無法繞開的業界現實是，IGBT技術成熟的好壞直接影響電動車功率的釋放速度——直接控制直、交流電的轉換，同時對交流電機進行變頻控制，決定驅動系統的扭矩（直接影響汽車加速能力）、最大輸出功率（直接影響汽車最高時速）等。因此，IGBT又被稱為電力電子裝置的「CPU」——儘管一塊IGBT模塊只有巴掌大小，卻是駕馭一臺龐大裝備的「命脈」。其成本大約佔電機控制器總成本的40%以上，佔整車成本的7%～10%，是電動車裡除電池外最昂貴的部件。
遺憾的是，從根本上決定電控系統整體技術水平的IGBT，長期以來成為制約我國新能源汽車的大規模商業化的一座「珠穆朗瑪峰」。
據介紹，IGBT晶片製造工藝非常複雜，僅有指甲大小，但卻要在其上蝕刻幾十萬個微觀結構電路。它的設計難度尤其高，涉及參數多達十幾個。此外，在晶圓製造工藝上，需要將晶圓減薄到120um（約兩根頭髮絲直徑）的厚度，再進行10餘道工序加工。一個零點幾微米的微塵掉落在晶圓上，都會造成一顆IGBT晶片失效。
據相關數據顯示，2018-2025年期間，在新能源汽車及相關產業帶動下，中國IGBT市場規模共計超過1200億元。但目前全球只有英飛凌和三菱等極少數廠家可以生產，我國90%以上的IGBT都依賴進口，其中英飛凌在國內的新能源汽車用IGBT市場所佔份額高達７成。
據知情人士透露，上汽某款新能源車在擴大產能時，就被英飛凌卡了脖子，IGBT模塊供應遲遲跟不上。也因此，上汽痛定思痛，大力投入和培養相關領域的三級及以上供應商，從基礎開始研發。
但時間不等人，為保障供應鏈，去年3月，上汽集團和英飛凌宣布成立合資企業—上汽英飛凌汽車功率半導體，從去年下半年開始批量生產IGBT模塊。通過與核心企業合資的方式，保證了電池和電控相關核心零部件的穩定供應，為後續搶佔市場份額做足了準備。雖然只是封裝環節，核心的IGBT晶片依然由英飛凌直接提供，但至少在IGBT自主化方面，上汽已經邁進了一大步。
看到車用IGBT危機的不只是上汽，比亞迪也試圖撬動這道「壁壘」。據了解，作為中國第一個實現車規級IGBT大規模量產的本土企業，截至2018年11月，比亞迪累計申請IGBT相關專利175件，其中授權專利114件。
突破是有的，但差距依然明顯。IGBT目前已經發展到7.5代，第7代由三菱電機在2012年推出，三菱電機目前的水平可以看作7.5代，我國目前依然停留在第三代水平上。
此外，由於新能源汽車中IGBT等大功率電力電子器件不僅對性能要求高，同時對可靠性的要求也很嚴苛，期望壽命一般為二十年以上，功率循環上萬次甚至百萬次以上，且需要在不同的環境和氣候下工作。我國車用IGBT技術才剛剛起步，晶片和模塊在國內尚未完全成熟，還有很長一段路要走。