新能源汽车三电系统技术
发展趋势
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( OBC )
新能源汽车的动力系统包括电驱动系统与电源系统两大类
电驱动系统包含电机、电控制器、减速箱，是驱动电动汽车行驶的
核心部件；电源系统包含车载充电机（OBC）、DC-DC 转换器和高
压配电盒，是动力电池组进行充电、电能转换及分配的核心部件。
电驱动产业链涉及环节较多，可以概括为零件—总成—系统—整车
厂四大层级。上游零部件包括永磁体、硅钢体、功率模块、电容、
传感器等，这一级的玩家对在整车产业链中属于“三级供应商”。
在零部件基础上进一步设计组装得到电机总成、电控总成与传动总
成，这一级的玩家可以称为车企的“二级供应商”；各个单独总成进
一步集成为电驱动系统供货于车企，这一级玩家为行业“一级供应
商”。
电控系统
电控系统是新能源汽车的控制中枢，其重要性不言而喻，电控技术
在新能源汽车产业初期发展缓慢，近年来突飞猛进、快速发展，特
别是新材料在这一领域的应用尤为突出，以往的新能源汽车普遍采
用 IGBT 功率模块，近年来新兴的碳化硅开始应用于纯电动车型，
特斯拉、英飞凌、比亚迪、三菱、日 立、中车时代等全球各大
IGBT 生产商都在积极研发新能源汽车的碳化硅功率模块，2018 年
特斯拉Model 3 纯电动轿车开始陆续换装碳化硅功率模块，成为全
球首款搭载碳化硅功率模块的新能源车型，此外比亚迪、蔚来等整
车企业已经开始陆续使用碳化硅功率模块，显著提升电控系统的整
体效率和使用寿命，进一步降低能耗，是电控技术未来的发展趋势。
DM-i超级混动技术
混合动力汽车虽然可以有效解决长途出行的里程焦虑问题，但馈电
情况下甚至高于同级燃油车的能耗成为一大诟病，加之普遍高于同
级燃油车的售价，使其处境尴尬，销量长期停滞不前。
2021年1月比亚迪发布 DMI（Dual Mode Intelligent）超级混动技术
，史无前例地取消了燃油动力总成中的变速箱，取而代之的是单速
减速器，使用自研的骁云发动机，其热效率高达43%。
DMI 系统主要依靠大功率高效电机进行驱动，发动机的主要任务是
在高效转速区间发电，并在合适的时机直接驱动车辆，使其轻松实
现馈电情况下的超低油耗，比亚迪 DMI 车型在馈电状态下的100
km油耗普遍低至4 L左右，彻底颠覆之前的高油耗，这一显著成效
不仅依靠高效发动机，电控系统在其中同样发挥了重要作用。
这一革命性技术一经发布，立即引发业界震动，DMI 车型上市后订
单积压、供不应求，立即成为市场热销车型，促进混合动力汽车的
整体销量。此外理想 ONE、岚图 FREE、金康赛力斯等增程式车型
层出不穷，增程式电动汽车的电控技术同样更新换代，持续热销，
混合动力汽车市场由于革命性的技术突破重新开始繁荣。
电机控制器：IGBT 掣肘，单管并联纾困
电控系统通过电机控制算法发出信号驱动电机转动，进而控制整个
车辆的动力输出。电控系统可分为主控制器和辅助控制器：1）主控
制器控制汽车的驱动电机；2）辅助控制器控制汽车的转向电机、制
动器、空调等。我们本文重点讨论的电控系统主要指主控制器，主
要由控制板（接受整车控制器的信号指令，运行电机控制算法，发
出控制指令给功率板）、功率板（接受控制板指令，频繁通断
IGBT/MOSFET，控制电机转动）、壳体等组成，在控制器中，控制
电路板、功率电路板成本主要在于 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、
MOSFET（功率场效应晶体管）、MCU（微控制器）、电源芯片等
半导体器件。
电控开发需要从硬件、软件两方面协同进步。类似电机，电机控制
器的核心指标同样为功率密度、效率，软硬件的优化也是围绕这两
大核心主题展开。
1）硬件角度，功率半导体单管并联方案将具备高性价比优势，或
成 A 级以下车型主流硬件配置；而模组方案凭借更高可靠性，在中
高端车型占据核心地位。器件方面，碳化硅逐步渗透。
2）软件角度，需要在可拓展性、易维护性、功能安全性等方面的
不断提高。功率半导体 IGBT 占电控成本比重较高，主要参与者为
国外功率半导体巨头。功率板的核心器件 IGBT 模块，占到电控总
成本高达 37%。
功率半导体在新能源汽车中的应用可分为模组&单管并联这两种路
线，两者有各自适用的场景。模组为高度集成的功率半导体产品，
保证了电控成品的可靠性&良率高，同时降低了系统设计的复杂度。
以 IGBT 为例，由于车规级功率半导体主要被英飞凌等外资占据，
其往往提供特定参数规格的标准 IGBT 模组，然而模组参数往往不
能很好适配具体需求，因此标准模组在不同功率的驱动电机控制系
统中容易出现容量受限、结构安装等问题。
若采用多个 IGBT 单管并联（通过复合母排、冷却装置等部件一同
封装），则可以根据不同车型灵活设计冗余量，并且单管成本显著
低于模块，在成本要求较高的A 级以下车型使用得更为普遍。但多
个 IGBT 单管并联时，由于各单管参数的分散性、输出电流的不一
致性，可能使系统可靠性较差，整个 IGBT 模组寿命也会缩短，对
企业技术、制造能力考验大，故中高端 B 级以上车型通常使用可靠
性更强的模组路线。碳化硅功率器件可显著提高电控效率、功率密
度等性能。碳化硅材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和迁移
速率高等性质，相比硅基 IGBT，碳化硅元器件体积更小、频率更
高、开关损耗更小，可以使电驱动系统在高压、高温下保持高速稳
定运行（硅基IGBT 只能在 200⁃以下的环境中工作）。
根据意法半导体，在 400V 电压平台下，相较于硅基 IGBT，碳化硅
功率件有 2-4%的效率提升；在 750V 电压平台下，碳化硅器件有
-8%的效率提升。除了电机控制器外，碳化硅器件在 OBC、
DC/DC、无线充电等“小三电”中也有应用。例如，欣锐科技早于
2013 年正式将 Wolfspeed 的碳化硅方案应用于 OBC 产品，2021 年
为比亚迪 DMi 车型提供碳化硅电源类产品。目前制约碳化硅器件应
用的主要因素为成本，伴随着未来碳化硅产业链的发展完善，相关
器件应用渗透率将稳步提升。
软件：电控的进步体现在可拓展性、易维护性、功能安全性等方面的
不断提高。
1） 可拓展性：电控软件开发通常会使用 AUTOSAR 工具链（B 级及
以上车把 AUTOSAR 作为“标配”）。AUTOSAR（AUTOmotive Open
System Architecture，汽车开放系统架构）是由全球各大汽车整车厂、
汽零供应商、汽车电子软件系统公司联合建立的一套标准协议，旨在
有效地管理日趋复杂的汽车电子软件系统。AUTOSAR 规范的运用使
得不同结构的电子控制单元的接口特征标准化、模块化，应用软件具
备更好的可扩展性、可移植性，缩短开发周期。
2） 易维护性：是指在软件后续使用过程中，及时实现远程更新升级
与性能优化。OTA（Over-the-Air）技术可以降低维护成本，创造新的
收入来源，目前已经在汽车行业包括其控制器总成上持续推广。
3） 安全性，电驱动系统的控制器总成对新能源汽车的动力输出进行
直接的调节控制，是保证安全性的重要一环。在汽车行业逐步引入
ISO26262 标准之后，基于功能安全的车用软件开发对电控软件提出
了新的要求。
驱动电机
驱动电机直接驱动车辆行驶，是新能源汽车的核心组成部分，驱动
电机由于在起步阶段就可以释放出最大扭矩，使新能源汽车加速性
能远超同挡次的燃油车，但驱动电机在后程高速阶段中转矩快速衰
减，单一齿比也使其极速普遍不如同挡次燃油车。
近年来驱动电机技术在功率、布置、系统方面持续革新：早期的单
台驱动电机输出功率普遍不足80 kW，随着生产工艺和技术水平的
日渐成熟，驱动电机输出功率逐步提升，到 2018 年时普遍在
120kW 左右，2019 年上市的保时捷 Taycan 纯电动轿跑的后电机功
率最高达 350 kW，刷新当时驱动电机的最高功率纪录。
由于驱动电机体积小、无需变速箱，可以在车身内布置多个驱动电
机，目前大部分在售新能源车型普遍采用单/双电机配置差异化销售，
丰富不同价位的产品线，部分车型甚至布置 3 个驱动电机，进一步提
升性能。
永磁同步电机和交流异步电机各有自身的优缺点，近年来整车企业
开始将这两种驱动电机组合使用，以达到优化综合性能的目的，特
斯拉、蔚来等企业已经推出永磁同步电机和交流异步电机混合搭载
的车型，综合性能较之前车型有明显提升，驱动电机今后的技术会
更加多元化提升。
扁线电机
驱动电机主要由定子组件、转子组件、端盖和辅助标准件组成，而
定子绕组中又包括铁芯、铜线绕组、绝缘材料，定子绕组中采用扁
铜线，先把绕组做成类似发卡一样的形状，穿进定子槽内，再在另
外一端把发卡的端部焊接起来。
扁线电机与圆线电机的区别在于铜线的成形方式，扁线有利于电机
槽满率的提升，一般圆线电机的槽满率为 40%左右，而扁线电机的
槽满率能达到 60%以上，槽满率的提升意味着在空间不变的前提下
可以填充更多的铜线，产生更强的磁场强度，功率密度显著提升，
扁线之间接触面积大，相比于圆线电机，扁线电机热导性能更好，
温升更低，有数据显示扁线电机温升比圆线电机低 10%左右，另外
扁线电机还可以通过节省端部铜材的方式提升铜线利用率，从而达
到降低成本的目的。
总体来看，相比于圆线电机，扁线电机效率更高、体积更小、重量
更轻、成本更低，是未来驱动电机的必然发展趋势。
近年来汽车企业开始逐步使用扁线电机替代圆线电机，早在 2007 年
雪佛兰 Volt 就开始使用 Hair-Pin（发卡式扁线电机），2013 年日产
在其电动汽车产品上使用过扁线电机，2015 年丰田第四代普锐斯开
始装配扁线电机，随着普锐斯的销量攀升，扁线电机开始得到规模
化应用，之后上汽、长城、保时捷、东风、宝马、大众、比亚迪、
吉利等企业相继在旗下车型装配扁线电机，未来扁线电机将进一步
取代圆线电机，成为新能源汽车驱动电机主流。
集成式电机总成
传统的驱动电机独立于动力电池和电控系统，动力电池将电能传输
给电机驱动车辆，并由电控系统进行控制，各个部分分工协作，保
证车辆整体的稳定运行，但分体独立式结构的缺点同样十分明显，
特别是驱动电机和电控系统的分离会占据车内更多空间，动力电池
相对只能减少布置，同时增加质量，无法进一步增加的电池容量加
之更大的车辆质量会减弱其加速和续驶里程，近年来这一劣势愈发
明显。
针对这一问题，相关企业开始研发整合驱动电机和电控系统的多合
一集成式电机总成，既节省车内空间又减轻车辆质量，最为重要的
是使集成式电机总成进一步提高传动和控制效率，提升车辆整体性
能 。 近年来精进电动、方正电机（FDM）、华为等企业已经推出
相关产品，比亚迪在 平台推出全球首款八合一电机总成，集成
驱动电机、减速器、驱动电机控制器、高压配电箱（Power
Distribution Unit）、高低压直流转换器（Di⁃rect Current-Direct
Current converter）、车载双向充电器、整车控制器（Vehicle
Control Unit） 以 及 电 池 管 理 系 统 （Battery Management System
），将综合效率 从86%提升至 89%，使 100 km 电耗比同级车降低
10%，实现更快的加速和更长的续驶里程，随着集成式电机技术的
逐步成熟，采用这一结构的车型会日渐增多。
扁线电机、高压电机带来新机遇
电驱动系统在新能源汽车成本中占比仅次于电池。电驱动系统（电
机、电控、减速器）是新能源汽车动力总成的关键部件，相当于传
统燃油车发动机的作用，直接决定整车的动力性能。其成本占比仅
次电池，占比绝对值因新能源汽车品牌、车型而异。驱动电机主要
技术路径聚焦在永磁同步电机&交流异步电机上。永磁同步电机与
交流异步电机的主要区别点在于转子结构，永磁同步电机会在转子
上放置永磁体，由磁体产生磁场；而交流异步电机则是由定子绕组
通电产生旋转磁场。
功率密度、效率（高效率区间）是衡量电机性能的关键指标：1）
功率密度越大代表着相同功率下的电机体积更小，有利于节省空间
&制造成本；2）效率越高，说明电机端损耗越小，相同电池容量下，
新能源车续航里程更长。
永磁同步电机为目前应用最多的电机类型，异步电机在高端车型双
电机配置下会有部分使用。相比交流异步电机，永磁同步电机功率
密度更高、高效区间更宽、质量更轻。
交流异步电机在高速中应用性能更优，同时具有成本优势（稀土永
磁材料成本较高，同功率的永磁同步电机价格更高），目前配套多
以高端车型、双电机方案为主 (蔚来 ES8 是前永磁同步+后交流异步，
特斯拉 Model Y 2021款采用前感应异步+后永磁同步)。
多电机在高端车型中应用有所增加，故单车配套电机数也随高端市
场占比而变化。相比单电机，双电机可以显著提高汽车的加速性能
与续航能力。同时，双电机多意味着四驱系统，可以提供更好的附
着力，从而提高安全性能。近年来，在高端车型中双电机的应用不
断增加，特斯拉、蔚来、奥迪、大众、奔驰都陆续推出搭载双电机
的车型。而在法拉第 FF91 和荣威 MarvelX 中更是使用了三个电机。
随着新能源汽车性能提高，对驱动电机也提出了更多要求。从性能
角度出发，更好的驾驶体验通常需要电机具有更低成本、更高效率、
更高功率密度、更长寿命等。为了解决这些问题，电机技术也在不
断革新。其中，扁线、高压电机、油冷电机近年关注度比较高，对
于提升电机功率密度、提升效率降低损耗具有显著作用。
扁线：可有效提高电机功率密度，减少铜损耗以提升效率。
1）功率密度高：相较于传统的圆线绕组电机，扁线电机将圆形导线
换成矩形导线，因此相同面积的定子线槽可以塞进更多面积的导线，
进而提高功率密度。
2）效率高、损耗小：铜损耗在电机损耗里占比达 65%，因此为提
高电机效率，需采用更合理的定子绕组，从而降低铜耗。
此外，扁线截面更粗使得电阻相对更小，铜导线发热损失的能量也
越小。而且扁线电机的端部尺寸短 5-10mm，从而降低端部绕组铜
损耗。
3）重量、NVH 等方面也存在优势。
发卡电机为应用最广泛的扁线技术，产线投资高，产业化仍处于前
期阶段。根据线圈绕组方式差异，扁线电机可分为集中绕组扁线电
机、波绕组扁线电机与 Hairpin（发卡）扁线电机，其中发卡电机
应用最为广泛。
相对圆线电机，扁线电机无法进行手工制造、自动化要求较高——
绕组制造过程非常复杂，需要先将导线，制作成发卡的形状，然后
通过自动化插入到定子铁芯槽内，然后进行端部扭头和焊接。
雪佛兰和丰田开启扁线电机应用先河，近年来渗透率不断提升。
2007 年，雪佛兰VLOT 采用的电动汽车中就有发卡式扁线电机，其供
应商为雷米。2015 年，丰田发行了装载扁线电机的第四代普锐斯， 其
电机供应商为 Denso。
在扁线电机更高的效率加成下及内外资电机厂商批量化工艺的成熟，
近年来其应用不断增加。此外，在高端车型中，搭载扁线电机数量
也开始从原来的单电机增加到双电机。例如，保时捷首款纯电动跑
车 Taycan 便采用了三电机。
高压：缩短充电时间、提高电机效率以延长里程的重要措施。
纯电乘用车电压通常在 200-400V 之间，在同等功率下，当电压从
400V 提升到 800V 后，线路中通过的电流减少一半，产生的功率损
耗更小，从而可以提高充电效率、缩短充电时长，进而改善新能源
汽车使用体验。
同时，工作电流的减少将降低功率损耗，继而可以进一步降低同样
行驶里程中的电量消耗，从而延长汽车里程数。
2021 年为我国 800V 高压快充元年，行业发展有望加速。
主流车企如比亚迪（e 平台）、理想、小鹏、广汽（埃安）、吉利
（极氪 001）、北汽(极狐)等车企纷纷布局 800V 快充技术，我国
800V 高压快充行业进入发展加速期。
油冷：采取合理的电机热管理设计可以进一步提升功率密度。
电机的功率极限能力往往受限于电机温升极限，因此提高电机冷却
散热能力可以快速提高功率密度，同时防止永磁体在高温时发生不
可逆的“退磁”。目前常用的冷却方式为水冷，但其无法直接冷却 热
源，热量传递路径长、散热效率低；相较于水冷，油冷的优势在 于
油品具有不导电、不导磁、绝缘等性能，因此可以直接接触热源，
形成更安全的热交换，提高散热效率。故相同的绕组绝缘等级下，
油冷电机可以承受更高的绕组电流，长期工作功率更高。
减速器--单挡路线为主，两挡减速可以期待
电机高速化趋势明显，带动减速器向两挡减速方向发展。减速器是
影响电驱动系统整体 NVH 性能的关键。按照传动等级分类，减速
器可以分为单级减速器、两挡减速器以及两挡以上减速器。在电机
高速化的趋势下，减速器正在经历从单级到多挡的产品演变过程。
目前，丰田普锐斯和特斯拉 Model 3 电机转速均已达到了17900rpm
，国内车企转速略低，但基本也都达到了 16000rpm， 下一步规划
便是 18000-20000rpm，电机高速化性能的提升需要相应的高性能减
速器来配套。
单级减速器结构简单、成本较低、体积小，因此目前仍为主流应用。
但在高转速区间，单挡减速器由于传动比单一，在最高或最低车速
以及低负荷条件下，电驱动效率会下降，浪费电能而减少行驶里程，
此外减速器高转速时会带来 NVH 等问题。
两挡减速器在混动车中率先应用，纯电动车应用可以期待。相较于
单挡减速器，两挡减速器一方面使驱动电机在更高效的区域运行，
从而提升驱动系统效率。另一方面，采用两挡减速器后，传动比可
以做到更高，汽车动力性随之增加、减少百公里加速时间。此外，
采用两个挡位后，驱动电机可以更加小型化、低速化，从而降低电
机及电控的成本。目前，采埃孚、GKN、麦格纳、Taycan 等企业均
已推出两挡减速器产品。
集成化：1+1+1＞3，深度集成方兴未艾
1+1+1>3，电驱动由最初“结构集成”向“深度系统集成”演进， 集成
化“多合一”总成产品成为主流趋势。
以往动力系统的电机、电控、电源多单独采购，根据其电气、机械
结构进行集成组装；随着新能源汽车零部件要求不断提高，“多合
一”总成产品通过巧妙设计将电机、电控、减速器、电源“深度集成
”，减少彼此间的连接器、冷却组件、高压线束等部件。
“多合一”集成式系统相比分体式产品的优势主要体现在以下方面：
1）性能优：降低了各部件之间连接部位的效率损耗，提高整车的
NVH 性能，从而提高了集成系统的可靠性；
2）成本低：集成式电驱动系统可以减少车内部的高压线束、连接
器数量，节约线束与连接器成本，从而使集成式系统更具有经济性。
3）省空间：集成式产品体积小、重量轻，有利于节省车内空间。
集成化电驱动系统渗透率不断提升。现有集成产品以“三合一”为
主，集成度更高的“多合一”新产品也在不断问世。同时，OBC、
DC-DC、PDU 等充配电系统集成产品应用也不断增加，结合电驱
系统集成产品将形成集成度更高的多合一平台。
华为 DriveOne“七合一”电驱动系统打造多合一集成新标杆，比
亚迪和上汽变速器也陆续推出多合一产品。
1）华为七合一系统集成了 MCU、电机。
减速器、DC-DC、 OBC、PDU、BCU 七大部件，具有开发简单、适
配简单、布置简单、演进简单等优势。相较于“三合一”，该产品体积
减少 20%、重量减轻 15%。此外，华为 DriveOne 系统可 实现 7dB
的超静音，并具有 80%NEDC 效率，提升整车驾驶体验。根据 NE 时
代新能源，华为“三合一”电驱动总成已在长安 CS- GXNEV 和赛力斯
SF5 两款车型中得到应用，但目前其七合一产品还没有在整车中的应
用案例。
2）比亚迪“海豚”八合一系统即成立VCU、BCU、PDU、DC-DC、
OBC、MCU、电机、减速器八大部件；
3）上汽变速器&威迈斯的七合一系统集成电机、电控、减速器、
OBC、DC-DC、PDU、BCU 七大部件。
小结
新能源汽车技术发展决定着其产业的整体发展走向，碳中和目标使
新能源汽车技术发展进入到一个新的阶段，呈现出以下的趋势。
1） 低碳节能趋势明显
新能源汽车技术发展初期主要以提高电机功率和续驶里程为主，但
由于电池能量密度提升缓慢，制造成本居高不下，出众的加速能力
又无法在城市出行场景中完全发挥出来，使新能源汽车在综合性能
方面优势不明显，而价格又明显高出同级别燃油车，使其处境尴尬，
早期销量提升缓慢。
近年来相关企业在进一步提升能量密度和电机功率的同时研发出更
加先进的电控系统和集成式电机以降低能耗，实现续驶里程的提升，
此外碳化硅、扁铜线等环保高效的新材料的应用使新能源汽车核心
零部件生产过程中的碳排放量显著降低，碳中和目标促使新能源汽
车企业在生产过程和最终产品这两方面都在向低碳节能的方向发展。
2） 智能化趋势明显
新能源汽车由于结构简单、电子设备较多，十分适合智能化和自动
化，近年来人工智能、自动驾驶、远程网联等智能化技术开始广泛
在新能源汽车领域应用，新能源汽车的智能化水准快速提升，目前
可以实现远程联网操控车辆、即时OTA系统升级、L3级别自动驾驶
等智能化技术，新能源汽车已不再是简单的交通工具，而是可以与
驾乘者沟通并为其提供舒适便捷服务的可移动空间。
