電動汽車電控系統市場競爭格局及產業機會
電控系統是電動汽車的“控制中心”
新能源汽車的動力系統包括電驅動系統與電源系統兩大類。電驅動系統包含電機、電控制器、減速箱,是驅動電動汽車行駛的核心部件;電源系統包含車載充電機(OBC)、DC-DC 轉換器和高壓配電盒,是動力電池組進行充電、電能轉換及分配的核心部件。
新能源汽車動力系統構成部件 資料來源:英搏爾2021年年報 電驅動系統主要由驅動電機、電機控制器和傳動總成組成。電機控制器的作用是基于功率半導體的硬件及軟件設計,對電機的工作狀態進行實時控制,使其按照需要的方向、轉速、轉矩、響應時間工作,主要由功率組件、控制軟件和傳感器組成。 電驅動系統組成 資料來源:精進電動招股說明書 電機控制器是新能源驅動系統能量轉換的關鍵零部件,是電動汽車的“控制中心”。電機控制器主要由塑料組件、控制板、阻容板、功率板以及散熱組件構成。 電機控制器主要構成圖 資料來源:英博爾招股說明書 第三方供應商與主機廠并存,國內廠商份額不斷提升 與傳統燃油車不同,新能源汽車市場起步較晚,供應商格局尚未穩定,因此電控系統市場機會較多,涌現了大量的參與者。 從市場集中度來看,2022年電控銷量前十的企業占據76.39%的市場份額,銷量前三的企業占45.36%的市場份額,行業集中度較高。從供應商類型來看,銷量前十的企業中有三家為主機廠,其中比亞迪旗下弗迪動力市場份額占29.7%,排名第一;特斯拉市場份額8.77%,排名第二;蔚來旗下蔚來驅動科技市場份額約4.16%,三者市場份額合計42.63%。其余七家均為第三方供應商,合計占33.77%的市場份額,份額較為平均。從內外資來看,銷量前十的企業中只有三家外資企業,分別是特斯拉、日本電產和聯合電子,三者合計份額約 18.87%;其余七家均為內資企業,合計份額占57.53%。 數據來源:NE時代 電控行業競爭格局激烈,比亞迪旗下的弗迪動力市場份額遙遙領先,部分企業常駐前十,甚至僅次于主機廠旗下供應商,如匯川聯合動力、陽光電動力等。 數據來源:NE時代 進入前十的第三方供應商多擁有長期緊密合作的主機廠,如日本電產與廣汽等,聯合電子與理想、長城、大眾、通用等,匯川與理想、小鵬等,中車時代電氣與長安、一汽、合創等。
從成本端看電控系統的電子元器件機會
以 IGBT 模塊的方案來看,電機控制器的成本可以分解為 IGBT 模組、控制電路板、驅動電路板、電機控制器殼體、電流傳感器、接插件、門驅動電路、電容等組件。其中 IGBT模組是電機控制器中最主要的零部件,其成本約占電機控制器總成本的 37%。 數據來源:旺財電機與電控 全球 IGBT 模塊市場競爭格局較為集中,國內廠商占比較低。據英飛凌數據統計,2021 年度 IGBT 模塊的全球市場份額排名中,全球前五大廠商占據 67%的市場份額,其中英飛凌以 33%的市占率占據領先地位,國內廠商斯達半導和中車時代電氣分別占據全球份額的 3%和 2%。 數據來源:英飛凌 通過梳理國內外電驅動廠商的驅動總成產品,橫向對比國內幾家廠商的驅動總成產品,可以看到,頭部企業的驅動總成產品在總成功率密度與效率上已經形成較大的優勢,其中英搏爾160kW 集成芯動力總成電驅動系統最高效率均已達到 93.5%,功率密度達到 2.38kW/kg。縱向對比國內和國外的電驅動總成產品,國內電驅動產品在總成功率密度與效率上等性能指標上已經不下于國外同行業產品,甚至部分指標實現了反超,國內電驅動廠商的技術已經實現了對外資電驅動廠商的趕超。 資料來源:各企業官網及公開資料 資料來源:公司公告 目前國內第三方供應商陸續開展全球化業務。其中精進電動海外客戶覆蓋 Stellantis、MAN、斯堪尼亞、大眾商用車,同時仍在積極拓展海外新能源汽車新勢力;巨一科技電驅動系統業務現有客戶覆蓋廣汽本田、東風本田以及海外造車新勢力 VINFAST,根據 2021 年公司年報,公司已成功拓展日本本田、韓國 MSA 等國際客戶。國內第三方逐步切入國際客戶,未來發展可期。 資料來源:各公司公告
電驅動系統集成化趨勢下,碳化硅電控成突破方向
電驅動系統集成化優勢顯著,未來趨勢明確。電機、電控和減速器構成的三合一驅動總成,以及 PDU、OBC、DC-DC 構成的三合一電源總成,是目前主要的集成技術路徑,相比于獨立零部件,三合一總成節省了接插件以及殼體等物料的使用,實現了重量和體積上的降低,從而在功率密度以及成本上更具優勢。此外,在三合一總成的基礎上可以實現進更深層次的集成,將三合一驅動總成和電源總成進一步集成為六合一電驅動總成產品。以英搏爾的六合一總成為例,三合一電源總成較單體零部件可以實現降本 500 元,六合一總成在三合一總成的基礎上可以實現降本 1000 元,合計降本 1500 元,電驅動系統集成化產品功率密度和成本優勢顯著,未來趨勢明確。 電驅動系統集成可以有效降本 資料來源:英搏爾公司公告 目前主流主機廠和電驅動系統供應商均已實現三合一驅動總成的量產。隨著汽車電子電氣架構的升級,電驅動系統下一步的集成化方向是將電源總成集成到三合一驅動總成中,域控制器方案是在多合一方案基礎上進一步集成 BMS 和 VCU。英搏爾的六合一總成是將三合一電源總成和三合一動力總成進行集成;華為的七合一總成是將六合一總成和 BMS 進行集成;比亞迪海豚更是實現了八合一的深度集成,將六合一總成和 BMS、VCU 進行集成。 多合一集成技術迭代 資料來源:蓋世汽車 隨著新能源汽車行業對電驅動系統的技術要求飛速提升,材料的迭代為重要突破方向。電機控制器的一大技術進步方向為硅基 IGBT 向碳化硅 MOS 迭代,與硅基器件相比,碳化硅器件具有體積小、功率大、頻率高、能耗低、損耗小、耐高壓等優點。根據意法半導體,在 400V 電壓平臺下,相較于硅基 IGBT,碳化硅功率件有 2-4%的效率提升;在 750V 電壓平臺下,碳化硅器件有3.5-8%的效率提升。 碳化硅與硅基電子元器件性能對比 資料來源:ROHM 數據來源:IDTechEx 事實上,越來越多的高端車型已采用碳化硅電控。1)車企角度,2021 年奧迪 e-tron GT 與福特 Mach E、特斯拉 Model S 等新車型也紛紛采用了碳化硅器件。2021 年 10 月,通用汽車與 Wolfspeed 簽訂了碳化硅供應協議,在原材料上搶先布局。國內車企也不斷布局碳化硅,比亞迪發布了碳化硅車系平臺 e-Platform 3.0,小鵬 G9、蔚來 ET7 等采用碳化硅電控的車型也有望在 2022 年交付。2)供應商角度,根據精進電動招股說明書,公司采用全 SiC 模塊,可以使控制器的功率提高 20kW 同時使其重量減少 6kg,逆變器尺寸縮小 43%。根據英搏爾,碳化硅電機控制器的損耗下降了5%,電驅動系統整體 NEDC 平均效率提升 3.6%,整車 NEDC 續航提升 30km、增幅達 5.8%。
