新能源汽車電機電控系統(tǒng)介紹
新能源電動汽車性能還有巨大的提升空間,大家往往最關(guān)注電池,作為決定電動汽車性能的關(guān)鍵部件,本文詳細說說電機電控。
一、電機電控的重要性
新能源汽車作為傳統(tǒng)燃油汽車的替代品,其主要電氣系統(tǒng)即為在傳統(tǒng)汽車“三小電”(空調(diào)、轉(zhuǎn)向、制動)基礎(chǔ)上延伸產(chǎn)生的電動動力總成系統(tǒng)“三大電”——電池、電機、電控。其中,電機、電控系統(tǒng)作為傳統(tǒng)發(fā)動機(變速箱)功能的替代,其性能直接決定了電動汽車的爬坡、加速、最高速度等主要性能指標。
同時,、電控系統(tǒng)面臨的工況相對復雜:需要能夠頻繁起停、加減速,低速/爬坡時要求高轉(zhuǎn)矩,高速行駛時要求低轉(zhuǎn)矩,具有大變速范圍;混合動力車還需要處理電機啟動、電機發(fā)電、制動能量回饋等特殊功能。此外,電機的能耗直接決定了固定電池容量情況下的續(xù)航里程。因此,電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)在負載要求、技術(shù)性能和工作環(huán)境上有特殊要求:
其一,驅(qū)動電機要有更高的能量密度,實現(xiàn)輕量化、低成本,適應有限的車內(nèi)空間,同時要具有能量回饋能力,降低整車能耗;
第二,驅(qū)動電機同時具備高速寬調(diào)速和低速大扭矩,以提供高啟動速度、爬坡性能和高速加速性能;
第三,電控系統(tǒng)要有高控制精度、高動態(tài)響應速率,并同時提供高安全性和可靠性。
電機電控系統(tǒng)作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán),其技術(shù)、制造水平直接影響整車的性能和成本。目前,國內(nèi)在電機、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠落后于電池,部分電機電控核心組件如IGBT 芯片等仍不具備完全自主生產(chǎn)能力,具備系統(tǒng)完整知識產(chǎn)權(quán)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)仍是少數(shù)。隨著國內(nèi)電機電控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善,電機電控系統(tǒng)的國產(chǎn)化率逐步提高,電機電控市場具有的增速有望超過新能源汽車整車市場的增速。
電池、電機、電控在新能源汽車中的應用
此外,隨著整車車體結(jié)構(gòu)輕量化的推進,電池、電機、電控系統(tǒng)在新能源汽車整車中的成本占比也逐漸上升。根據(jù)Argonne 國家實驗室統(tǒng)計數(shù)據(jù),新能源汽車動力總成(電機、電控、變速器)的成本分別占整車成本的15.67%(轎車)和13.69%(小型貨車),總成占比僅次于電池和BMS 系統(tǒng)。在新能源汽車補貼逐步退坡的政策驅(qū)動下,動力總成成本、重量下降的壓力將逐步向上傳導至電機、電控產(chǎn)品廠商,具備技術(shù)、規(guī)模優(yōu)勢的供應商將在成本下降的過程中占據(jù)優(yōu)勢。因此,電機電控市場仍然在很大程度上影響新能源汽車市場的走向。
二、永磁同步、交流異步電機成為驅(qū)動電機主流技術(shù)
電動機在工業(yè)中的應用非常廣泛,功率覆蓋范圍寬,種類也很多。但由于新能源汽車在功率、轉(zhuǎn)矩、體積、質(zhì)量、散熱等方面對驅(qū)動電機有更高的要求,因此,相比工業(yè)電機,新能源汽車驅(qū)動電機必須具備更優(yōu)良的性能,如:小體積以適應車輛有限的內(nèi)部空間,工作溫度范圍寬(-40~1050C),適應不穩(wěn)定的工作環(huán)境,高可靠性以保證車輛和乘員的安全,高功率密度以提供良好的加速性能(1.0-1.5kW/kg)等,因此驅(qū)動電機的種類相對較少,功率覆蓋也相對較窄,產(chǎn)品相對集中。
新能源汽車驅(qū)動電機的分類
目前,應用于新能源汽車的驅(qū)動電機主要包括直流電機、交流電機和開關(guān)磁阻電機三類,其中在目前乘用車、商用車領(lǐng)域應用較為廣泛的電機包括直流(無刷) 電機、交流感應(異步)電機、永磁同步電機、開關(guān)磁阻電機等。其他特殊類型的驅(qū)動電機包括輪轂/輪邊電機、混合勵磁電機、多相電機、雙機械端口能量變換器( Dmp-EVT),目前市場化應用較少,是否能夠大規(guī)模推廣需要更長時間的車型驗證。
(1)交流異步電機,也稱為感應電機( Induction Motor),在定子繞組中輸入三相交流電,定子繞組中的勵磁電流在定子鐵芯中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場, 此時轉(zhuǎn)子繞組中有感應電流通過并推動轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動。當轉(zhuǎn)子帶有機械負載時,轉(zhuǎn)子電流增加,由于電磁感應作用,定子繞組中的勵磁電流也增加。 交流異步電機控制器采用脈寬調(diào)制( PWM) 方式實現(xiàn)高壓直流到三相交流的電源變換,采用變頻器實現(xiàn)電機調(diào)速,采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制的快速響應,滿足負載變化特性的要求。
交流異步電機的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單,定子轉(zhuǎn)子無直接接觸,運行可靠性強,轉(zhuǎn)速高,維護成本低。 不足之處在于能耗高,轉(zhuǎn)子發(fā)熱快,高速工況下需要額外冷卻系統(tǒng);功率因數(shù)低,需要大容量的變頻器,造價較高,調(diào)速性較差。 目前,交流異步電機主要用于空間要求較低、且速度性能要求不高的電動客車、物流車、商用車等車型中。
(2)永磁電機( Permanent Magnetic Motor) 包括永磁同步電機(正弦波)和永磁無刷直流電機(方波)兩大類,其轉(zhuǎn)子均由永磁材料制成, 定子采用三相繞組,輸入調(diào)制方波產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場帶動永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。永磁同步電機的優(yōu)點在于其較大的轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動效率,具有高功率密度和寬調(diào)速范圍,且沒有勵磁損耗和散熱問題,電機結(jié)構(gòu)簡單,體積比同功率的異步電機小 15%以上;其缺點在于高速運行時控制復雜,永磁體退磁問題目前難以解決, 電機造價較高。目前,永磁同步電機主要應用于體積小,且速度、操控性能要求較高的電動乘用車領(lǐng)域,部分中小型客車亦開始嘗試使用永磁電機作為驅(qū)動源。 永磁無刷直流電機則一般在小功率電動汽車、低速電動車領(lǐng)域應用較為廣泛。
(3)開關(guān)磁阻電機( Switched Reluctance Motor)的定子和轉(zhuǎn)子鐵芯均由硅鋼片疊壓而成,利用沖片上的齒槽構(gòu)成雙凸極結(jié)構(gòu), 定子產(chǎn)生扭曲磁場,利用“磁阻最小原理”驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。 開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)和控制簡單、出力大,可靠性高,成本低,起動制動性能好,運行效率高,但電機噪聲高,但轉(zhuǎn)矩脈動嚴重,非線性嚴重,在電動汽車驅(qū)動中有利有弊,目前電動汽車應用較少。
(4)直流電機( DC Motor)通過在定子主磁極上繞制勵磁線圈并通以直流電以產(chǎn)生磁場,轉(zhuǎn)子電樞繞組也通以直流電,通電繞組置于磁場中輸出電磁轉(zhuǎn)矩拖動負載運行。直流電機控制器一般采用晶閘管脈寬調(diào)制方式( PWM),控制性能好,調(diào)速平滑度高,控制簡單,技術(shù)成熟,且成本較低。直流電機的缺點是需要獨立的電刷和換向器,導致速度提升受限;電刷易損耗,維護成本較高。直流電機多用于早期的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng),目前新研制的車型已經(jīng)基本不再采用。
不同類型電機的性能對比
目前, 新能源汽車所使用的電機以交流感應電機和永磁同步電機為主。其中, 日韓車系目前多采用永磁電機,轉(zhuǎn)速區(qū)間和效率相對都較高,但是需要使用昂貴的系統(tǒng)永磁材料釹鐵硼;歐美車系則多采用交流感應電機,主要原因是對于稀土資源匱乏,以及降低電機成本考慮,其劣勢則主要是轉(zhuǎn)速區(qū)間小,效率低,需要性能更高的調(diào)速器以匹配性能。 特斯拉公司在其本代車型 Model S 和 Model X 上均采用的是自行設(shè)計的交流感應電機。
國外新能源汽車適配電機類型
我國稀土資源豐富, 因此電動乘用車多采用功率性能高、體積較小的永磁同步電機。 根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù),2016 年上半年,我國純電動汽車產(chǎn)銷量分別達到 13.4 萬輛、12.6 萬輛,同比分別增長 160.8%、 161.6%。上半年生產(chǎn)純電動乘用車約 70000 輛,其中永磁同步電機的裝機占比約為 65.7%,比 15 年同期增長 21.25 個百分點,比 15 年全年增長了 19.99 個百分點。
同期,國產(chǎn)新能源乘用車用交流異步電機的市場分額在逐漸減小,從 2015 年上半年的 35.1%下滑至 2016 年上半年年的 32.9%;而混合勵磁同步電機的占比則從 0.03%上升至 1.10%,盡管絕對占比仍相對較小,但裝機率有望保持小幅穩(wěn)定的增長態(tài)勢,未來有可能在純電動乘用車領(lǐng)域率先獲得突破性進展。
2015-2016 年國產(chǎn)純電動乘用車電機裝機量變動情況
電控系統(tǒng)集成化是未來發(fā)展趨勢
電機控制器在傳統(tǒng)汽車的車載電機中已有應用,通過功率半導體、微處理器等電力電子器件,采用中低壓變頻等方式實現(xiàn)對車用空調(diào)壓縮機、轉(zhuǎn)向助力泵電機等進行調(diào)控的功能。電動汽車電機控制器作為控制電動汽車驅(qū)動電機的設(shè)備,通過接收整車控制器和控制機構(gòu)(制動踏板、油門踏板、換擋機構(gòu)) 傳送的控制信息,對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向進行控制,并可同時對動力電池的輸出進行相應控制。
目前,部分“多合一”的電控產(chǎn)品已經(jīng)在電動汽車中投入應用,同時集成了傳統(tǒng)汽車分立的空調(diào)壓縮機、轉(zhuǎn)向助力泵電機、氣泵電機控制器,以及混合動力車型中采用的 BSG/ISG 電機等。 隨著微芯片在整車及總成控制中的應用逐步廣泛,多合一電控產(chǎn)品的成本有望進一步下降,單一控制器將逐步被集成化“車輛中央控制器”所取代。
電控系統(tǒng)在新能源汽車中處于核心地位
電控系統(tǒng)的設(shè)計和標定與電機系統(tǒng)相關(guān)程度較高,根據(jù)匹配電機的不同,電控系統(tǒng)需要開發(fā)不同技術(shù)平臺。早期的直流電機一般采用脈寬調(diào)制( PWM)斬波控制的方式進行控制,控制手段相對單一,應用也有局限性。隨著感應電機和永磁電機的大量使用,電控系統(tǒng)的復雜程度迅速上升, 矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)成為電控產(chǎn)品的技術(shù)主流,電動乘用車的普及對于電機和電控系統(tǒng)的集成程度要求也越來越高??梢灶A見的是,未來電機與電控企業(yè)的業(yè)務(wù)交叉程度將逐步提高, 可提供電機電控一體化動力總成產(chǎn)品的企業(yè)將有助
于整車企業(yè)進一步降低車重和成本,將具有更大的競爭力。
不同類型電機采用的電控方式
國產(chǎn)替代勢在必行, 電機電控行業(yè)加速整合
作為新能源汽車“三大電”之二,相比動力電池行業(yè)的快速發(fā)展以及高關(guān)注度,國內(nèi)電機電控行業(yè)則相對“低調(diào)”。我們認為, 電機電控行業(yè)受市場關(guān)注度低于電池主要是兩方面原因:其一, 新能源汽車電機電控產(chǎn)業(yè)基本與國內(nèi)電動汽車市場同步啟動,整車企業(yè)對于電動汽車的研發(fā)、采購、生產(chǎn)和銷售等流程都處于探索和完善階段, 對于電機電控配套行業(yè)的標準和體系也尚未成型;
其二,鋰電池在 3C 等領(lǐng)域應用有近 20 年歷史,行業(yè)形成了相對完整的技術(shù)標準和產(chǎn)品體系,轉(zhuǎn)用為動力電池有一定的參考和借鑒,而新能源汽車電機與工業(yè)電機技術(shù)路線和要求差別較大,專業(yè)企業(yè)中很大一部分仍為 10 年以內(nèi)的創(chuàng)業(yè)型企業(yè),行業(yè)尚未形成清晰穩(wěn)定的市場格局。 目前,新能源汽車驅(qū)動電機的廠商主要包括兩類:第一類是具備電機電控供應鏈的電動汽車整車企業(yè), 由其自有生產(chǎn)能力或關(guān)聯(lián)供應鏈企業(yè)向其供應全部或部分電機電控產(chǎn)品,部分整車廠的電機電控產(chǎn)品也少量外銷。 這類企業(yè)一般為傳統(tǒng)汽車制造企業(yè), 經(jīng)過多年積累, 具備完整的零部件生產(chǎn)能力。 目前國內(nèi)的主機廠中,比亞迪、北汽新能源、江鈴新能源、長安新能源、中通客車、廈門金龍等企業(yè)均具備自主供應電機電控產(chǎn)品的能力。
第二類是專業(yè)從事汽車零部件供應或?qū)I(yè)從事電機電控產(chǎn)品供應的企業(yè),其中包括專業(yè)汽車零部件供應商,如采埃孚( ZF)、大陸( Continental)、博世( Bosch)、日立( Hitachi)、現(xiàn)代摩比斯( Mobis)等國際汽車供應量巨頭; 以及國內(nèi)外新興的專業(yè)電機電控制造企業(yè),如上海電驅(qū)動、上海大郡、精進電動、臺灣富田電機( Fukuta)等。
此外,部分傳統(tǒng)工業(yè)電機、變頻器等生產(chǎn)企業(yè)也依靠在研發(fā)、生產(chǎn)上的技術(shù)積累,積極轉(zhuǎn)型介入新能源汽車電機電控相關(guān)產(chǎn)品的供應,如匯川技術(shù)、英威騰、臥龍電氣、方正電機、江特電機等。
國內(nèi)新能源車電機裝機來源分布( 2016 年 1-7 月)
根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計, 2016 年 1-7 月國內(nèi)生產(chǎn)的超過 18 萬輛純電動汽車中,整車廠自行提供和第三方電機企業(yè)供應的電機裝機占比分別為 55.4%和 44.6%,整車廠自行提供和第三方電控企業(yè)供應的電控裝機占比分別為 56.2%和 43.8%,比例基本持平。
國內(nèi)新能源車電控裝機來源分布( 2016 年 1-7 月)
目前國內(nèi)電動汽車大部分仍由北汽、比亞迪等傳統(tǒng)汽車企業(yè)生產(chǎn), 因此整車企業(yè)自供電機電控組件占比相對較大。 考慮到 16 年全年獲批的新建新能源汽車企業(yè)已經(jīng)達到 7 家,且其中不乏長江汽車、敏安汽車、萬向集團等尚無整車生產(chǎn)經(jīng)驗的企業(yè),我們認為,隨著新能源汽車專業(yè)制造企業(yè)尤其是輕資產(chǎn)型互聯(lián)網(wǎng)汽車企業(yè)的迅速崛起,新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈分工細化成為必然趨勢,第三方供應商提供電機電控甚至動力總成的比重將逐步上升。
根據(jù)中機中心公布的新能源汽車裝機數(shù)據(jù)統(tǒng)計, 2016 年 1-7 月,第三方電機企業(yè)達到 92家,第三方電控企業(yè)達到 98 家,分別提供了 44.6%和 43.8%的裝機量。第三方電機、電控企業(yè),在第三方市場中的最高市占率僅分別為14.5%和 18.4%,在整體電機、電控市場的市占率更是僅為 6.48%和8.07%。整個電機、電控市場仍處于未定型的競爭格局, 尚無任何企業(yè)對市場形成統(tǒng)治性優(yōu)勢, 轉(zhuǎn)型企業(yè)、新興企業(yè)均有機會在市場中脫穎而出,迅速獲得較大的市場份額。
新能源汽車第三方電機裝機占比( 2016 年 1-7 月)
新能源汽車第三方電控裝機占比( 2016 年 1-7 月)
進口替代任重道遠,產(chǎn)業(yè)鏈細化勢在必行
2016 年 10 月 26 日中國汽車工程學會年會上發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)技術(shù)路線圖》,在純電動與插電式混合動力汽車技術(shù)路線中,提出 2020 年純電動乘用車續(xù)航里程要達到300km,電動客車單位載重電耗水平要降至 3.5kWh/100km*t,同時提出 8 項發(fā)展重點,其中 4 項與電機電控直接相關(guān):動力電機與底盤集成技術(shù)、純電動汽車動力系統(tǒng)集成及控制技術(shù)、高性能動力電機技術(shù)、新型電機控制器技術(shù)。
新能源汽車續(xù)駛里程(左軸)與電耗水平(右軸)發(fā)展目標
相比動力電池在國內(nèi)已經(jīng)初步建立起研發(fā)技術(shù)體系,高性能電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)在國內(nèi)仍處于起步階段,大部分具備創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的高性能電機(如) 仍處于樣件開發(fā)甚至設(shè)計階段。電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展,使得各個企業(yè)均有機會在產(chǎn)品和技術(shù)上脫穎而出,快速搶占下游電動汽車市場。
原材料成本占比高, 集成化輕量化是電機降本必經(jīng)之路
與動力電池系統(tǒng)不同的, 驅(qū)動電機系統(tǒng)對于原材料的要求相對簡單,主要包括釹鐵硼等稀土永磁材料( 永磁體)、鋼材( 鐵芯疊片、驅(qū)動軸體)、 銅(繞組)、鎂鋁合金(機殼) 等基本金屬。因此, 原材料成本和加工成本占據(jù)電機成本中的絕大部分。
永磁同步電機各組件成本占比(%)
根據(jù) ANL 統(tǒng)計數(shù)據(jù),在永磁同步電機中, 永磁體組件的成本占整個電機物料成本的 45%左右;在感應電機中,鐵芯疊片的成本占電機物料成本的 58%左右。因此,稀土材料、鋼材、銅鋁等有色金屬材料的價格將對電機成本產(chǎn)生最直接的影響。
交流感應電機各組件成本占比(%)
根據(jù)華域電動等企業(yè)數(shù)據(jù),稀土磁鋼的重量僅占據(jù)整機重量的 2.5-4.5%,但成本已經(jīng)占了整個車用驅(qū)動電機成本的 20-30%,稀土價格上漲時甚至可以達到 50-60%。 因此,原材料成本的波動對于電機生產(chǎn)成本具有直接的影響。
2015 年取消稀土出口配額制以來,我國年稀土氧化物的開采量指標維持在 8-10 萬噸左右,考慮到非法稀土開采和分離量,全年國內(nèi)稀土的供給量約在 16 萬噸左右。在下游需求保持穩(wěn)定的情況下,稀土永磁材料的價格總體整體呈現(xiàn)穩(wěn)中下降的趨勢,但稀土價格已經(jīng)基本位于底部,未來繼續(xù)大幅下降的空間不大。 16 年 12 月, 釹金屬的價格已達到為 32.15 萬元/噸,相對去年上漲了 10%,最高漲幅已接近 20%。
原材料方面,鋼材受到上游焦炭、鐵礦石等原材料價格上漲的影響,無取向硅鋼價格在2016 年出現(xiàn)了快速反彈,從 15 年 12 月的 3250 元/噸迅速上漲到年底的 7500 元/噸高位,接近了 2011 年的價格高點。 同時, 截至 17 年 1 月 5 日,長江、華南地區(qū)現(xiàn)貨銅價均達到為 4.54 萬元/噸, 較 16 年初每噸上漲了約 1000 元。
考慮到稀土收儲與打私政策的配合執(zhí)行,以及包括特斯拉在內(nèi)的歐美電動汽車廠商轉(zhuǎn)向永磁同步技術(shù)路線,未來 2-3 年可能迎來稀土供給側(cè)收緊和需求側(cè)放大的雙重擠壓,稀土價格或?qū)⒋蠓磸?在供給側(cè)改革和環(huán)保稅開征的雙重壓力下,鋼鐵去產(chǎn)能仍處于“三去一降一補”之首, 17 年價格處于高位盤整的可能性較大。多重因素共同作用下, 電機廠商在物料成本端承壓將快速上升,電機廠商只能通過技術(shù)革新,迅速降低單體電機金屬用量,提高電機功率密度,才可能應對來自上游整車價格下降和下游原材料成本上升的壓力。
國家十三五新能源汽車重點研發(fā)計劃明確提出, 2020 年,我國驅(qū)動電機峰值功率密度應達到 4.0kW/kg,連續(xù)功率密度應達到 2.2kW/kg,基于 IGBT 功率模塊的電控器功率密度達到 17kW/L,基于第三代寬禁代半導體的 Sic 功率模塊的電控器功率密度達到 36kW/L,較目前性能均實現(xiàn)倍增。在此目標下, 實現(xiàn)電機電控成本的下降一般通過兩種方式實現(xiàn):
1) 通過推出集成度高的電驅(qū)動總成來降低系統(tǒng)總重,從而提高公里密度,降低成本,如大陸、麥格納等企業(yè)推出的,電力電子與驅(qū)動電機總成、驅(qū)動電機與減速器總成、混合動力總成模塊等,此種方式一般為歐美等企業(yè)采用;
2) 通過采用部分組件非金屬化降低系統(tǒng)重量和成本,包括轉(zhuǎn)動樞軸、支撐組件等,采用耐磨非金屬材料進行替代, 或通過結(jié)構(gòu)設(shè)計對包括電機極槽比、齒槽比與裂比等進行多重優(yōu)化,從而提高單臺電機材料用量, 此種方式多為日韓等電機企業(yè)采用。
國產(chǎn)電機的峰值和連續(xù)功率離世界先進水平仍有相當?shù)牟罹?kW/kg)
核心零部件國產(chǎn)化將大幅降低電控系統(tǒng)成本
電機控制器作為整車驅(qū)動系統(tǒng)的最重要組成部分,主要由逆變器(主要是 IGBT 功率模塊)、逆變驅(qū)動器、電源模塊、中央控制模塊、軟啟動模塊、保護模塊、散熱系統(tǒng)信號檢測模塊等組件組成。其中, IGBT 模塊作為核心高壓控制開關(guān)組件, 其成本占據(jù)電機控制器成本的 40-50%; 據(jù)行業(yè)統(tǒng)計, IGBT 器件占據(jù)新能源汽車整車成本的 10%左右。 因此, 作為新能源汽車核心零部件, IGBT、 DSP 等核心元器件的成本直接決定了電機控制器等總成的成本下降空間。
IGBT 在電動汽車中的應用與變頻器國產(chǎn)化已經(jīng)初步完成、 國內(nèi)品牌市場占有率反超國外品牌的情況不同的是, 目前IGBT 芯片和模塊在國內(nèi)尚未完全形成產(chǎn)業(yè)布局, 高端市場占有率仍與外資品牌存在較大差異。 國內(nèi) 70%以上的 IGBT 器件市場,尤其是高端高功率半導體依然主要被英飛凌、 三菱、仙童、 東芝、富士、SEMIKRON、 Sanken、 IXYS、 ST 等美日企業(yè)占據(jù), 比亞迪、中車時代電氣等企業(yè)通過自建或收購海外 IGBT 產(chǎn)能分享了剩余的市場。
電機控制成本拆分
隨著電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)向高調(diào)速范圍、高功率密度(包括高速和高轉(zhuǎn)矩密度)、輕量化、高效率、能量回饋、高可靠性和安全性及低成本等方向逐步演進, 電機、電控、 BMS 等總成對于高功率半導體開關(guān)器件的應用將越來越廣泛。
2015 年中國 IGBT 市場國內(nèi)和國外品牌市占率
此外,高鐵調(diào)速系統(tǒng)、柔性直流輸電、風電/光伏逆變器、充電樁直流模塊等領(lǐng)域都將對 IGBT 及其模塊化產(chǎn)品有大規(guī)模的需求,預計十三五期間僅新能源車及充電樁市場即可帶動每年 IGBT 需求達 200 億元左右。在下游市場的刺激下,國內(nèi) IGBT 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)加速擴張態(tài)勢,華潤上華、中芯國際、宏力半導體、華虹 NEC 等企業(yè)紛紛加速產(chǎn)能建設(shè),高壓和超高壓、中大功率 IGBT 期間有望在市場規(guī)模擴大的同時實現(xiàn)價格持續(xù)下降。
2014 年中國 IGBT 市場占有率排名
根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計,國產(chǎn) IGBT 比進口器件的成本可下降 15-20%,且仍擁有 30%以上的毛利率,隨著 IGBT 價格的進一步下降,電機和控制器的成本也將隨之下降 20%以上。
電機電控企業(yè)發(fā)力在即, 百億藍海市場尚待開發(fā)。
2016 年 12 月,國務(wù)院批復與公布了《十三五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,明確提出到 2020 年,新能源汽車實現(xiàn)當年產(chǎn)銷 200 萬輛以上,累計產(chǎn)銷超過 500 萬輛。 考慮到產(chǎn)業(yè)實際與完成情況,我們預測 2017 年新能源汽車總銷量可達到 65.8 萬輛,其中客車、乘用車、專用車分別達到 13 萬、 40.8 萬、 12 萬輛,其中乘用車和專用車提供了主要增量部分。 由此測算, 2017 至 2020 年,新能源汽車電機、電控市場規(guī)模將從 240 億元上升至480 億元, 年均增長率約為 26%。
2016-2020 年我國新能源汽車產(chǎn)銷量預測(單位:萬輛)
十三五期間電機電控市場規(guī)模測算
電機、電控行業(yè)目前仍處于產(chǎn)品技術(shù)快速更新?lián)Q代的階段, 技術(shù)投入占比較高,資產(chǎn)規(guī)模一般不重, 市場競爭也較電池行業(yè)為輕。 考慮目前新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的企業(yè)大多由傳統(tǒng)工業(yè)電機、變頻控制等企業(yè)轉(zhuǎn)型而來,產(chǎn)能的快速上量對于全行業(yè)而言并非難以實現(xiàn)的瓶頸,因此行業(yè)存在產(chǎn)品定型后競爭突然加劇的風險。目前電驅(qū)動行業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多,尚無任何企業(yè)能對市場實現(xiàn)控制或壟斷,僅考慮第三方供應商市場, CR10 甚至小于 50%;此外,電機、電控企業(yè)處于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中游,在產(chǎn)能足夠的情況下,企業(yè)將同時受到來自上游原材料及核心零部件企業(yè),和下游整車企業(yè)的雙向成本壓力。
因此,在下游新能源汽車市場快速增長的過程中, 同時具備技術(shù)和市場優(yōu)勢的供應商才能在逐步激烈化的電機、電控市場中擴大市場份額,這一方面要求企業(yè)在技術(shù)上需要具備電機、控制系統(tǒng)的技術(shù)、生產(chǎn)優(yōu)勢, 和較強的動力總成系統(tǒng)集成能力, 從而在設(shè)計和生產(chǎn)兩方面降低產(chǎn)品成本,另一面要求企業(yè)在市場方面具備較強的客戶粘性,與下游整車企業(yè)形成較為堅固的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟或合作協(xié)議。
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