新能源汽車的動力系統(tǒng)包括電驅(qū)動系統(tǒng)與電源系統(tǒng)兩大類
電驅(qū)動系統(tǒng)包含電機、電控制器、減速箱,是驅(qū)動電動汽車行駛的核心部件;電源系統(tǒng)包含車載充電機(OBC)、DC-DC 轉(zhuǎn)換器和高壓配電盒,是動力電池組進行充電、電能轉(zhuǎn)換及分配的核心部件。
電驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈涉及環(huán)節(jié)較多,可以概括為零件—總成—系統(tǒng)—整車廠四大層級。
上游零部件包括永磁體、硅鋼體、功率模塊、電容、傳感器等,這一級的玩家對在整車產(chǎn)業(yè)鏈中屬于“三級供應(yīng)商”。在零部件基礎(chǔ)上進一步設(shè)計組裝得到電機總成、電控總成與傳動總成,這一級的玩家可以稱為車企的“二級供應(yīng)商”;各個單獨總成進一步集成為電驅(qū)動系統(tǒng)供貨于車企,這一級玩家為行業(yè)“一級供應(yīng)商”。
1.1. 大三電:電機、電控、減速器
1.1.1. 電機:扁線電機、高壓電機帶來新機遇
電驅(qū)動系統(tǒng)在新能源汽車成本中占比僅次于電池。電驅(qū)動系統(tǒng)(電機、電控、減速器)是新能源汽車動力總成的關(guān)鍵部件,相當于傳統(tǒng)燃油車發(fā)動機的作用,直接決定整車的動力性能。其成本占比僅次電池,占比絕對值因新能源汽車品牌、車型而異。
驅(qū)動電機主要技術(shù)路徑聚焦在永磁同步電機&交流異步電機上。永磁同步電機與交流異步電機的主要區(qū)別點在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),永磁同步電機會在轉(zhuǎn)子上放置永磁體,由磁體產(chǎn)生磁場;而交流異步電機則是由定子繞組通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。功率密度、效率(高效率區(qū)間)是衡量電機性能的關(guān)鍵指標:
1)功率密度越大代表著相同功率下的電機體積更小,有利于節(jié)省空間&制造成本;
2)效率越高,說明電機端損耗越小,相同電池容量下,新能源車續(xù)航里程更長。
永磁同步電機為目前應(yīng)用最多的電機類型,異步電機在高端車型雙電機配置下會有部分使用。相比交流異步電機,永磁同步電機功率密度更高、高效區(qū)間更寬、質(zhì)量更輕。
根據(jù)第一電動汽車網(wǎng)統(tǒng)計信息,2022 年 3 月,我國新能源汽車共配套驅(qū)動電機 50.97 萬臺,其中永磁同步電機為 48.60 萬臺,占比 95%,適用于大部分主流車型;交流異步電機配套 2.09 萬臺,占比為 4%,主要配套包括特斯拉 Model Y、嵐圖 FREE、蔚來 ES8、奧迪 e-tron、大眾 ID.4 CROZZ 等車型。交流異步電機在高速中應(yīng)用性能更優(yōu),同時具有成本優(yōu)勢(稀土永磁材料成本較高,同功率的永磁同步電機價格更高),目前配套多以高端車型、雙電機方案為主 (蔚來 ES8 是前永磁同步+后交流異步,特斯拉 Model Y 2021款采用前感應(yīng)異步+后永磁同步)。
多電機在高端車型中應(yīng)用有所增加,故單車配套電機數(shù)也隨高端市場占比而變化。
相比單電機,雙電機可以顯著提高汽車的加速性能與續(xù)航能力。同時,雙電機多意味著四驅(qū)系統(tǒng),可以提供更好的附著力,從而提高安全性能。近年來,在高端車型中雙電機的應(yīng)用不斷增加,特斯拉、蔚來、奧迪、大眾、奔馳都陸續(xù)推出搭載雙電機的車型。而在法拉第 FF91 和榮威 MarvelX 中更是使用了三個電機。
隨著新能源汽車性能提高,對驅(qū)動電機也提出了更多要求。從性能角度出發(fā),更好的駕駛體驗通常需要電機具有更低成本、更高效率、更高功率密度、更長壽命等。為了解決這些問題,電機技術(shù)也在不斷革新。其中,扁線、高壓電機、油冷電機近年關(guān)注度比較高,對于提升電機功率密度、提升效率降低損耗具有顯著作用。
扁線:可有效提高電機功率密度,減少銅損耗以提升效率。
1)功率密度高:相較于傳統(tǒng)的圓線繞組電機,扁線電機將圓形導(dǎo)線換成矩形導(dǎo)線,因此相同面積的定子線槽可以塞進更多面積的導(dǎo)線,進而提高功率密度。
2)效率高、損耗小:銅損耗在電機損耗里占比達 65%,因此為提高電機效率,需采用更合理的定子繞組,從而降低銅耗。此外,扁線截面更粗使得電阻相對更小,銅導(dǎo)線發(fā)熱損失的能量也越小。而且扁線電機的端部尺寸短 5-10mm,從而降低端部繞組銅損耗。
3)重量、NVH 等方面也存在優(yōu)勢。
發(fā)卡電機為應(yīng)用最廣泛的扁線技術(shù),產(chǎn)線投資高,產(chǎn)業(yè)化仍處于前期階段。根據(jù)線圈繞組方式差異,扁線電機可分為集中繞組扁線電機、波繞組扁線電機與 Hairpin(發(fā)卡)扁線電機,其中發(fā)卡電機應(yīng)用最為廣泛。相對圓線電機,扁線電機無法進行手工制造、自動化要求較高——繞組制造過程非常復(fù)雜,需要先將導(dǎo)線,制作成發(fā)卡的形狀,然后通過自動化插入到定子鐵芯槽內(nèi),然后進行端部扭頭和焊接。高自動化及定制化使得扁線電機產(chǎn)線投入較高,根據(jù)方正電機,2021 年來公司已先后投資 17.42 億元用于產(chǎn)線建設(shè),對企業(yè)資金實力有較大挑戰(zhàn)。
雪佛蘭和豐田開啟扁線電機應(yīng)用先河,近年來滲透率不斷提升。2007 年,雪佛蘭VLOT 采用的電動汽車中就有發(fā)卡式扁線電機,其供應(yīng)商為雷米。2015 年,豐田發(fā)行了裝載扁線電機的第四代普銳斯,其電機供應(yīng)商為 Denso。在扁線電機更高的效率加成下及內(nèi)外資電機廠商批量化工藝的成熟,近年來其應(yīng)用不斷增加,2020 年來,保時捷、比亞迪、特斯拉等車企紛紛推出裝載發(fā)卡式電機的新車型,滲透率不斷增長。根據(jù)方正電機公司年報,2020 年全球新能源汽車行業(yè)扁線電機滲透率為 15%,我國扁線電機滲透率約為 10%。2021 年隨著各主流車企大規(guī)模換裝扁線電機,特斯拉換裝國產(chǎn)扁線電機,我國扁線電機滲透率已與全球扁線電機滲透率同步增長至 25%。
此外,在高端車型中,搭載扁線電機數(shù)量也開始從原來的單電機增加到雙電機。例如,保時捷首款純電動跑車 Taycan 便采用了三電機。
高壓:縮短充電時間、提高電機效率以延長里程的重要措施。純電乘用車電壓通常在 200-400V 之間,在同等功率下,當電壓從 400V 提升到 800V 后,線路中通過的電流減少一半,產(chǎn)生的功率損耗更小,從而可以提高充電效率、縮短充電時長,進而改善新能源汽車使用體驗。同時,工作電流的減少將降低功率損耗,繼而可以進一步降低同樣行駛里程中的電量消耗,從而延長汽車里程數(shù)。2021 年為我國 800V 高壓快充元年,行業(yè)發(fā)展有望加速。
2021 年來,比亞迪(e 平臺)、理想、小鵬、廣汽(埃安)、吉利(極氪 001)、北汽(極狐)等車企紛紛布局 800V 快充技術(shù),我國 800V 高壓快充行業(yè)進入發(fā)展加速期。
高壓化下對汽車電子各環(huán)節(jié)都將帶來新挑戰(zhàn),目前應(yīng)用僅停留在高端車型。新能源汽車要實現(xiàn) 800V 及以上高壓平臺兼容,除了需要提高電機、電池性能外,PTC、空調(diào)、OBC、高壓線束等部件都需要重新適配,此外還面臨更高電壓帶來的安全、熱管理、成本等多方面挑戰(zhàn)。受以上因素影響,目前 800V 高壓平臺應(yīng)用還僅停留在部分高端車型。
油冷:采取合理的電機熱管理設(shè)計可以進一步提升功率密度。電機的功率極限能力往往受限于電機溫升極限,因此提高電機冷卻散熱能力可以快速提高功率密度,同時防止永磁體在高溫時發(fā)生不可逆的“退磁”。目前常用的冷卻方式為水冷,但其無法直接冷卻熱源,熱量傳遞路徑長、散熱效率低;相較于水冷,油冷的優(yōu)勢在于油品具有不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁、絕緣等性能,因此可以直接接觸熱源,形成更安全的熱交換,提高散熱效率。
故相同的繞組絕緣等級下,油冷電機可以承受更高的繞組電流,長期工作功率更高。
1.1.2. 電機控制器:IGBT 掣肘,單管并聯(lián)紓困
電控系統(tǒng)通過電機控制算法發(fā)出信號驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動,進而控制整個車輛的動力輸出。電控系統(tǒng)可分為主控制器和輔助控制器:
1)主控制器控制汽車的驅(qū)動電機;
2)輔助控制器控制汽車的轉(zhuǎn)向電機、制動器、空調(diào)等。
我們本文重點討論的電控系統(tǒng)主要指主控制器,主要由控制板(接受整車控制器的信號指令,運行電機控制算法,發(fā)出控制指令給功率板)、功率板(接受控制板指令,頻繁通斷 IGBT/MOSFET,控制電機轉(zhuǎn)動)、殼體等組成,在控制器中,控制電路板、功率電路板成本主要在于 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、MOSFET(功率場效應(yīng)晶體管)、MCU(微控制器)、電源芯片等半導(dǎo)體器件。
電控開發(fā)需要從硬件、軟件兩方面協(xié)同進步。類似電機,電機控制器的核心指標同樣為功率密度、效率,軟硬件的優(yōu)化也是圍繞這兩大核心主題展開。
1)硬件角度,功率半導(dǎo)體單管并聯(lián)方案將具備高性價比優(yōu)勢,或成 A 級以下車型主流硬件配置;而模組方案憑借更高可靠性,在中高端車型占據(jù)核心地位。器件方面,碳化硅有望逐步滲透。
2)軟件角度,需要在可拓展性、易維護性、功能安全性等方面的不斷提高。
功率半導(dǎo)體 IGBT 占電控成本比重較高,主要參與者為國外功率半導(dǎo)體巨頭。根據(jù)蓋世汽車數(shù)據(jù),2017 年功率板的核心器件 IGBT 模塊,占到電控總成本高達 37%。根據(jù)Yole,2020 年全球 IGBT 行業(yè)銷售額 TOP15 公司中共 14 家為國外企業(yè),而英飛凌(Infineon)更是憑借 14.33 億美元的收入連續(xù)多年穩(wěn)居全球第一。
功率半導(dǎo)體在新能源汽車中的應(yīng)用可分為模組&單管并聯(lián)這兩種路線,兩者有各自適用的場景。模組為高度集成的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品,保證了電控成品的可靠性&良率高,同時降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。以 IGBT 為例,由于車規(guī)級功率半導(dǎo)體主要被英飛凌等外資占據(jù),其往往提供特定參數(shù)規(guī)格的標準 IGBT 模組,然而模組參數(shù)往往不能很好適配具體需求,因此標準模組在不同功率的驅(qū)動電機控制系統(tǒng)中容易出現(xiàn)容量受限、結(jié)構(gòu)安裝等問題。若采用多個 IGBT 單管并聯(lián)(通過復(fù)合母排、冷卻裝置等部件一同封裝),則可以根據(jù)不同車型靈活設(shè)計冗余量,并且單管成本顯著低于模塊,在成本要求較高的A 級以下車型使用得更為普遍。但多個 IGBT 單管并聯(lián)時,由于各單管參數(shù)的分散性、輸出電流的不一致性,可能使系統(tǒng)可靠性較差,整個 IGBT 模組壽命也會縮短,對企業(yè)技術(shù)、制造能力考驗大,故中高端 B 級以上車型通常使用可靠性更強的模組路線。
碳化硅功率器件可顯著提高電控效率、功率密度等性能。碳化硅材料具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、電子飽和遷移速率高等性質(zhì),相比硅基 IGBT,碳化硅元器件體積更小、頻率更高、開關(guān)損耗更小,可以使電驅(qū)動系統(tǒng)在高壓、高溫下保持高速穩(wěn)定運行(硅基IGBT 只能在 200 以下的環(huán)境中工作)。根據(jù)意法半導(dǎo)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。
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(yīng)協(xié)議,在原材料上搶先布局。國內(nèi)車企也不斷布局碳化硅,比亞迪發(fā)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(yīng)商角度,根據(jù)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(jù)英搏爾,碳化硅電機控制器的損耗下降了 5%,電驅(qū)動系統(tǒng)整體 NEDC 平均效率提升 3.6%,整車 NEDC 續(xù)航提升 30km、增幅達 5.8%。
除了電機控制器外,碳化硅器件在 OBC、DC/DC、無線充電等“小三電”中也有應(yīng)用。例如,欣銳科技早于 2013 年正式將 Wolfspeed 的碳化硅方案應(yīng)用于 OBC 產(chǎn)品,2021 年為比亞迪 DMi 車型提供碳化硅電源類產(chǎn)品。目前制約碳化硅器件應(yīng)用的主要因素為成本,伴隨著未來碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展完善,相關(guān)器件應(yīng)用滲透率將穩(wěn)步提升。
軟件:電控的進步體現(xiàn)在可拓展性、易維護性、功能安全性等方面的不斷提高。
1)可拓展性:電控軟件開發(fā)通常會使用 AUTOSAR 工具鏈(B 級及以上車把 AUTOSAR 作為“標配”)。AUTOSAR(AUTOmotive Open System Architecture,汽車開放系統(tǒng)架構(gòu))是由全球各大汽車整車廠、汽零供應(yīng)商、汽車電子軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合建立的一套標準協(xié)議,旨在有效地管理日趨復(fù)雜的汽車電子軟件系統(tǒng)。AUTOSAR 規(guī)范的運用使得不同結(jié)構(gòu)的電子控制單元的接口特征標準化、模塊化,應(yīng)用軟件具備更好的可擴展性、可移植性,縮短開發(fā)周期。
2)易維護性:是指在軟件后續(xù)使用過程中,及時實現(xiàn)遠程更新升級與性能優(yōu)化。OTA(Over-the-Air)技術(shù)可以降低維護成本,創(chuàng)造新的收入來源,目前已經(jīng)在汽車行業(yè)包括其控制器總成上持續(xù)推廣。3)安全性,電驅(qū)動系統(tǒng)的控制器總成對新能源汽車的動力輸出進行直接的調(diào)節(jié)控制,是保證安全性的重要一環(huán)。在汽車行業(yè)逐步引入 ISO26262 標準之后,基于功能安全的車用軟件開發(fā)對電控軟件提出了新的要求。
1.1.3. 減速器:單檔路線為主,兩檔減速可以期待
電機高速化趨勢明顯,帶動減速器向兩檔減速方向發(fā)展。減速器是影響電驅(qū)動系統(tǒng)整體 NVH 性能的關(guān)鍵。按照傳動等級分類,減速器可以分為單級減速器、兩檔減速器以及兩檔以上減速器。在電機高速化的趨勢下,減速器正在經(jīng)歷從單級到多檔的產(chǎn)品演變過程。目前,豐田普銳斯和特斯拉 Model 3 電機轉(zhuǎn)速均已達到了 17900rpm,國內(nèi)車企轉(zhuǎn)速略低,但基本也都達到了 16000rpm,下一步規(guī)劃便是 18000-20000rpm,電機高速化性能的提升需要相應(yīng)的高性能減速器來配套。
單級減速器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、體積小,因此目前仍為主流應(yīng)用。但在高轉(zhuǎn)速區(qū)間,單檔減速器由于傳動比單一,在最高或最低車速以及低負荷條件下,電驅(qū)動效率會下降,浪費電能而減少行駛里程,此外減速器高轉(zhuǎn)速時會帶來 NVH 等問題。
兩檔減速器在混動車中率先應(yīng)用,純電動車應(yīng)用可以期待。相較于單檔減速器,兩檔減速器一方面使驅(qū)動電機在更高效的區(qū)域運行,從而提升驅(qū)動系統(tǒng)效率。另一方面,采用兩檔減速器后,傳動比可以做到更高,汽車動力性隨之增加、減少百公里加速時間。
此外,采用兩個檔位后,驅(qū)動電機可以更加小型化、低速化,從而降低電機及電控的成本。目前,采埃孚、GKN、麥格納、Taycan 等企業(yè)均已推出兩檔減速器產(chǎn)品。
1.2. 小三電:OBC、DC/DC、PDU
“小三電”是 OBC、DC/DC、PDU 三大類電源產(chǎn)品,三者一同搭建了汽車內(nèi)部的“能源網(wǎng)絡(luò)”。OBC(充電機)負責將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電給電池充電;汽車電氣電子系統(tǒng)中,不同部件需要的電壓等級不盡相同,故需要 DC/DC(直流-直流變換器)轉(zhuǎn)換電壓;PDU(高壓配電盒)負責內(nèi)部“電氣能源網(wǎng)架”的互聯(lián)互通。
半導(dǎo)體器件成本占比較高,部分仍依賴進口。根據(jù)威邁斯招股說明書,在電源產(chǎn)品中,半導(dǎo)體器件、電容電阻為主要成本構(gòu)成,占比分別為 23%和 16%。而由于半導(dǎo)體器件與部分電容產(chǎn)品國產(chǎn)化水平較低,多數(shù)公司仍采用外資供應(yīng)商為主。例如,威邁斯主要供應(yīng)商為 TI、英飛凌、意法半導(dǎo)體、貴彌功等,2016-2018 年公司進口原材料金額占比分別為 22.30%、19.96%、28.71%,其中 IGBT、MOSFET 海外主要供貨商英飛凌占比最高,2016-2018 年采購金額占比分別為 3.18%、6.61%、7.28%。
技術(shù)持續(xù)演進,集成化趨勢同樣顯著,軟硬件能力都將迎來考驗。早期車載電源產(chǎn)品主要采用模擬控制技術(shù),產(chǎn)品功能較為單一,配套的軟件只具備檢測功能,不能實現(xiàn)精準控制。之后車載電源產(chǎn)品向數(shù)字化技術(shù)轉(zhuǎn)變,能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法,實現(xiàn)輸出參數(shù)的靈活調(diào)整和精準控制,提高了軟件系統(tǒng)的操控性,包括車載電源的診斷、升級和參數(shù)調(diào)整等應(yīng)用需求。下一代車載電源產(chǎn)品將向集成化轉(zhuǎn)變,在硬件、軟件、體積、重量四個維度實現(xiàn)創(chuàng)新突破。硬件上有望將進一步采用更高性能的碳化硅器件;軟件上將開發(fā)過程轉(zhuǎn)換為模型化編程及滿足 AUTOSAR 的接口方式,提升軟件穩(wěn)定性和靈活性;在體積和重量上實現(xiàn)小型化、輕量化。
1.3. 集成化:1+1+1 3,深度集成方興未艾
1+1+1>3,電驅(qū)動由最初“結(jié)構(gòu)集成”向“深度系統(tǒng)集成”演進,集成化“多合一”總成產(chǎn)品成為主流趨勢。以往動力系統(tǒng)的電機、電控、電源多單獨采購,根據(jù)其電氣、機械結(jié)構(gòu)進行集成組裝;隨著新能源汽車零部件要求不斷提高,“多合一”總成產(chǎn)品通過巧妙設(shè)計將電機、電控、減速器、電源“深度集成”,減少彼此間的連接器、冷卻組件、高壓線束等部件。“多合一”集成式系統(tǒng)相比分體式產(chǎn)品的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面:
1)性能更優(yōu):降低了各部件之間連接部位的效率損耗,提高整車的 NVH 性能,從而提高了集成系統(tǒng)的可靠性;
2)成本更低:集成式電驅(qū)動系統(tǒng)可以減少車內(nèi)部的高壓線束、連接器數(shù)量,節(jié)約線束與連接器成本,從而使集成式系統(tǒng)更具有經(jīng)濟性。
3)更省空間:集成式產(chǎn)品體積更小、重量更輕,有利于節(jié)省車內(nèi)空間。
集成化電驅(qū)動系統(tǒng)滲透率不斷提升。根據(jù) NE 時代新能源,2020 年/2022 年 1-4 月我國新能源乘用車“三合一”電驅(qū)動系統(tǒng)搭載量為 50.27/79.26 萬臺,滲透率為44.91%/61.63%,目前基本涵蓋大部分 A 級車、B 級以上車型。
現(xiàn)有集成產(chǎn)品以“三合一”為主,集成度更高的“多合一”新產(chǎn)品也在不斷問世。
根據(jù) NE 時代新能源,2022 年 1-4 月新能源乘用車搭載的電驅(qū)動系統(tǒng)中,分體式、電機/電控“二合一”合計占比為 44%,“三合一”占比為 52%,“多合一”占比為 4%。同時,OBC、DC-DC、PDU 等充配電系統(tǒng)集成產(chǎn)品應(yīng)用也不斷增加,結(jié)合電驅(qū)系統(tǒng)集成產(chǎn)品將形成集成度更高的多合一平臺。
華為 DriveOne“七合一”電驅(qū)動系統(tǒng)打造多合一集成新標桿,比亞迪和上汽變速器也陸續(xù)推出多合一產(chǎn)品。
1)華為七合一系統(tǒng)集成了 MCU、電機。減速器、DC-DC、 OBC、PDU、BCU 七大部件,具有開發(fā)簡單、適配簡單、布置簡單、演進簡單等優(yōu)勢。
相較于“三合一”,該產(chǎn)品體積減少 20%、重量減輕 15%。此外,華為 DriveOne 系統(tǒng)可實現(xiàn) 7dB 的超靜音,并具有 80%NEDC 效率,提升整車駕駛體驗。根據(jù) NE 時代新能源,華為“三合一”電驅(qū)動總成已在長安 CS-GXNEV 和賽力斯 SF5 兩款車型中得到應(yīng)用,但目前其七合一產(chǎn)品還沒有在整車中的應(yīng)用案例。
2)比亞迪“海豚”八合一系統(tǒng)即成立VCU、BCU、PDU、DC-DC、OBC、MCU、電機、減速器八大部件;
3)上汽變速器&威邁斯的七合一系統(tǒng)集成電機、電控、減速器、OBC、DC-DC、PDU、BCU 七大部件。
1.4. 總結(jié):千億空間市場廣闊,技術(shù)變革推動天花板不斷打開
據(jù)前文所述,新能源汽車電驅(qū)動、電源系統(tǒng)圍繞“高效率區(qū)間、高功率密度”等核心性能,其技術(shù)迭代仍在演進,而且針對不同車企、不同車型大多需要“量身定制”。
截至 2022 年 4 月,國內(nèi)電動車銷量結(jié)構(gòu)成“紡錘形”——B 級和 A00 級車型銷量占比較高。分車型來看電驅(qū)動技術(shù),1)A/B 級及以上中高端車型通常因價格較高、可降本空間大,性能要求高,故對“三合一”乃至“六合一/七合一”等更青睞,扁線、碳化硅有 望率先在中高端車型進行滲透。2)A00/A0 級的低端車型對成本要求更高,故傾向于采 購分體式產(chǎn)品,部分也會采用成本低的“三合一”。即使對同一級別車型,不同車企及電動化平臺均有各自技術(shù)架構(gòu),需要電驅(qū)動企業(yè)去配合設(shè)計,故當前定制化水平仍較高。
1)技術(shù)變革帶動需求結(jié)構(gòu)變化:在電機技術(shù)方向上,扁線電機滲透率有望在未來5 年快速提升,我們假設(shè) 2025 年在電驅(qū)三合一市場的綜合滲透率將達到 87%;在單車配套電機數(shù)量上,雙電機目前仍主要應(yīng)用于高端車型,我們假設(shè) 2025 年雙電機在電驅(qū)三合一市場綜合滲透率將達到 5%。在電控方向,由于碳化硅性能優(yōu)勢較強,近年應(yīng)用增長較快,考慮其降本速度,我們假設(shè)碳化硅電控滲透率穩(wěn)步提升、2025 年在電驅(qū)三合一市場綜合滲透率達到 26%。
2)規(guī)?;瘞觾r格下降:電機方面,扁線電機廠家近年產(chǎn)能擴展迅猛,我們預(yù)計規(guī)模化將帶動價格快速下降,同時隨著扁線電機滲透率提升,與圓線電機價格差異持續(xù)縮小,經(jīng)濟性更為突出;電控方面,碳化硅同樣持續(xù)降本。
3)集成化占比提高:我們將電驅(qū)動&電源市場分為分布式、二合一、三合一(含少量“多合一”),我們假設(shè)“三合一”滲透率不斷提升、2025 年達到 59%(基本覆蓋 A 級及以上的車型)
行業(yè)參與者可分為“三大陣營”:整車廠自供體系、動力系統(tǒng)集成商、第三方電驅(qū)動供應(yīng)商。
1)整車廠自供體系(in-house):出于供應(yīng)鏈安全、成本控制等考慮,整車廠多設(shè)立子公司或合資公司自供電驅(qū)動、電源產(chǎn)品,代表公司有特斯拉、比亞迪旗下的弗迪動力、蔚來旗下的蔚然動力、長城旗下的蜂巢能源等。
2)動力系統(tǒng)集成商(Tier1):通常為海外汽車零部件巨頭,如聯(lián)合電子、日電產(chǎn)、博世、大陸、博格華納等,憑借深厚的技術(shù)、工藝等積淀拓展至新能源汽車領(lǐng)域,本身產(chǎn)品力強、產(chǎn)能規(guī)模大,且具備全球主流車企客戶資源。
3)第三方電驅(qū)動供應(yīng)商:近年來快速崛起,獨立第三方根據(jù)業(yè)務(wù)側(cè)重點可以分為電控為主、電機為主的廠商,但是在集成化的趨勢下,企業(yè)通常會同時布局電機、電控、電源與“多合一”系統(tǒng)。根據(jù)公司業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)差異,又可分為以下幾類:
- 深耕新能源車電驅(qū)動的“行業(yè)老兵”:如英搏爾、精進電動、欣銳科技、威邁斯等;
- 從其他行業(yè)電控產(chǎn)品拓展至新能源車電驅(qū)動業(yè)務(wù)的企業(yè):如匯川技術(shù)、陽光電源等;
- 從傳統(tǒng)電機領(lǐng)域拓展至新能源車電機電控業(yè)務(wù)的企業(yè):如起家于縫紉機電機的方正電機、工業(yè)電機的臥龍電驅(qū)、微特電機的大洋電機等。
1) 整車廠自制 VS 向第三方外采:
我們認為,未來 5-10 年仍將是自主品牌與新勢力車企崛起的機遇期。一方面由于新能源汽車更新?lián)Q代速度要高于傳統(tǒng)燃油車,相比外資品牌,自主品牌的“包袱”更小,能夠更加快速地進行變革。另一方面,新能源汽車扎根本土,對消費者需求有更深刻的認知,可以敏銳捕捉到消費者需求變化并快速響應(yīng)。
上述核心車企采購邏輯(自制 or 開放供應(yīng)鏈)影響了第三方可觸及的市場空間。
對于前述的“中高端、中端、中低端”市場,車企通常有各自的采購偏好:
- “中高端”+ 部分“中端”市場:對產(chǎn)品性能、可靠性要求通常較高,因此內(nèi)資頭部整車廠部分傾向于采用自供體系,但走量的車型及成本要求高的車型會開放外供。特斯拉、弗迪動力、蔚來完全采用自供體系(B、C 級車居多),吉利高端“浩瀚”平臺采用自供體系威睿。也有部分整車廠選擇開發(fā)供應(yīng)鏈,如理想采購匯川技術(shù)產(chǎn)品,配套車型為 C 級車理想 ONE;小鵬雖然自己組裝“三合一”,但電機、電控、減速器產(chǎn)品主要從第三方采購。
- “中低端”+ 部分“中端”市場,更重采購成本,自供體系相對第三方不具備性價比優(yōu)勢,故 A00、A0 級通常以第三方供應(yīng)商為主。其中,上海電驅(qū)動配套則以 A級及以下為主,2021 年奔奔 E-star 在公司配套中占比最高,達到了 59.52%。與上海電驅(qū)動類似的還有英搏爾和大眾變速器,英搏爾是 A 級及以下車型市場的無冕之王,配套包括五菱榮光 MINI、雷丁芒果、長城好貓等爆款車型;大眾變速器主要配套車型為 A0 級車哪吒 V,2021 年占公司總配套的 62.44%。
2021 年/2025 年第三方供應(yīng)商總體銷量份額為 40%/60%。整車廠前期因新能車出貨量相對不大,部分車企選擇自制電驅(qū)動/電源系統(tǒng),但后期隨新能源車年銷量過百萬輛、車型品類豐富等,對自制體系的成本控制能力、快速研發(fā)能力、產(chǎn)能等都提出較大挑戰(zhàn)。屆時,我們預(yù)計第三方憑借技術(shù)平臺完備,以標準化促定制化開發(fā),疊加定點車型銷量較大,規(guī)模效應(yīng)強勁,在成本、開發(fā)速度、產(chǎn)能方面均具備更強競爭優(yōu)勢。不同于燃油車,電池、電驅(qū)作為新能源汽車中最重要的板塊,如果全部外包給第三方供應(yīng)商,那么留給車企的參與環(huán)節(jié)將大幅減少,這將不斷降低產(chǎn)業(yè)壁壘,縮小盈利空間,因此從整車廠的經(jīng)營戰(zhàn)略來考慮,部分車企未來仍會堅持“部分自供”。綜上,我們預(yù)計多數(shù)整車廠在性能要求苛刻的中高端平臺(B 級及以上)部分采用自供體系、部分外供,中端、中低端市場的車型開放供應(yīng)鏈給第三方。結(jié)合上一節(jié)不同品牌車的銷量占比數(shù)據(jù),我們測算 2021 年第三方供應(yīng)商總體銷量份額約 39.96%,至 2025 年份額有望提升至 60.38%。
2) 第三方供應(yīng)商競爭焦點(第三方 VS 第三方):
國內(nèi)主流廠家在技術(shù)上和海外 Tier1 的差異在逐步縮小。海外 Tier1 在傳統(tǒng)車零部件研發(fā)生產(chǎn)上走在世界前列,但是近年來我國電驅(qū)動供應(yīng)商在技術(shù)上不斷實現(xiàn)突破,與國外先進水平差距逐步縮小,核心性能基本與海外 Tier1 相差不大,在新技術(shù)路線的布局方面也處于同一起跑線甚至領(lǐng)先一步。
高壓化(基于碳化硅的電驅(qū)動產(chǎn)品):在電機方面,方正電機基于 800V 碳化硅平臺的驅(qū)動電機目前已完成客戶項目定點,有望于 2022Q3 量產(chǎn)。在電控方面,日立為保時捷 Taycna 提供了基于 Si-IGBT 技術(shù)的 800V 的逆變器。在電驅(qū)動總成方面,匯川技術(shù)、臻驅(qū)科技、中車時代等都已推出了應(yīng)用碳化硅的驅(qū)動集成產(chǎn)品,其中匯川的第四代動力總成已在小鵬 800V 高壓平臺車型中實現(xiàn)量產(chǎn)。
扁線電機:方正電機、大洋電機、華域電動等生產(chǎn)的扁線電機均已得到應(yīng)用,例如方正電機產(chǎn)品已量產(chǎn)配套蔚來 ET7,大洋電機已量產(chǎn)配套北汽 48V BSG。