驅(qū)動電機主要為機械部件,原材料成本相對容易核算,在行業(yè)競爭日趨激烈的情況下,提升電機的功率重量密度和功率體積密度,使電機重量減輕是降低驅(qū)動電機產(chǎn)品成本的有效方式。
提升電機轉(zhuǎn)速,則對電機的設(shè)計提出了更高的要求,軸承選型、電機散熱、轉(zhuǎn)軸材料、定轉(zhuǎn)子硅鋼片材料、電磁仿真、機械強度仿真、熱仿真、公差計算匹配等等都變的更有挑戰(zhàn)性。
近年來不論是國內(nèi)還是國外的產(chǎn)品,電機的最高轉(zhuǎn)速都在不斷的提升過程中。
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2、 電機扁線化勢頭明顯,多家企業(yè)已經(jīng)開始布局及大規(guī)模量產(chǎn)
扁線電機,即采用扁平銅包線繞組定子的電機。與普通圓漆包線繞組相比,扁線繞組在相同的體積下,具有能量密度更高,電機效率更高的特點。其優(yōu)點包括:
? 更高的槽滿率:相比傳統(tǒng)圓線電機,裸銅槽滿率可提升20%~30%,有效降低繞組電阻進而降低銅損耗。
? 散熱性能更好:扁線形狀更規(guī)則,在定子槽內(nèi)緊密貼合,熱傳導(dǎo)效率更高,提升電機峰值和持續(xù)性能。
? 更短的端部尺寸:相比圓線電機繞組端部尺寸更短,端部總高度短5~10mm,有效降低端部繞組銅耗。
? 更好的NVH表現(xiàn):扁線結(jié)構(gòu)繞組有更好的剛度,同時扁線繞組通過鐵芯端部插線,電磁設(shè)計上可以選擇更小的槽口設(shè)計,有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩脈動。
特斯拉、上汽新能源、雪佛蘭Volt、豐田第四代Prius、長城蜂巢、東風(fēng)嵐圖、保時捷Taycan、大眾ID.4、 漢GT、吉利極氪等車型或平臺中都采用了扁銅線定子電機,扁線電機已經(jīng)進入大規(guī)模量產(chǎn)期,未來隨著技術(shù)工藝的進一步成熟,扁線電機的生產(chǎn)成本有望低于傳統(tǒng)圓線電機。
3、?IGBT單管并聯(lián)分立式技術(shù)是降低功率器件成本的有效方式
IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續(xù)流二極管芯片)通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品;封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上,在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。
采用MOSFET以及IGBT單管并聯(lián)技術(shù)(PEBB電力電子集成技術(shù))的理念制作功率模塊,有利于電機控制器靈活擴容,精準(zhǔn)功率匹配,降低成本,保障了產(chǎn)品的可靠性,且具有良好的電磁兼容性。根據(jù)英搏爾公司2021年半年報,其采取單管并聯(lián)方案的“集成芯”動力總成其重量、體積、成本均低于目前主流產(chǎn)品20%以上。
同時,在電機控制器向高壓大功率趨勢發(fā)展的情況下,第三代功率半導(dǎo)體SiC的應(yīng)用成為共識,因其導(dǎo)通電阻小,開關(guān)速度快的特點,運用單管并聯(lián)技術(shù)才能發(fā)揮其最優(yōu)特性。
4、新型功率器件如SiC的應(yīng)用將會極大的提升電機控制器性能
在新能源汽車電機控制器當(dāng)中,電力轉(zhuǎn)換是通過控制IGBT的開關(guān)來實現(xiàn)的。IGBT受材料本身的局限,較難工作在200℃以上。高功率密度的電機控制器需要高效的電力轉(zhuǎn)換效率和更高的工作溫度,這對功率器件也提出了更高的要求,如:更低的導(dǎo)通損耗、耐高溫、高導(dǎo)熱能力等。
基于碳化硅(SiC)單晶材料的功率器件,具有高頻率、高效率、小體積等優(yōu)點(比IGBT功率器件小70%-80%),已經(jīng)在特斯拉 Model 3 車型中得到了應(yīng)用。
碳化硅(SiC)半導(dǎo)體控制器能使新能源汽車實現(xiàn)更長的續(xù)航里程、更短的充電時間、更高的電池電壓。與二代硅基IGBT相比,半導(dǎo)體碳化硅(SiC)750V時能效增加8-12%,總損耗減少約1/7,模塊體積僅為IGBT的1/5左右,開關(guān)頻率為IGBT的5-10倍。
5、系統(tǒng)集成化為確定性趨勢,是技術(shù)發(fā)展和成本壓力下的選擇
電驅(qū)動系統(tǒng)集成化是未來確定性的趨勢,同時集成化產(chǎn)品也增加了行業(yè)的進入壁壘,技術(shù)層面,集成化程度更高的產(chǎn)品優(yōu)勢包括:
? 機械方面殼體、軸等部件上能夠做到集成化,這樣減少了使用零件的個數(shù)與部件的重量,節(jié)省了成本;
? 電氣方面大三電集成能夠減少控制器與電機相連三相線的長度,效率提升的同時也節(jié)省了線束成本,密閉的殼體空間內(nèi)使電磁兼容方面的性能也能夠提升;小三電方面共電路板設(shè)計也能夠降低成本和產(chǎn)品體積。
? 系統(tǒng)層面,集成產(chǎn)品由一家來供應(yīng)也可在最初始階段就進行優(yōu)化設(shè)計達到系統(tǒng)的成本最優(yōu),節(jié)省成本的同時也節(jié)省空間,在整車裝配更迅速快捷。
商務(wù)層面,供應(yīng)商集成化的產(chǎn)品增大了系統(tǒng)的復(fù)雜度,客戶的粘度也更高;主機廠減少了集成工作,對供應(yīng)商更好管理,且集成產(chǎn)品價格更具優(yōu)勢。
2018年,分體式90kw電驅(qū)動系統(tǒng)電機、電控、減速箱、高壓連接線束總價在11000元左右;2020年,集成式90KW電驅(qū)動系統(tǒng)平均產(chǎn)品價格已經(jīng)降到了7500元左右,降幅超過30%,同時體積和重量也下降明顯。
6、 大小三合一產(chǎn)品將會維持一段時間,多合一產(chǎn)品逐漸替代
隨著電驅(qū)動產(chǎn)品集成化的進一步提升,除電機、電機控制器、減速器之外,高壓分線盒、DC/DC、充電機OBC等零部件也可能集成進去,形成功能更全的多合一動力總成系統(tǒng)。華為等廠商都已經(jīng)發(fā)布了N合一的大集成系統(tǒng)。
但我們認(rèn)為,從分體部件到三合一成為主流,再從三合一到N合一產(chǎn)品會有一定過程。主要在于:
? 部件增多,集成難度增加,進而帶來質(zhì)量風(fēng)險更大,對供應(yīng)商的能力要求也更高。
? N合一產(chǎn)品也更為核心,若主機廠自身不能夠集成或掌握集成能力較為擔(dān)心被供應(yīng)商所制約。
? 充配電與動力系統(tǒng)功能相對有所分別,集成帶來的成本降低相對不那么明顯。
華為DriveONE 多合一電驅(qū)動系統(tǒng):業(yè)界首款超融合架構(gòu)的動力域解決方案,集成了電機控制器(MCU)、電機、減速器、車載充電機(OBC)、電壓變換器(DC/DC)、電源分配單元(PDU)及電池管理系統(tǒng)主控單元(BCU)七大部件。
7、根據(jù)車輛的等級及配置不同,車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)配置也有所差別
對高銷量車型的驅(qū)動系統(tǒng)配置進行分析,我們發(fā)現(xiàn)不同等級配置擁有較大差異:
? A00級別的車型電驅(qū)動功率范圍在25-35kw,多為單驅(qū),且基本都為外部采購。
? A級車電驅(qū)動功率范圍有所提高,在100-165kw,但仍多為單驅(qū),產(chǎn)品開始有自身供應(yīng)。
? B級及C級車電驅(qū)動功率一般在180kw以上,且四驅(qū)版配置,即一臺車會配置兩套甚至更多的電驅(qū)動系統(tǒng)。
8、 新能源汽車的發(fā)展帶動電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)增長
我們認(rèn)為新能源汽車銷售量在過去幾年中高速增長,也帶動了電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展,電驅(qū)動系統(tǒng)的搭載量節(jié)節(jié)提升。
根據(jù)NE時代統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年乘用車電機電控搭載量為123.46萬套,而2021年1-3月即已經(jīng)達到50.15萬套。
在新能源車中,純電動乘用車A00、A、B級車,插電混A級車擁有最大的銷量和銷售增速,如之前分析A00級電動車電機功率多為25-35kw,A級及B級車根據(jù)配置不同電機功率多為100kw以上,我們認(rèn)為隨著銷量的增長,這類車型所配套的電驅(qū)動產(chǎn)品將會增速最快,也將擁有最大的出貨量。
9、電驅(qū)動市場規(guī)??蛇_千億元,未來將能夠保持高速發(fā)展
國內(nèi)電驅(qū)動市場高速發(fā)展:在政策及市場的共同推動下,新能源汽車市場未來有望保持高速發(fā)展,也必將帶動電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展。
若2025年新能源汽車銷量達到850萬輛,則國內(nèi)電驅(qū)動市場規(guī)模整體有望達到1088億元;2021年我國電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)的規(guī)模約為378億元。
海外市場也是巨大的增量市場:2020年,乘用車中我國新能源汽車銷售量占全世界新能源汽車銷售量的41%,但歐洲及北美的政策不斷推動新能源汽車的發(fā)展。
假設(shè)2025年我國占世界35%的新能源汽車市場份額,則可推算2025年全球電驅(qū)動系統(tǒng)市場規(guī)??山舆_3100億元。
10、電驅(qū)動系統(tǒng)行業(yè)格局目前較為分散,車廠自供目前占據(jù)較大份額
電驅(qū)動市場目前還有新參與者進入,一起形成了四類主要的供應(yīng)商。我們認(rèn)為整個市場參與者眾多,車廠自供目前占據(jù)較大份額。除去車廠自供之外,市場集中度不高,但第三方廠商中有頭部企業(yè)開始出現(xiàn),行業(yè)仍處于洗牌當(dāng)中。
目前行業(yè)內(nèi)主要有四類廠商:
? 車企旗下:弗迪動力、上海變速器、蜂巢電驅(qū)動、威睿電動、蔚然動力、華域電動、大眾變速器、現(xiàn)代摩比斯、電裝;
? 外資巨頭:日本電產(chǎn)、博格華納、聯(lián)合電子、法雷奧西門子、緯湃科技、采埃孚;
? 自主頭部:匯川技術(shù)、上海電驅(qū)動、精進電動、英搏爾、中車時代電氣、巨一動力;
? 新進入者:華為;此外還有單部件廠商在不斷補齊其它子系統(tǒng)能力,以及創(chuàng)業(yè)公司在不斷的進入。
11、從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看,車廠自供與供應(yīng)商供應(yīng)并存是較為長期的趨勢
由于新能源汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車的驅(qū)動系統(tǒng)不論是機械結(jié)構(gòu),還是控制軟件方面變化都非常大,屬于全新技術(shù),整車廠在初期采取自供的方式主要考慮有:
隨著新能源汽車的銷量逐漸增長,電驅(qū)動產(chǎn)品發(fā)展逐漸成熟,成為“標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品”后,車廠將有望逐漸轉(zhuǎn)向外部采購,未來車廠自供與供應(yīng)商供應(yīng)并存,這將是較為長期的趨勢:
? 市場上較多方案可供選擇時,成本將成為重要的考量因素,而供應(yīng)商通過同一產(chǎn)品供給多家車廠,成本均攤,擁有規(guī)模與成本優(yōu)勢。
? 供應(yīng)商供應(yīng)多個客戶,更加專業(yè),且對先進技術(shù)更敏感。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用,以及產(chǎn)品集成化的提升,主機廠難以如行業(yè)發(fā)展初期一般繼續(xù)大規(guī)模進行研發(fā)投入,供應(yīng)商有望引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。
? 智能電動汽車時代,主機廠的核心競爭力在于智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域,底盤電驅(qū)動系統(tǒng)相對更為“標(biāo)準(zhǔn)化”。
目前在A00車型上已經(jīng)看到,暢銷車型的較低功率電驅(qū)動系統(tǒng)基本都為外部采購。
從2021下半年以來,能夠看到第三方獨立廠商市場份額開始提升。
進入2021年下半年以來,能夠看到第三方獨立廠商市場份額開始提升。我們認(rèn)為車廠對供應(yīng)商的選擇一旦定點,將會是較為長期的合作關(guān)系,從2021年的趨勢來看,未來第三方供應(yīng)商的市場份額將有望逐漸提升。
我們認(rèn)為在當(dāng)前處于洗牌期的市場競爭情況下,只有具有較強實力,能夠有較大出貨量的企業(yè)才能夠不斷的優(yōu)化產(chǎn)品、提升技術(shù)水平、擴大規(guī)模而構(gòu)建更高的競爭壁壘,才能夠在未來勝出。
12、過去三年行業(yè)洗牌,目前行業(yè)處于底部位置,復(fù)蘇勢頭已經(jīng)顯現(xiàn)
隨著新能源汽車銷量的不斷提升,新能源汽車電驅(qū)動部件的出貨量也將隨之提高。但由于補貼的退坡及行業(yè)內(nèi)競爭越來越激烈,整車廠逐漸將成本壓力轉(zhuǎn)移到供應(yīng)商上,尤其是作為三電核心器件之一的電驅(qū)動供應(yīng)商身上,行業(yè)從2019年下行。
電驅(qū)動產(chǎn)品相比電芯標(biāo)準(zhǔn)化程度較低,根據(jù)不同的車型會有不同功率的產(chǎn)品匹配,與電芯可大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)有所不同。同時其進入門檻對比電池行業(yè)相對較低,因此參與廠商較多,所以在行業(yè)下行期間市場競爭更為激烈,未能如電池行業(yè)走出類似寧德時代、恩捷等能占據(jù)較大市場份額的公司。
經(jīng)過近3年的行業(yè)洗牌,可以看到2021年H1,行業(yè)內(nèi)頭部公司的收入已經(jīng)接近2020年全年的收入,并且毛利率也開始改善。我們認(rèn)為行業(yè)頭部公司已經(jīng)開始顯現(xiàn),并且當(dāng)前集成化的產(chǎn)品供應(yīng)市場壁壘更高,未來第三方獨立電驅(qū)動系統(tǒng)公司將會迎來高速發(fā)展期。
編輯:黃飛
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