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新能源汽车三电是什么?新能源汽车产业链全景图

2021-10-18 15:06:27 芝麻财技原创 芝麻财技 0

新能源汽车是一个新的产业赛道,使用非常规车用燃料(汽油、柴油等)作为动力来源的汽车。新能源汽车可分为纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车三类。根据《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,2025年新能源汽车新车销量渗透率达到25%左右。由此推算新能源汽车销量将保持33%的复合增长率,仍处高速增长阶段。

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据悉,新能源汽车的零部件数量只有传统汽车20%,电池、电机、电控等核心零部件是价值所在,整车环节的重要性大大降低,传统车企发动机技术优势不再,传统车企供应链整合优势不再,使得我国在汽车工业方面实现弯道超车成为可能。

其中,电池、电机、电控(简称“三电”)是新能源汽车最核心的三个部分。无论从技术层面还是产业层面,三电系统都是新能源车区别于传统燃油车最关键的特征,无论是买车还是了解新能源车,核心都要从三电系统入手

一、电池

电池,绝对是新能源车“三电系统”中最受大家关注的,它很大程度决定了新能源车的续航能力,也占据了新能源很大成本部分。

一般来讲,动力电池容量、能量密度是影响整车续航里程的主要因素,大家买车也主要看它。

目前,新能源汽车主要用的是锂电池,而锂电池主要由 正极、隔膜、电解液、负极等部分组成,其中 正极 是电池制造成本的核心。

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关于电池部分,之前「芝麻财技」公众号有关专门的梳理,感兴趣的朋友可以具体看看《锂电池产业链全景梳理 新能源车锂电池产业链细分龙头个股大全》。

二、电机

电机是指新能源车中的驱动电机(简称电动机),它相当于传统燃油车的发动机,主要是将电池的电能转化为机械能,是车辆动力的直接来源。电机主要由定子、转子、机壳、连接器、旋转变压器等部分组成,其中定子和转子是最重要的,但原理比较复杂,这里就不展开介绍了。

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按技术划分,目前电机可以分为四类:永磁同步电机、交流异步电机、直流电机、和开关磁阻电机。

其中,永磁同步电机和交流异步电机是目前新能源车主要的电机类型,但相对而言,永磁同步电机是目前的绝对主流,交流异步电机目前主要少数用在欧美一些厂商中。而直流电机、和开关磁阻电机因技术落后,已被淘汰。

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产业链方面,电机也分为上、中、下游,国产化程度较高 。

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上游零部件:最主要的原材料为汝铁硼永磁体,这是第三代稀土永磁材料。中国拥有全世界最多的稀土资源储量,储量占世界的 36.7%,产量占 80.5%,同时系统加工和提炼技术也是国际领先水平。这是我国驱动电机产业发展的一大优势。而轴承和轴承盖方面,目前我国的相关产品有一定的竞争力,但还是针对新能源汽车驱动电机专用的轴承,我国在这方面产品研发尚不完善。相比国际领先企业如瑞典斯凯孚、日本 NSK 等,在性能、耐用性、材质等方面差距仍然比较大。

中游电机制造:目前我国本土的制造商在核心技术和制造工艺方面都有不错的表现,能够自主开发满足各类新能源汽车所需的电机产品;

下游汽车厂商:中国在新造车势力的影响下涌现出众多新能源汽车主机企业,主要涉及比亚迪、北汽新能源等新能源乘用车主机厂与宇通客车、中通客车等商用车主机厂。

中国新能源汽车行业在政策扶持的驱动下快速发展,以比亚迪、北汽新能源、华域汽车为代表的领先主机厂已开始搭载自主研发生产的驱动电机,导致中国新能源汽车驱动电机行业内第三方制造商的议价能力不断减弱。

以 2020 年国内驱动电机市场格局来说,排名前五的装机企业中,只有特斯拉来自国外。

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随着技术的积累与集成化设计的深入,新能源汽车驱动电机生产成本将不断下降,有效促进行业内第三方电机制造商毛利率的提升。预计未来五年中国新能源汽车驱动电机行业市场规模将保持稳定增长态势。

三、电控

新能源汽车有了电池和驱动电机之后,就能跑了。但是怎么跑,怎么变速,什么时候刹车,如何爬坡等等,这时候就需要有个系统来控制,这就是电控系统。它就相当于新能源汽车的大脑,对整个车辆的运行和动力输出进行合理的控制。

和传统的燃油车相比,新能源汽车电气系统变化巨大,对电控系统的要求也更高更复杂。

一般来说,电控系统主要由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成,与车上的机械系统配合使用,并利用电缆或无线电波互相传输讯息。

新能源车的电控系统核心组件包括逆变器、驱动器、电源、控制器、保护模块、散热系统、信号检测模块等等,但最核心的部件有三个:逆变器、驱动器和控制器

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和驱动电机类似,电控系统产业链也分上中下游,上游主要是各种电子元器件供应商,中游主要是系统集成和制造商,下游则是新能源汽车主机厂,也就是我们常见的各种汽车品牌。

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新能源汽车电控系统行业产业链各环节连接紧密,但受上下游挤压较大,行业内竞争较为激烈。整个产业链中,最关键的是上游的元器件供应,也就是“三大件”中的逆变器核心模块:IGBT(绝缘栅双极型晶体管)

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别看它是一个小小的功率半导体器件,但它在电控系统中是高技术壁垒的核心元件,成本可以占到整个电控系统的 40-50%

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目前,中国 IGBT 市场供应商主要由三菱、英飞凌、富士、赛米控等国外巨头占据,绝大多数的产品还需要依赖进口。特别是在高端大功率 IGBT 产品上,英飞凌、瑞士 ABB 等国外领先企业拥有绝对的技术优势。

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不过,随着国家政策的引导和国内企业的努力下,国内 IGBT 行业发展已经取得了长足进步,也有一些企业具有相当的实力。例如中国中车时代就是国内唯一全面掌握 IGBT 芯片研发、模块封装、测试和应用的企业,并且在高电压等级的 IGBT 产品上也拥有很强的实力,目前在高铁、轨交牵引变流器上已经实现了国产替代。

比亚迪半导体在 IGBT 方面也拥有强大的实力,是国内少有的能自给自足的车规级 IGBT 供应商。在技术方面,他们的 IGBT 产品在部分性能上已经可与国际大厂媲美,当然整体上和顶尖企业的差距还是有的。

国内IGBT相关公司,不仅受益于新能源汽车电控国产替代,还益于风电、光伏等产业。IGBT作为汽车、光伏逆变器及风电整流器核芯器件,占成本构成3-4成以上,将持续受益于行业爆发趋势,值得研究与关注

以下是国内IGBT相关公司一览:

1、中车时代半导体:已成为国际少数同时掌握大功率晶闸管、IGCT、IGBT及SiC器件及其组件技术的IDM(集成设计制造)模式企业代表,拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片线。

2、斯达半导:作为国内IGBT行业领先者,在多个细分领域具有技术优势,展现出扩张态势;且在工控及新能源汽车领域已拥有一定的市场份额。

3、士兰微:目前国内最大的以 IDM 模式(设计与制造一体化)为主的综合型半导体产品公司。细分市场上,士兰微打破国外公司对IGBT的长期垄断,处于国内领先水平。

4、华虹半导体:公司在无锡的华虹七厂是聚焦特色工艺、覆盖90~65纳米工艺节点、规划月产能4万片的12英寸集成电路生产线。

5、宏微科技:一直专注于功率半导体芯片、单管和模块研发及应用,在 IGBT、FRED芯片及模块方面进行了深入设计,积累了丰富的设计和制造经验。

6、新洁能:专业从事半导体功率器件的研发与销售;且公司是中国半导体功率器件十强企业,掌握多项核心技术。

7、比亚迪半导体:2009年公司自主研发的IGBT打破西方垄断,目前是国内车规级IGBT领导厂商。

8、 华润微:拥有芯片设计、晶圆制造、封装测试等全产业链一体化运营能力,在国内MOSFET市场占有率仅次于英飞凌与安森美。

总结:

综合来看,新能源汽车的核心“三电”彼此关系很密切,特别是电池是绝对核心,产业链中包含众多国产相关公司。而电机和电控,则常常被放在一起说,未来新能车的“集成化”也会越来越高。

集成化,简单的说就是把新能源汽车三电系统乃至以外的核心零部件整合到一块,例如电机和电控系统的开关器件、电路、控制器、传感器、电源等集成到标准的模块中,形成一个多合一的系统模块,从而提升汽车电气系统的运行效率和传统效率,还能降低重量,节省空间和成本,优势很多。

最后值得一提的是新能源三电系统在电机方面还有一个不可忽视的技术趋势,那就是轮毂 (gǔ) 毂驱动,它可能是未来重要的发展趋势。

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所谓轮毂式驱动,简单说就是在车轮的轮毂里面安装电机,将传输的转矩直接传导到车轮,这样可以为车身内省却离合器、变速器等众多传动部件,提升传动效率的同时,还能释放汽车的空间。

总体来说,未来新能源汽车的“三电系统”总体会走向整合、数字化、智能化,这既是新能源车发展的需求,也是先进科技与能源革命深度融合的趋势使然。随着中国新能源汽车产业链的蓬勃发展,相信未来会迎来技术领先,这将使得我国在汽车工业方面实现弯道超车成为可能。

最后附上新能源汽车产业链全景图,由「芝麻财技」公众号制图。

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