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行业新闻

报告 | 看新能源汽车电机电控市场,谁主沉浮

2018-01-12 09:02:05


新能源汽车的三大核心零部件包括电池、电机和电控。电池是新能源汽车的能量来源,而电机和电控则构成新能源汽车的驱动系统,是新能源汽车的动力输出单元。电机及控制系统决定了新能源汽车的爬坡、加速、最高速度等动力性能,是新能源汽车的核心构成部分。



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电机及控制系统是新能源汽车的核心部件


简单的来说,新能源汽车运行过程中,先是整车控制器检测油门、刹车信号,并发送转矩命令到电机控制器,再到电机控制器通过控制驱动电机的电压和电流,完成对电动机转矩的控制,经过上述步骤,汽车最终实现启动或停止。

由于对于整车来说,电池容量是固定的,因此在这个过程中电机及控制系统的能耗直接决定了固定电池容量情况下的续航里程。鉴于此,新能源整车的电机及控制系统与普通的工业电机相比,具备一定的性能特征:

第一,高功率密度。功率密度是指电机输出能量与电机质量的比,单位Wh/kg。高功率密度的要求,是为了实现轻量化,适应有限的车内空间,同时降低整车能耗。

第二,高转矩。转矩又称扭矩,是使物体发生转动的一种特殊的力矩。发动机的转矩是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系,转速越快扭矩越小,反之越大。如果新能源汽车的电机转矩太小,就带不动所要带的物体,感官上就是电机的“劲”不够大。高转矩的特征,是为了满足低速运行时具有大转矩,汽车得以快速启动、加速、爬坡;高速运行时能够实现高转速、调速范围宽,从而汽车得以在平坦路面高速行驶、超车等要求。

电动机的转矩与旋转磁场的强弱和转子笼条中的电流成正比,和电源电压的平方成正比所以转矩是由电流和电压的因素所决定的。

第三,高效率。电机的效率是指电机输出功率与输入功率的比值。高效率是为了满足电池一次充电后的续驶里程尽可能长。

其他,包括NVH性能优秀,从而能给用户带来直观上的舒适体验;响应快,可适应路面变化及频繁启动和刹车等等。

电机及控制系统作为新能源汽车的核心构成部分,其成本占新能源汽车的成本比例在21%左右。虽然没有电池的成本占比高,但是与下游新能源汽车类似,不论电池的技术路线是锂电池、固态电池还是氢燃料电池等等,都同样需要电机电控,其对电池种类的敏感度较低,确定性较高,因此同样值得关注。





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国内目前的主流是永磁同步电机


目前市场上应用最广泛的新能源汽车电机有三类:永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机。




同步和异步电动机的区别在于:转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场速度是否相同(转子和定子,前者是电动机的旋转部分,后者是静止不动、产生旋转磁场的)。速度相同为同步电动机,速度不同则为异步电动机。速度不同的原理是转子通过定子产生磁场的感应作用来专用,因此速度略低于磁场速度,因此异步电机又称为感应电机。而永磁同步电机则是转子上放有永磁体磁极,专门接入直流电讲转子变成一个电磁铁,从而不需要通过切割磁感线来获得电动势,二者保持同速相对静止,即同步电机。

在这三类电机中,交流异步电机的优点是成本较低、结构简单,目前主要用于以特斯拉为代表的欧美系品牌,而缺点则是功率密度相对低;永磁同步电机的特点是效率高、转矩和功率密度大,尺寸小、重量轻,目前主要用于丰田和本田等日系品牌,另外特斯拉Model3也搭载永磁同步电机产品,但由于永磁同步电机需要稀土材料制成的永磁体为原材料,一定程度上受到资源的限制,成本相对较高,结构也相对交流异步电机更为复杂;开关磁阻电机目前应用较少,因为虽然具备简单可靠、系统成本低的优点,但转矩波动大、噪音大的缺点难以避免,因此应用比较受限,目前以商用车的应用居多。

就目前来看,我国由于在稀土资源方面的优势,电机市场主要以永磁同步电机为主流。


2016年我国新能源汽车驱动电机种类情况



在工信部已经公布2017年前10批新能源汽车推荐车型目录中,乘用车、客车和专用车中永磁同步电机占比都在80%以上,各批永磁同步电机占比均在80%以上,应用占比优势明显。

另外特斯拉前两款车ModelS和ModelX在采用交流异步电机路线后,新车Model3改用永磁同步电机路线,并于2016年10月与中科三环(000970.SZ)签订3年期的钕铁硼磁体采购条款,永磁同步电机的主流趋势得到进一步印证。



从电极材料的成本构成可以看出,该产业链上游主要是原材料厂商,主要是用于生产永磁体的钕铁硼材料、定子转子中用到的硅钢材料等。



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国内电控领域IGBT模块是核心

但主要被国外技术垄断


电机控制器作为新能源汽车中连接电池与电机的电能转换单元,主要包含硬件部分的IGBT功率半导体模块及其关联电路等,以及软件部分的电机控制算法及逻辑保护等。一般来讲,电机控制器主要包括:电子控制模块,驱动器和功率变换模块。



电控核心零部件IGBT模块,在电控零部件的成本占比最高。我国虽然是世界上最大的功率半导体市场,占世界市场份额50%以上,但中高端IGBT等功率半导体主流器件目前仍被国外企业垄断。国内对IGBT的90%的需求皆来自进口,比亚迪、中车时代电气等企业则通过自建或收购海外IGBT产能来分得剩下的小块市场。

目前来看,国际厂商起步早,研发投入大,专利壁垒高,且国外高端制造业水平较高一定程度上支撑了国际厂商的技术优势。未来在该领域,可能存在进口替代的变化,但也要冷静的认识到,目前IGBT芯片和模块在国内尚未完全形成产业布局,高端市场占有率仍与外资品牌存在较大差异。电控的核心零部件市场能否实现进口替代,尚需国内企业的技术创新来支撑,而其成本也将直接影响电控整体的成本下降空间。



关于电控部分的主流技术,目前则是以矢量控制技术和直接转矩控制技术为主导。这一技术与配套的电机系统其实是相关的,电机系统从早期的直流电机,演变到现在的广泛使用永磁同步和交流异步电机,电控系统也随之转变为更适合目前电机技术的新模式。



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行业规模与市场现状


由于下游的新能源汽车市场景气度较高,因此拉动了电机与电控行业的发展。根据《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》,到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆。再结合相关公开数据,目前乘用车、客车和专用车对应驱动系统价格分别为4万元、10万元和6万元,2016年乘用车、客车和专用车的销量占比大概为6:3:1。据此推算驱动系统市场规模,到2020年我国新能源汽车驱动系统市场规模将达1200亿元,与2016年的292亿相比,年复合增速大概在42%左右。

行业市场规模迅速增长,市场内的参与者也众多。目前,我国新能源汽车驱动系统的厂商主要有三类:

第一类是具备电机电控供应链的整车厂电机电控全部自供且部分由少量外销,该类厂商一般为传统车企,具备完整的零部件生产能力,如:比亚迪、北汽新能源等。然而除了比亚迪、北汽新能源等具有整车制造能力的新能源车企以外,还有14家拥有新能源乘用车生产资质的,拿到新能源专用牌照的厂商。这部分厂商没有整车生产经验,例如:长江汽车等等。针对这部分厂商来说,当前情况下与第三方电机与控制系统的生产企业进行合作就成为其必然选择。

第二类是新能源电机与控制系统专业制造商,可以提供包括电机电控等的完整驱动系统,如上海电驱动,正海磁材等。

第三类是只生产电机或电控的厂商电机厂商如精进电机、方正电机,电控厂商如汇川技术。

而2016年电机电控的装机数据来看,整车车企自供占55%左右,第三方提供占比约45%,即目前市场的相对主流是第一类厂商。随着新能源汽车行业的高速增长,新能源专用牌照的发放将带来的是专门制造新能源汽车的新车企的崛起,在这样的背景下,新能源汽车产业链分工细化有一定必要性。未来第三方驱动电机系统企业有获取新增订单、与整车企业间成立合资公司等等多种发展机遇,而在这样激烈的竞争下,具备核心技术、成熟驱动电机系统产品经验优势的企业更将脱颖而出。


2017年电机市场份额



2017年电控市场份额



国内外部分新能源汽车驱动电机类型及供应商情况如下表所示:


乘用车


商用车




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总 结

电机电控是决定新能源汽车动力性能的核心构成部分,目前成本合计占整车比例约20%-30%。当前国内主流的电机技术路径是永磁同步电机,这与我国是永磁材料资源大国紧密相关,而电控的技术路径主流是矢量控制技术和直接转矩控制技术,这一点也是与当前的永磁同步电机最相配合的。

目前三类电机电控厂商中占比最多的是整车企,占比55%,剩下为第三方厂商供货。未来随着新能源汽车专用牌照的发放,新进入的新能源车企仍将存在对第三方电机电控的需求,而且电机电控两部分存在配合关系,因此未来能够生产整体的驱动系统的第三方龙头企业可能会有较大的发展空间,更值得关注。

产业链上,永磁同步电机主要是受上游原材料价格影响,其成本构成中45%皆来自永磁体,但由于目前钕铁硼永磁材料行业尚属于产能过剩局面,并未有明显改善,因此稀土原材料价格的上涨向下游电机行业的传导能力不足。而电控领域主要的IBGT功率模块主要依赖进口,更多地是期待国内能够技术创新实现进口替代。总体上,从长期看下游新能源汽车行业的风口是带动整个产业链发展的原动力,大行业的成熟和发展需要整个产业链从技术、成本各方面都出现具备强大竞争力的公司。而在当前的补贴退坡的过程中,产业链上下游都面临压缩成本的压力,在这个过程中胜出的龙头更可能是高技术性、成本控制能力强的公司。



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主要电机电控上市企业


汇川技术(300124.SZ)


新能源客车电控龙头,服务于新能源汽车领域动力总成核心部件,包括各种电机控制器、辅助动力系统等,属于第三方电控厂商类型。公司是宇通客车独家电控配套企业,并与东风汽车、陕汽通家等物流车制造商合作,发力新能源专用车市场。目前公司为国内新能源客车电控产品的最大供应商。


方正电机(002196.SZ)


是微电机及控制器,节能与新能源汽车驱动总成,汽车控制系统的领军企业,自产电机,外购电控,同为独立第三方目前有深圳高科润,上海海能,广西三立,杭州德沃仕,湖北方正,越南方正等6家子公司。合作厂商包括乘用车:众泰、上汽通用五菱,商用车:珠海银隆、中通、众泰、宇通等。


大洋电机(002249.SZ)


与北汽合资成立驱动系统子公司,同时收购了国内驱动系统领先企业上海电驱动、入股全球燃料电池巴拉德,向新能源汽车全产业链布局。其中,上海电驱动股份有限公司一直致力于节能与新能源汽车用电机驱动系统的研发,现已成为业内领先的新能源汽车驱动系统解决方案供应商。公司产品分别在一汽、奇瑞、长安、上汽、东南、华泰、五菱、华晨、长城、中通、恒通、宇通、申沃、苏州金龙等国内整车中得到成功应用。 


正海磁材(300224.SZ)


国内钕铁硼永磁材料的主要供应商,15年实现控股国内驱动系统公司上海大郡,目前以钕铁硼和新能源汽车电机驱动系统为双主营。其中,上海大郡动力控制技术有限公司具有完全自主知识产权的电力电子、电机控制核心技术,面对主要的混合动力,纯电动汽车产品开发应用发展方向,搭建了ISG电机系统、纯电动牵引电机系统、双电机系统及大功率电机驱动系统等四大电机控制系统产品平台的开发,并在此基础上衍生出多种应用产品,以满足不同类型的新能源汽车开发的需要。


江西江特(002176.SZ)


江西特种电机股份有限公司是一家集研发、生产、销售新能源汽车、锂矿采选深加工及机电智能化产品为一体的国家高新技术企业,国家电机行业骨干企业,深圳证券交易所上市公司。公司员工近6000人,直接和间接控股的公司达20多家,目前形成了锂矿采选深加工、电动汽车生产全产业链。公司完成了新能源汽车、锂矿、机电三大产业的布局。


华域电动(600741.SH)


华域汽车电动系统有限公司是国内最大的零部件集团华域汽车的控股子公司,是国内具有领先技术的新能源汽车核心零部件供应商。主营业务为研发、生产、销售各类车用电机及其控制系统。华域电动自主研发了包括永磁同步电机PMSM、电力电子箱PEB及助力转向电机EPS在内的多款新能源汽车核心零部件,这些产品可按照不同车型平台的技术要求进行定制,并安装在纯电动、混合动力等多种新能源汽车上。并已掌握最新的扁铜线导体电枢工艺,具有功率密度高、效率高、输出扭矩大、防护等级高等优点。


中车时代电气(03898.HK)


株洲中车时代电气股份有限公司基于在轨道交通领域电传动技术的积累与沉淀,自2001年起先后承担了20多个国家“863”新能源汽车课题。电机驱动系统产品涵盖混合动力车、纯电动车、新能源专用车等领域。2014年建立了国内首条8英寸IGBT生产线,自主研发汽车级IGBT芯片及模块产品并成功应用,打破了国外对关键IGBT器件的技术垄断,推进了IGBT器件国产化应用进程。


蓝海华腾(300484.SZ)


深圳市蓝海华腾技术股份有限公司是一家拥有完全自主知识产权,专业致力于中低压变频器、伺服驱动器、电动汽车电机控制器、逆变器等电力电子产品的研发、制造、销售和服务的“国家级高新技术企业”和“软件企业”。掌握电机驱动的核心控制技术,同时具有完善的产业化设计和生产能力,拥有丰富的产品系列,产品电压等级涵盖200V、400V、690V、1140V,产品功率范围覆盖0.4kW~3000kW,可满足各类高、中、低端市场的应用需求。


大地和(831385.新三板)

深圳市大地和电气股份有限公司致力于永磁电机、异步电机及其控制器的研发、生产与销售一体的高新技术企业。目前,大地和产品规格齐全,品种多样,系统广泛适用于电动牵引车、电动游览车、电动运输车、电动小轿车、轻型客车改装等。