電機電控受下游推動高彈性成長,行業整合拉開帷幕。

根據測算,2017-2020年國內新能源汽車年產銷增長150-200 萬輛時,新能源汽車電機、電控及動力總成的市場規模將從240億元上升至480億元,是新能源汽車零部件中彈性較大的細分市場。目前電機電控市場處于快速成長階段,行業尚未定型,第三方動力總成企業市占率均在10%以下,且電機電控產品對上游產能依賴性較低,技術差異化顯著,具有產品和客戶競爭力的企業有能力迅速脫穎而出。

總成集成化和核心零部件進口替代是動力系統成本下降的必要途徑。

在新能源汽車補貼逐年退坡的情況下,在電池成本得到壓縮之后,電機電控系統將同樣受到來自下游的成本壓力倒逼。除電機、電控自身降本降重外,具備電機電控甚至電池電機電控動力總車集成能力的企業將獲得顯著的成本競爭力。此外,IGBT等核心零部件在電機電控中的成本占比超過40%,核心器件國產化正在快速推進,將為電機電控產業帶來超過20%的成本下降空間。

乘用車、專用車帶動新能源汽車恢復增長,永磁電機受益顯著。

2017年新能源汽車補貼調整政策最終落地,中央補貼下調約20%,地方補貼不高于中央補貼的50%,整體判斷乘用車、專用車影響小于客車。政策驅動下,市場和行業的熱點將迅速發生切換,乘用車、專用車供應鏈企業將迅速受益。2016年第4、5批新能源汽車補貼目錄集中釋放了424款電動專用車車型,2017年專用車將成為拉動新能源汽車市場整體上升的主要力量,適用乘用車、專用車的小體積、高功率的永磁電機市場需求將得到放大。

(一)電機電控是決定新能源汽車性能的關鍵部件

新能源汽車作為傳統燃油汽車的替代品,其主要電氣系統即為在傳統汽車“三小電”(空調、轉向、制動)基礎上延伸產生的電動動力總成系統“三大電”——電池、電機、電控。其中,電機、電控系統作為傳統發動機(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,新能源汽車電機、電控系統面臨的工況相對復雜:需要能夠頻繁起停、加減速,低速/爬坡時要求高轉矩,高速行駛時要求低轉矩,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航里程。

因此,電動汽車驅動系統在負載要求、技術性能和工作環境上有特殊要求:其一,驅動電機要有更高的能量密度,實現輕量化、低成本,適應有限的車內空間,同時要具有能量回饋能力,降低整車能耗;第二,驅動電機同時具備高速寬調速和低速大扭矩,以提供高啟動速度、爬坡性能和高速加速性能;第三,電控系統要有高控制精度、高動態響應速率,并同時提供高安全性和可靠性。

電機電控系統作為新能源汽車產業鏈的重要一環,其技術、制造水平直接影響整車的性能和成本。目前,國內在電機、電控領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能力,具備系統完整知識產權的整車企業和零部件企業仍是少數。隨著國內電機電控系統產業鏈的逐步完善,電機電控系統的國產化率逐步提高,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。

此外,隨著整車車體結構輕量化的推進,電池、電機、電控系統在新能源汽車整車中的成本占比也逐漸上升。根據Argonne國家實驗室統計數據,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。在新能源汽車補貼逐步退坡的政策驅動下,動力總成成本、重量下降的壓力將逐步向上傳導至電機、電控產品廠商,具備技術、規模優勢的供應商將在成本下降的過程中占據優勢。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。

▲圖1?純電動轎車成本拆分??? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

▲圖2?純電動小型貨車成本拆分

(二)永磁同步、交流異步電機成為驅動電機主流技術

電動機在工業中的應用非常廣泛,功率覆蓋范圍寬,種類也很多。但由于新能源汽車在功率、轉矩、體積、質量、散熱等方面對驅動電機有更高的要求,因此,相比工業電機,新能源汽車驅動電機必須具備更優良的性能,如:小體積以適應車輛有限的內部空間,工作溫度范圍寬(-40~1050C),適應不穩定的工作環境,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,因此驅動電機的種類相對較少,功率覆蓋也相對較窄,產品相對集中。

目前,應用于新能源汽車的驅動電機主要包括直流電機、交流電機和開關磁阻電機三類,其中在目前乘用車、商用車領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、開關磁阻電機等。其他特殊類型的驅動電機包括輪轂/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,是否能夠大規模推廣需要更長時間的車型驗證。

交流異步電機的優點在于結構簡單,定子轉子無直接接觸,運行可靠性強,轉速高,維護成本低。不足之處在于能耗高,轉子發熱快,高速工況下需要額外冷卻系統;功率因數低,需要大容量的變頻器,造價較高,調速性較差。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。

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域,部分中小型客車亦開始嘗試使用永磁電機作為驅動源。永磁無刷直流電機則一般在小功率電動汽車、低速電動車領域應用較為廣泛。

開關磁阻電機結構和控制簡單、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,但轉矩脈動嚴重,非線性嚴重,在電動汽車驅動中有利有弊,目前電動汽車應用較少。直流電機多用于早期的電動汽車驅動系統,目前新研制的車型已經基本不再采用。

▲圖3不同類型電機的性能對比

(三)電控系統集成化是未來發展趨勢

電機控制器在傳統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對車用空調壓縮機、轉向助力泵電機等進行調控的功能。電動汽車電機控制器作為控制電動汽車驅動電機的設備,通過接收整車控制器和控制機構 (制動踏板、油門踏板、換擋機構)傳送的控制信息,對驅動電機轉速、轉矩和轉向進行控制,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”的電控產品已經在電動汽車中投入應用,同時集成了傳統汽車分立的空調壓縮機、轉向助力泵電機、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。

電控系統的設計和標定與電機系統相關程度較高,根據匹配電機的不同,電控系統需要開發不同技術平臺。早期的直流電機一般采用脈寬調制(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,電控系統的復雜程度迅速上升,矢量控制技術和直接轉矩控制技術成為電控產品的技術主流,電動乘用車的普及對于電機和電控系統的集成程度要求也越來越高。可以預見的是,未來電機與電控企業的業務交叉程度將逐步提高,可提供電機電控一體化動力總成產品的企業將有助于整車企業進一步降低車重和成本,將具有更大的競爭力。

(一)騙補清查+政策護航,產業迎來穩定發展階段

1、宏觀性政策正向推動新能源汽車健康發展

2016 年國內新能源汽車行業在監管層面受到較大沖擊,銷量較2015年全年351%的高增速出現了顯著回落。根據中汽協統計數據,2016年1-11月新能源汽車產銷分別為42.7萬輛和40.2萬輛,同比增長59%和60.4%。其中純電動汽車產銷34萬輛和31.6萬輛,同比增長75.6%和77.8%;插電式混合動力汽車產銷8.7萬輛和8.6萬輛,同比增長16.2%和18%。

2016 年上半年以來進行的騙補清查工作標志著行業發展有序化的開始,15年出現的新能源汽車井噴式發展將不再出現,15年底出現的非正常搶裝現象也將得到遏制。根據中汽中心數據,2016年我國新能源汽車銷量累計達到51.7萬輛,實現平穩增長。2016年11月29日國務院發布的《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出,2020年實現當年產銷200萬輛以上,累計產銷超過500萬輛。由此測算,十三五期間我國新能源車年均增速可穩定達到 50%以上。?

此外,16年全年新能源汽車政策的深度調整對于行業也起到了規范和穩定的作用。2016年,發改委、工信部等部門先后發布《新能源汽車碳配額管理辦法》和《企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理暫行辦法》的征求意見稿。

其中,碳配額制針對所有新能源汽車,汽車企業通過生產新能源汽車滿足規定的碳減排指標,同時也可在碳交易市場對碳配額進行交易。通過借鑒美國加州ZEV政策,對新能源汽車產能進行市場化調節,同時將新能源汽車發展由補貼制轉為獎懲制,促進整個汽車行業轉型升級。燃料消耗和新能源積分制主要針對乘用車企業,通過參考美國CAFé 制度建立雙積分制度,燃料消耗量和新能源汽車負積分必須用新能源汽車正積分進行沖抵平衡,且新能源汽車正積分可交易不可轉結,燃料消耗量正積分可交易或結轉;2018-2020年的新能源車積分比例分別為 8%、10%、12%。

在此積分制度下,以年產 300 萬輛燃油車的企業為例,2020年新能源車積分需要達到36萬分,以2020年主流純電動乘用車續航里程25-350km獲得4積分估算,對應年產新能源乘用車需要達到9萬輛以上,如考慮插電混動汽車,產量甚至需要接近12萬輛,將有效促進傳統燃油汽車企業轉型生產新能源汽車。工信部預測,在雙積分平衡制度下,2016-2020年全行業累計生產新能源乘用車可達到約558萬輛,2020年當年可生產新能源乘用車約200 萬輛。

2、補貼政策終落地,行業修復接近尾聲

2016年12月的最后兩天,市場期待了近一年的新能源汽車補貼政策調整方案終于靴子落地,國家財政部發布《關于調整新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,中央財政補貼的標準在2016年的基礎上退坡20%,加上地方補貼不高于中央補貼的50%的附加條款,總體下調幅度將達到30%以上。

盡管本次補貼下調的技術條件更針對電池系統,但整車企業補貼的下滑,上游電機、電控市場的利潤空間在電池之后也勢必將遇到下行壓力。盡管對于電機、電控行業而言,目前競爭程度較電池等行業為輕,成本具備較大的下降空間,但電機、電控生產投資成本較低,原材料(鋼材、銅材、稀土磁材等)占比較重,受到上游價格波動的影響更為明顯。因此具備足夠技術和集成實力的企業,才能依靠技術優勢快速降低單位功率的驅動成本,才能在即將到來的新能源車行業快速增長中獲得最大的紅利。

(二)物流車、乘用車恢復性增長拉動行業走出低谷

隨著12月2日第4批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》公布,電動載貨汽車、自卸式垃圾車、廂式運輸車、郵政車等專用車型共244款進入目錄,標志著市場一直擔憂的專用車補貼確定性問題得到了初步解決。盡管補貼政策尚未正式公布,但隨著騙補罰單正式落地,政策落地的預期逐步增強

▲圖4? 2015-2016年純電動專用車產量及同比增速

根據國家統計局數據,截至2015年我國中型、輕型、微型貨車的保有量分別達到196.40萬、1300.02萬和 12.23萬輛,以專用汽車占比30%估算(發達國家一般為 50%左右),專用車保有量約為450萬輛左右。根據中國汽車研究中心統計數據,2016年1-10月,我國物流運輸類、工程建設類和作業服務類汽車銷量分別達到 56.6萬輛、3.7萬輛和10.6萬輛,同比分別為15.8%、-13.0%和13.6%,而截至2016年11月,我國累計生產的純電動專用車僅約為8萬輛,僅占專用車保有量的1.78%。考慮電商、居民消費對于中短途物流的需求具有強拉動作用,廂式、自卸式專用車在未來3年間將迎來大規模增長。且中短途物流車、環衛車具有日行駛里程適中(300-500km/天),行駛路線較為固定的優勢,具備電動化的條件,因此專用車有望在2017年將迎來增量和存量替換的雙重電動化浪潮。

新能源乘用車方面,2016年受到騙補清查的影響相對較小,全年各月單月銷量仍能保持同比增長。2016年1-11月,國內共生產新能源乘用車21.13萬輛,同比增長73.6%,而同期國內新能源客車僅生產8.02萬輛,同比增長32.5%。受到國內主要城市限購、乘用車企業雙積分制正式實施等政策性因素的影響,預計2017年新能源乘用車仍將保持50%以上的增速增長,全年產銷量有望突破35萬輛。

?▲圖5? 2015-2016年純電動乘用車產量及同比增速

(一)行業尚未定型,中小企業大有可為

作為新能源汽車“三大電”之二,相比動力電池行業的快速發展以及高關注度,國內電機電控行業則相對“低調”。電機電控行業受市場關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業基本與國內電動汽車市場同步啟動,整車企業對于電動汽車的研發、采購、生產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的標準和體系也尚未成型;

其二,鋰電池在3C等領域應用有近20年歷史,行業形成了相對完整的技術標準和產品體系,轉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電機技術路線和要求差別較大,專業企業中很大一部分仍為10 年以內的創業型企業,行業尚未形成清晰穩定的市場格局。

目前,新能源汽車驅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,由其自有生產能力或關聯供應鏈企業向其供應全部或部分電機電控產品,部分整車廠的電機電控產品也少量外銷。這類企業一般為傳統汽車制造企業,經過多年積累,具備完整的零部件生產能力。目前國內的主機廠中,比亞迪、北汽新能源、江鈴新能源、長安新能源、中通客車、廈門金龍等企業均具備自主供應電機電控產品的能力。

第二類是專業從事汽車零部件供應或專業從事電機電控產品供應的企業,其中包括專業汽車零部件供應商,如采埃孚(ZF)、大陸(Continental)、博世(Bosch)、日立(Hitachi)、現代摩比斯(Mobis)等國際汽車供應量巨頭;以及國內外新興的專業電機電控制造企業,如上海電驅動、上海大郡、精進電動、臺灣富田電機(Fukuta)等。此外,部分傳統工業電機、變頻器等生產企業也依靠在研發、生產上的技術積累,積極轉型介入新能源汽車電機電控相關產品的供應,如匯川技術、英威騰、臥龍電氣、方正電機、江特電機等。

目前國內電動汽車大部分仍由北汽、比亞迪等傳統汽車企業生產,因此整車企業自供電機電控組件占比相對較大。隨著新能源汽車專業制造企業尤其是輕資產型互聯網汽車企業的迅速崛起,新能源汽車產業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。

(二)進口替代任重道遠,產業鏈細化勢在必行

2016 年10 月26 日中國汽車工程學會年會上發布的《節能與新能源汽車技術技術路線圖》,在純電動與插電式混合動力汽車技術路線中,提出2020年純電動乘用車續航里程要達到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 項發展重點,其中4項與電機電控直接相關:動力電機與底盤集成技術、純電動汽車動力系統集成及控制技術、高性能動力電機技術、新型電機控制器技術。

▲圖6? 新能源汽車續駛里程(左軸)與電耗水平(右軸)發展目標

相比動力電池在國內已經初步建立起研發技術體系,高性能電驅動系統的研發在國內仍處于起步階段,大部分具備創新結構的高性能電機仍處于樣件開發甚至設計階段。電驅動系統產業鏈的快速發展,使得各個企業均有機會在產品和技術上脫穎而出,快速搶占下游電動汽車市場。

1、原材料成本占比高,集成化輕量化是電機降本必經之路

與動力電池系統不同的,驅動電機系統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電機成本中的絕大部分。根據ANL統計數據,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生最直接的影響。

根據華域電動等企業數據,稀土磁鋼的重量僅占據整機重量的2.5-4.5%,但成本已經占了整個車用驅動電機成本的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,全年國內稀土的供給量約在16萬噸左右。在下游需求保持穩定的情況下,稀土永磁材料的價格總體整體呈現穩中下降的趨勢,但稀土價格已經基本位于底部,未來繼續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%。

國家十三五新能源汽車重點研發計劃明確提出,2020年,我國驅動電機峰值功率密度應達到4.0kW/kg,連續功率密度應達到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,較目前性能均實現倍增。在此目標下,實現電機電控成本的下降一般通過兩種方式實現:

1)通過推出集成度高的電驅動總成來降低系統總重,從而提高公里密度,降低成本,如大陸、麥格納等企業推出的,電力電子與驅動電機總成、驅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采用;

2)通過采用部分組件非金屬化降低系統重量和成本,包括轉動樞軸、支撐組件等,采用耐磨非金屬材料進行替代,或通過結構設計對包括電機極槽比、齒槽比與裂比等進行多重優化,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采用。

2、核心零部件國產化將大幅降低電控系統成本

電機控制器作為整車驅動系統的最重要組成部分,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組件,其成本占據電機控制器成本的40-50%;據行業統計,IGBT器件占據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。

與變頻器國產化已經初步完成、國內品牌市場占有率反超國外品牌的情況不同的是,目前IGBT芯片和模塊在國內尚未完全形成產業布局,高端市場占有率仍與外資品牌存在較大差異。國內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等美日企業占據,比亞迪、中車時代電氣等企業通過自建或收購海外IGBT產能分享了剩余的市場。

隨著電動汽車電驅動系統向高調速范圍、高功率密度(包括高速和高轉矩密度)、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器件的應用將越來越廣泛。此外,高鐵調速系統、柔性直流輸電、風電/光伏逆變器、充電樁直流模塊等領域都將對IGBT及其模塊化產品有大規模的需求,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IGBT產業已經出現加速擴張態勢,華潤上華、中芯國際、宏力半導體、華虹NEC等企業紛紛加速產能建設,高壓和超高壓、中大功率IGBT期間有望在市場規模擴大的同時實現價格持續下降。根據行業統計,國產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。

(三)電機電控企業發力在即,百億藍海市場尚待開發

2016年12月,國務院批復與公布了《十三五國家戰略性新興產業發展規劃》,明確提出到2020年,新能源汽車實現當年產銷200萬輛以上,累計產銷超過500萬輛。考慮到產業實際與完成情況,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、電控市場規模將從240億元上升至480億元,年均增長率約為26%。

▲圖9? 2016-2020年我國新能源汽車產銷量預測(單位:萬輛)

▲圖10 ?十三五期間電機電控市場規模測算

電機、電控行業目前仍處于產品技術快速更新換代的階段,技術投入占比較高,資產規模一般不重,市場競爭也較電池行業為輕。考慮目前新能源汽車電驅動系統的企業大多由傳統工業電機、變頻控制等企業轉型而來,產能的快速上量對于全行業而言并非難以實現的瓶頸,因此行業存在產品定型后競爭突然加劇的風險。目前電驅動行業企業數量眾多,尚無任何企業能對市場實現控制或壟斷,僅考慮第三方供應商市場,CR10甚至小于50%;此外,電機、電控企業處于新能源汽車產業鏈中游,在產能足夠的情況下,企業將同時受到來自上游原材料及核心零部件企業,和下游整車企業的雙向成本壓力。

因此,在下游新能源汽車市場快速增長的過程中,同時具備技術和市場優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,這一方面要求企業在技術上需要具備電機、控制系統的技術、生產優勢,和較強的動力總成系統集成能力,從而在設計和生產兩方面降低產品成本,另一面要求企業在市場方面具備較強的客戶粘性,與下游整車企業形成較為堅固的產業聯盟或合作協議。

• 來源：焉知新能源汽車