NE 时代韩家骅:新能源汽车电控与功率半导体的市场格局与机会

NE时代新能源

阅读 1625    更新于2022-10-02 16:04:00

2022年9月21-22日,由NE时代主办,巨力自动化总冠名,巨一动力、中车时代电气、华域电动、上海电驱动战略合作,华为数字能源、智新科技生态合作的“2022(第二届)全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

在22日的分论坛上,NE 时代研究院数据总监韩家骅分享了《新能源汽车电控与功率半导体的市场格局与机会》,对EV、xEV及其电驱、功率模块目前的规划情况做了整体性介绍,并对功率模块技术、碳化硅的优势等进行了对比性的分析。

以下为现场实录:

非常感谢大家参加我们的活动。NE的活动现在搞了第二届了,每次大家都捧场,非常感谢大家。我分享的主题是《xEV电控及功率模块市场趋势研讨》,大家有想法可以会后交流。

今天的分享两个主题:

第一,市场现状。

如图所示,2020年开始到今年7月份为止,可以看到从2020年一个月交付7万辆的规模,到今年已经到50万~60万的水平了,基本上是线性增长的过程,跟传统的燃油车会有一个季节性淡旺季的态势不同,新能源市场是线性增长,而且有很明显的平台期。2021年1~7月份,在20万~30万之间,我认为一个是市场供需不平衡,需求大于供给。其次上游原材料的供应也是不充足的,限制了市场增长。今年整个市场增长很快,像比亚迪它的产能有现成的三四百万,相信比亚迪的销量也能到三四百万,这个没有任何问题。

看一下整车的细分,BEV是市场主流,大概占比60%~70%,在混动里面插混和强混,在2020年之前强混是主要的部分,2020年之后插混比例逐步上来了,到现在基本上插混的比例比强混高。

再看一下EV市场,EV市场对于电控是怎样的需求?在售的整车按照动力系统的电压平台以及功率,我们做了一个分析。如图所示,在0~30千瓦这个区间,去年占比20%,今年占比只有15%了,这是市场分布比例唯一下降的细分。相应的130~180千瓦,去年15%,今年24%,这个地方增长了9%,增长比较快的一个市场。除此之外,0~30千瓦这个市场基本上都是低压化了,A00的小车为主。现在500V以上的EV主要是比亚迪的电动车,为什么比亚迪会选择做这种车?可能因为电池电控都做,这样它可以协调整车的发展,这可能是别的企业做不到的事情。

看一下电控的形态,电控按照电控的形态,分体式、集成式、多合一做了一个分析。从2020年开始,分体式比例一直在下降,从43%下降到26%,但是26%里面有一些是非承载车身的结构,对于这种车型电控最好可能还是采用分体式的,这样振动方面的挑战不会那么大,装在车身上比装在车桥上好。还有9.5%是之前的一些项目,主要是小鹏的车型量比较大,可能随着整车换代会逐步地替代。剩下的市场里面,一大部分都是集成式的电控,里面67%是三合一。三合一里面又细分了一下,我们按照业务的模式去分的。这里面有三种,一种是主机厂内置三合一,电控它可以做,电机、减速器也可以做,这种占比是30%。还有主机厂做三合一电驱桥,但是电控是外购的,比如大众、小鹏采用了这种策略,这种比例比较小,只有6%。还有一种是外购电驱桥,比如广汽和长城。从目前的市场结构,主机厂自制是占比比较大的部分,相当一部分企业会选择外购,他们会把产品开发的边界设置得很严格,甚至参与到关键部件的选型,OEM在其中参与程度还是很深,只是不涉及到生产和交付的过程。这里面还有6%增长非常快的部分,就是多合一。里面分两类:1.比亚迪量最多的多合一,因为比亚迪自己可以做OBC,做各种各样的控制器,做电控,自己做集成,这部分的比例6.3%。2.英博尔、华为等给主机厂提供一种打包好的方案,目前主机厂主导的方案现在更有前景一些。上午比亚迪的刘工也说了,多合一让他们在整车层面有很多受益点,从这个角度来说,整车更适合去推进多合一的方案。未来的趋势,会不会这种内制的OEM会逐步转向多合一的电驱桥,这个也需要整车产品一个逐步迭代的过程。

在EV市场,HPD类的封装仍是主流,在30~180千瓦份额50%以上。这里面还有ED3的模块,目前主要比亚迪的EV在用,后面也会被HPD模块逐步替换掉。30~180千瓦这个区间,HPD绝对是市场的领导者。总的来说,180以上像HPD封装可能会受到更多的挑战。

再看一下混动市场,它的功率相对来说是集中一点,在80~180千瓦之间,因为我把强混、插混都放在一起,现在市场升压压驱动的方案是主流。无论是日系还是比亚迪,大家用的都是高压500V以上的方案,相对而言300V平台的占比比较小。

从电控形态来看,也有一个趋势。我们之前的单电控的方案比例在逐步下降,双电控的方案占比已经达到了88%。单电控方案里面,一类是P2或者P2.5的方案,这部分占比8%,还有4%是小康等方案,独立的发电机控制器,这部分方案整体成本不会优化,后面会迭代掉。总的来说,双电控在混动这块是未来的主要发展趋势。双电控里面,升压的比例比较高,占比75%,非升压的12%。

在EV里面,在不同的功率段里面,所有功率段都可以应用HPD,但是混动不是这样的,每个车企都有自己的一套解决方案,整个市场只有汇川给理想在用HPD封装,剩下的企业包括比亚迪,包括电桩或者本田系的日立、博格华纳等等,大家都有自己比较独立的功率模块的应用方案。今天上午阳光介绍了他们那套的方案,大家的电控方案相对来说都是比较独立的方案,大部分人都是支持做升压,这里面博格华纳和日立,虽然他们现在的产品不支持升压,他们的功率模块是可以实现这样的功能的。

看一下整个市场格局。目前来看,电控市场集中度相对其他传统的汽车零部件,电控的集中度相对来说比较低。到前十可能也就70%左右,而且在前十里面还有很多主机厂,比如弗迪、蔚来汽车、特斯拉,这些主机厂占比就在40%以上,留在第三方的份额非常小。对于这些企业如何获得竞争的可持续性,这是存在很大的挑战。

如图所示,这个市场第一看觉得有点乱,大家联系非常多,这个原因是市场增长非常快,没有任何一家供应商可以跟主机厂保证未来几年可以完全没问题的供货,所以主机厂必须不断地引入新的供应商,满足自己未来的产能需求。

对于Tier1来说,典型的例子是比亚迪,虽然它能做整车、功率模块、芯片,全产业链都可以做,但是在EV这块它也不得不引入一些第三方功率模块供应商,满足自己的需求。这样的格局得益于HPD的封装,简单易用,导致整个市场技术的门槛相对来说不会那么高,大家的竞争目前来看也会越来越卷,主要原因在这里。当然对这个市场未来的竞争,我们认为主要在于谁能保证供应,谁能保证交付的能力。

对于混动的市场不一样,混动市场每家供应体系都非常封闭,从上到下就是一条线拉过来了,即使主机厂跟Tier1之间没有明显的关系,在Tier1和功率模块之间也是封闭的,博格华纳、日立等等都有自己的解决方案。我们认为,在混动方面因为技术要求多变,应用难度大一些,不可能像EV那样出现复杂的格局,可能在混动方面更加封闭。

第二,未来趋势研讨。

昨天曾总演讲时也放了这个PPT,看过去市场我们分为两个阶段:1)2020年之前市场以补贴为主,所有车企生产的车型为了面向补贴,车型迭代也是为了拿更高的补贴。2)2020~2022年市场发生变化,主要原因是有很多打燃油车空白点差异化竞争的车型出现了,导致了两端高的市场格局,渗透率从10%进一步提升。之前我们的认知是,这个市场趋势会维持到2024、2025年,电动车还是会以差异化竞争去赢得市场,但是到了今年情况就变了,A级车市场变化非常高,要跟燃油车硬碰硬了,现在渗透率已经到了25%,进一步到30%~50%,这时候就面临很多问题。现在25%的渗透率很大一部分是政府在减税,有补贴,有购置税,很多车企在贴本卖。昨天大众有透露,他们的车基本上是亏钱的状态往外出售,这种情况下才能使消费者买新能源车。从25%的渗透率继续增长的话,从长期来看政府不可能放弃汽车产业的财税、购置税肯定会收回来,对于车企来说肯定也要赚钱,不可能贴钱卖新能源汽车,导致后面靠什么让消费者买单?问题在于怎么给消费者提供更多的体验,让他们买单电池成本增加带来的溢价。

我们认为在20万以上的市场,消费者更重要的是体验,这就导致整车端需要车有更高的性能,更高的补能体验,就是800V快充或者碳化硅。之前这个器件并没有像IGBT在行业内有好几年的验证周期,现在还在一个初级阶段,还有各种各样的问题,这时候主机厂对OEM的诉求是要有足够的技术能力解决这个问题,避免量产之后出现大量的索赔事件。

另外,这个细分市场,碳化硅的衬底是整个产业链的瓶颈,谁能掌握这个衬底的资源,后面才有更大的发力的后劲。我们认为未来的竞争能胜出的Tier1第一技术要很强,第二体量要很大,能保证足够的碳化硅的供应。

10万~20万的市场里面,这部分消费者是中国市场最挑剔的消费者,他追求的是极致的性价比,分两类,一类是混动的消费者,一类是纯电的消费者。对于混动的消费者,对车企的要求是需要跟燃油车体验差不多的技术平台,这样会导致车企会有升压的需求或者和燃油车不一样的技术平台方案,这就导致车其在这个地方更需要一些技术领先型的企业,能够兼顾不同企业的工况要求,同时最好有一些模块级别平台化的方案,按需调整,实现整个企业的边际利益最大化。20万以上的市场还有混动,我们认为这个市场里面未来对功率模块的需求主要是定制化的封装,IGBT、碳化硅都会有应用。

对于纯电和170V以下的A0的市场,对于这个市场而言,可能更多以成本为主导,谁的产品足够便宜,谁就可能进入这个主机厂的供应链。第二要有足够量的供货,主机厂明年要十万,后年要二十万,必须能跟得上,对于这些Tier1来说,后面的资源必须有保障。HPD的封装、TO247、TO263的封装还是主流。

IGBT在芯片层级现在已经到了一个接近极限的地方。整体来说,这一步的边际效益没那么多了,在IGBT这个环节,能够提升的就是封装这块,比如铜线bonding、银烧结、环氧树脂的保护材料,包括更先进的散热结构,包括Danfoss和富士更好的散热结构。封装上把IGBT的输出功率再往上提一提。

如图所示,IGBT投产周期相对来说很长。比亚迪半导体在照顾说明书上披露了一个信息,济南的工厂大概在2021年底开始爬坡,到2023年3月份到满产的状态,时间在16个月左右。16个月工厂满产,听起来不是很慢,这个工厂是买了一个二手的老的工厂厂房,买现成的二手设备投的状态。对于其他企业,想投一个产线的话,要新做土建、工艺、各种各样的测试,2~3年是肯定的。

现在的问题是,整车厂新建一条产线一年多时间就能复制出来7、8个厂房,比亚迪在全国各地建新的工厂,它的产能扩展速度对它背后上游的产业链压力非常大。基于这个因素,就会导致这些主机厂肯定会去考虑引入更多新的供应商进入它的体系,做验证,保证它未来的产能供应。

从长期来看,这种行为未来会导致IGBT进入产能过剩的状态。现在国内已经有很多IGBT的产能投建了,如图所示。这部分产能到2025年基本上都能满产,那时候能供应国内整车的话基本上在一千万以上了,加上海外的IGBT资源,其实IGBT这块未来产能肯定是过剩的。

IGBT是否能被碳化硅替代?短期来还有很大压力,因为碳化硅大家讲了很多,不详细赘述了。碳化硅相比IGBT的优势,一个是更快,英飞凌有两个模块可以看到,碳化硅模块使用的封装面积相对来说很小,IGBT基本上已经用满了,在同样封装的情况下,碳化硅模块可以实现一个更高的电流密度,比如IGBT封装电流能做到一千安培以上,基于定制化的封装,碳化硅的性能能得到更高的释放。塞米控最新封装号称能做到750千瓦,很难想象这个模块应用在什么地方。碳化硅模块能够节省能耗的特性,400V的车型碳化硅版本里程560公里,IGBT版本535公里,提升度不是很大,对于节省的电池来说,并不能弥补这个成本的增长,但是800V平台之下,可以提升10%的里程。碳化硅很贵,对于2000千瓦HPD封装碳化硅六千左右,IGBT售价1500左右,差价在4500以上,可能基本上和一个400V的电控差不多了。再比如基板和连接工艺都会导致成本往上涨。

我们对未来的预判,短期内碳化硅不会应用广泛,未来有两个因素,一个是芯片的制程,从6英寸的芯片转到8英寸的wafer,Wolfspeed 2023年美国的工厂基本上能够到能跑起来的状态了,后面逐步会从6英寸迭代到全部到8英寸的状态。碳化硅的电流密度,随着代际不断提升,电流密度也会不断提升。对于同样电流需要的芯片会变少,同时晶圆制造的规格在变大,所以生产制造的成本也在下降,综合会导致碳化硅模块的成本会逐步下降。在初期大家更倾向于性能车上用,20万~30万以上的车型。我们认为到2024年一部分车企会考虑出于经济性的诉求,去应用碳化硅。

碳化硅非常火,在模块层级有很多企业参加,参与竞争,按产业链从最上面IDM到Tier1,到封层到OEM,很多企业参与这个事情,现在的问题在于它是一个上游有瓶颈的市场,对于上游来说,衬底市场份额已经到62%了,剩下两家加起来大概27%,整个市场接近于90%的状态。这三家的产能基本上已经和头部的IDM签了长期的供应协议或者被收购,对于上游衬底的供给非常紧缺。

碳化硅现在的格局可能是主机厂找模块供应商,模块供应商有验证过的芯片供应商,保证它的供应,但是对于主机厂来说,它可能希望能够接触到更多的芯片资源。如图所示,每家芯片都是不一样的栅极位置,内部结构也不一样。我们认为,主机厂做封测还是为了供应链安全,如果再到自建FAB,对它来说一个投资很大,不经济的事情。

最后,总结。

(一)市场增量非常快,它并不是一个越来越卷的市场,市场需求越来越多样化,定制化和标准化的产品均有市场。

(二)碳化硅对IGBT的替代长期来看我们认为是一个趋势,但是这个趋势的实现要求碳化硅技术逐步成熟,成本逐步下降,才能够实现这样的效果。以上就是我的演讲,谢谢大家!

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