2022年汽车电控行业市场现状及发展趋势分析.docx

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1、2022年汽车电控行业市场现状及发展趋势分析1. 新能源汽车行业持续高速增长，国内车企的高端化加速新能源汽车产品力提升，行业持续高增长，主要原因有：1）续航里程逐步增加，能量密度 提升和纯电动平台的陆续推出，驱动电动车续航里程提升；2）充电桩加速普及，根据工信 部数据，截止 2021 年底国内累计建成充电站 7.5 万座，充电桩 261.7 万个，换电站 1298 个，公共充电桩新增 34 万台，同比上涨 90%；随车配建充电桩新增 59.7 万台，同比上升 324%；3）新能源汽车产品线增加，10-20 万价格区间的新能车产品数量加速推出，是新能 车渗透率加速提升的关键，20 万以上的中高端

2、自主品牌和新势力车型新产品周期是驱动产品 线高端化的关键。自主品牌和新势力高端化加速。随着国内新势力车企和自主车企的品牌力和新能车的产品力 加速崛起，国内车企高端化趋势确定性强。2021 年蔚来、小鹏和理想合计销售车型约 38 万 辆，同比增速超过 250%，其中蔚来车型主要包括 EC6、ES6 和 ES8，其主要价格区间在 4060 万元；理想 ONE 的价格约 35 万元；小鹏主要车型有 P7，价格在 20 万元以上。自主 品牌中，比亚迪汉、极氪 001 等车型定价也均在 20 万元以上，经过 5 年的高速发展，国内 车企的新能车车型迎来高端化的契机，随着产品力和消费者偏好的变化，国内车企

3、的中高端 新能车占比有望持续提升。我们梳理了 2022 年即将上市的自主和新势力车企的中高端车型，蔚来将推出 ES7、ET7 和 ET5，进一步补充产品线分布；理想将推出 L9，小鹏将在 Q3 推出 G9 旗舰 SUV 车型，高合 和威马也有新车型陆续推出。自主品牌也将陆续推出 B 级车和 C 级车的新能车车型，相比于 外资车企的部分油改电平台车型，国内新势力和自主品牌的纯电动车型优势较为明显，主要 包括：1）油改电平台的电池容量较小，电池形状不规则；2）轻量化应用更多，节能性较好； 3）车身重量分配更好，操控感受更好；4）纯电平台延展性更好，电气架构更适合高智能的 驾驶方案。2.动力总成集成

4、度不断提高，功率密度持续增长2.1. 电驱动系统集成化趋势明显，单管并联方案优势显著电驱动系统包含电机、电控和减速器，三合一总成渗透率有望提高。电驱动系统由电机、电 控和减速器组成，其中电机和电控成本大约各占 40%，减速器成本占 20%。其中驱动电机 为新能源汽车提供动力，将电能转化为旋转的机械能，主要由定子、转子、结构组件和壳体 组成；控制器总成，基于功率半导体的硬件及软件设计，对电机的工作状态进行实时控制， 使其按照需要的方向、转速、转矩、响应时间工作，主要由功率组件、控制软件和传感器组 成；传动总成的作用是将驱动电机的转速降低、转矩升高，以保证驱动电机的转矩、转速满 足车辆需求，主要由

5、减速器、齿轮组、离合器和半轴组成。集成度提升：较独立的电机电控系统，三合一动力总成可以优化动力总成的体积和减少物料 的使用，并简化三电系统，可实现成本的降低以及功率密度的提升。根据 NE Times 统计口 径，目前新能源乘用车 50%以上的电驱动系统都是三合一及以上总成。随着汽车电子电气架 构的升级，电驱动系统下一步的集成化方向是将电源总成集成到三合一驱动总成中，域控制 器方案是在多合一方案基础上进一步集成 BMS 和 VCU。英搏尔的六合一总成是将三合一电 源总成和三合一动力总成进行集成，华为的七合一总成是将六合一总成和 BMS 进行集成，比亚迪的八合一总成是将六合一总成和 BMS、VCU

6、 进行集成。新能源汽车的电子控制系统主要包括三个模块：电池控制系统、驱动系统以及决策系统，其 中动力总成中的电控通常指的驱动系统控制器，主要负责功率单元控制、接受行驶指令、控 制扭矩、转速以及电流转换等工作。优秀的电控可以在不同的工况和行驶条件下，使动力总 成的效率得到最优化，主要通过控制电池放电倍率、高低电压转换的效率以及整车能源策略， 因此电控对于续航里程以及效率的改善是非常显著的。IGBT 是由 BJT（双极型二极管）和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的功率半导体器件，是 一个非通即断的开关，导通时可以看做导线，断开时当做开路，具有驱动功率小及低饱和压 的优点。IGBT 模块将多个 IG

7、BT 芯片以绝缘方式组装在金属基板上，用空心塑壳封装，用高 压硅脂或者硅脂作为绝缘材料。IGBT 模块的主要优势在于稳定性更高：1）温度一致性更好，IGBT 模块将多个 IGBT 芯片 组装同一个金属基板上，相当于在独立的散热器与 IGBT 芯片之间增加了一块均热板；2）参 数一致性更好，模块内的多个 IGBT 芯片经过了模块制造商的筛选，参数一致性比市售分立 元件要好。目前 IGBT 模块仍然是主要的应用路线，在国内主要造车新势力以及部分自主品 牌中渗透率较高。IGBT 单管并联方案优势有：1）供应相对宽裕，器件成本更低，较传统的功率模块，由于可 以减少封装等物料的使用，可以实现电控成本的降

8、低以及体积的减少；2）综合功率密度高， IGBT 单管并联可以实现电控的灵活布臵，实现电机电控同壳体、共散热水道设计，达到轻 量化的目的。技术壁垒：1）电流一致性问题，需要使得每一个 IGBT 单管通过的电流完全相 同，因为只要有一个单管出现问题，就会加剧其他管子的工作负荷，甚至失控；2）温度一 致性问题，由于每个单管布臵位臵和参数一致性等问题，会导致单管温度不一致从而影响性能发挥。根据公司公告，批量生产 IGBT 单管并联方案的公司仍然较少：目前单管并联主要 应用平台是低速电动车，如 6072V 或者是 96V、115V 和 144V 等电压平台系统，涉及高 电压、大电流平台，主要的使用者包

9、括特斯拉和英搏尔。中长期内，模块和单管并联两种方案仍将大概率并存，但单管并联的方案渗透率有望逐步提 升，主要原因：1）IGBT 单管并联技术可以实现动力系统低成本、轻量化和小体积优势，更 大程度上拟合 A 级车及以下车型的成本控制需求，份额有望提升；2）随着高峰值功率的单 管并联方案的三合一动力总成产品逐步成熟，单管并联方案有望在 A 级车以上平台车型逐步 渗透。电驱动系统行业的趋势：1）国产替代加速，国内供应商的技术水平已经实现和外资供应商 接近，而在成本管控、响应速度和服务方面更具优势，国内供应商有望获得更多定点，国产 化进度加快；2）产品附加值提升，随着扁线、油冷电机技术的发展，以及 8

10、00V 电压平台的 应用使得电机、电控和电源等零部件进行部件的升级，电驱动系统零部件价值量获得提升； 3）集成性提升，多合一总成可以有效减少壳体、线束和连接器等部件的使用，可以实现电 驱动系统成本的降低以及功率密度的提高；4）行业集中度提升，电驱动零部件逐渐走向高 端化，零件的升级带动设备和技术的升级，行业壁垒进一步加固，主机厂在降本压力下有望释放更多份额给第三方供应商，同时规模效应的体现可以使得第三方供应商的成本进一步降 低，从而更具竞争力。2.2. 电机技术迭代，高功率密度成为发展方向驱动电机直接将电能转化为机械能，目前新能源汽车上主要应用的有永磁同步电机和交流异 步电机，永磁同步电机适用

11、于低速、高速切换以及频繁启停等复杂路况，是国内新能源汽车 驱动电机的主流技术路径。扁线替圆线，扁线电机优势显著。扁线电机的优势主要有：1）效率高，截面设计提升槽 满率，扁线电机截面为方形，空间利用率高，裸铜槽满率较圆形电机可提升 30%以上，能有 效降低绕组电阻进而降低铜损耗；端部尺寸更短，与圆线电机绕组相比，扁线电机端部总 高度缩短 5-10mm，可有效降低端部绕组铜耗，进一步提升电机效率；截面设计+缩短端部 尺寸等结构设计，可以让扁线电机的平均效率较传统圆线提高 1%以上。2）功率密度高，在 相同体积情况下，扁线电机可以容纳更多的定子绕组，即相同损耗下扁线电机可以输出更高 的功率和扭矩；3

12、）散热能力强，与圆线电机相比，扁线电机的扁线形状更规则，在定子槽 内紧密贴合，与定子铁芯齿部和轭部接触面积大，可有效降低槽内热阻，提供热传导效率。 4）NVH 表现好，一方面，扁线电机使用的导线及绕组具备更好的刚度，可有效压制噪音； 另一方面，扁线绕组通过铁芯端部插线而非槽口嵌线，因此电磁设计上可以选择更小的槽口 设计，能有效降低齿槽转矩脉动。相较于圆线电机，扁线电机 NVH 下降约 10%，电机齿槽 转矩降低。5）重量和体积小，同等功率下，由于扁线电机槽满率和效率更高，因此铜材用 量减少导致扁线电机的体积和重量更小，在提升续航和车速的同时，也能为整车留下更多的 空间；此外，扁线电机的端部总高

13、度较圆线缩短 5-10mm，也可有效减低重量和体积。高压替低压，800V 是未来发展方向。为提高新能源汽车的充电效率，一方面可以提高电流， 一方面可以提高电压，目前主流技术路径是提高电压。其中提升电流的主要限制在于 1）电 流越大，热损失越大；2）电流越大时，要想以相同的电压水平传输功率而不会过热，所需 的电缆横截面积就越大；3）充电枪有最大充电电流限制。而在充电功率相同的情况下，提 高电压的优势有 1）电流更小，散热更少，热管理难度低；2）线束直径更小，成本更低。800V 电压平台对电机的耐压性和绝缘性提出更高要求，以及带来了性能上的提升，800V 电机的 主要优势是 800V 电压下可减少

14、同功率需求条件下电驱动系统内阻的消耗，提高系统效率， 进而增加续航。油冷替水冷，油冷电机绝缘性、散热性优势显著。800V 电压平台和高速电机分别对电机绝 缘性、散热性提出了更高要求，油冷电机绝缘性、散热性优势显著，有望成为主流技术路径。 与水冷相比的优点有：1）绝缘性更好，散热效率高，油的绝缘性能好且不导磁、不导电， 可以直接冷却热源、消除热点；2）适用温度范围更广阔，油的沸点高、凝点低、高温不易 沸腾、低温不易凝结； 3）体积更小，对于喷油式冷却的电机，外壳不需要设计水道，也不 需要风扇及风道。油冷技术路径：有定子喷淋、转子甩油等方式，能够兼顾低速大转矩下的绕组温升和高速大 功率下的磁钢温升

15、，提升电机持续输出能力，针对定子槽冷却不足、绕组端部冷却不均匀问 题，可考虑复合冷却、定子浸没冷却等冷却形式。2.3. 电控技术迭代，碳化硅器件有望逐步应用新能源汽车电控通过接受 VCU 指令，控制新能源汽车电机的电流及电压，使其按照需要的 方向、转速、转矩、响应时间工作。此外，在能量回收过程中，新能源汽车电控还起到回充 动力电池的作用。电控主要由功率组件、控制软件和传感器组成：其中传感器包括温度传感 器、电流/电压传感器、转子位臵传感器等，控制软件包括 AUTOSAR 等软件架构，功率组 件包括 IGBT 模块、SiC 模块等功率器件。功率器件扮演的角色是一个非通即断的开关：导通时可以看作导

16、线，断开时看作开路。功率 器件的技术路径有 IGBT 和碳化硅，目前主机厂主要选择的方案是 IGBT 模块，随着高电压 平台的渗透，碳化硅模块的渗透率有望逐步提升。目前 IGBT 模块目前在电控中的成本占 44% 左右，而根据 NE TIMES，碳化硅目前价格是 IGBT 模块的 35 倍左右，中短期来看，碳化 硅模块的成本仍然是阻碍其渗透率提升的重要因素。整车电压平台从 400V 往 800V 发展，电驱动系统的耐压器件电压随之上升，随着电机高速 化，电控的开关频率同样需要增加，在两者共同要求下，耐压等级高、开关频率范围宽的第 三代功率半导体碳化硅有望成为主流技术路径。碳化硅可以有效减少导通

17、损耗和开关损耗， 整个电控系统效率会得到大幅提升，新能源汽车续航里程得到增加。3.电源高压快充趋势明确，集成程度不断提升新能源汽车电源系统是新能源汽车动力总成中的重要组成部分，其主要功能为提供电力转换 及电池的充放电功能。新能源汽车电源系统其主要组成部分有 DC/DC 变换器（DC/DC）、车 载充电机（OBC）和高压配电盒（PDU）：1）DC/DC 的功能是将某一直流电源电压转换成 任意直流电压的变换器，为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力；2）OBC 是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装臵，具有为电动汽车动力电 池安全、自动充满电的能力，其依据电池管理系统

18、（BMS）提供的数据，动态调节充电电流 或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程；3）PDU 是高压电源分配单元，通过母排及 线束将高压元器件电连接，为新能源汽车高压系统提供充放电控制、高压部件上电控制、电 路过载短路保护、高压采样、低压控制等功能等，保护和监控高压系统的运行。集成深度的提升，从机械整合到控制级、功率级整合。独立组件的架构形式已经被逐渐淘汰， 目前最为常见的为共享外壳和冷却系统的机械整合方式，这种方式可以实现成本的降低；控 制级整合通过 OBC、高电 DC/DC、PDU 三合一高电压整合，可优化电磁干扰，同时还能实 现轻量化和性能的提升；功率级整合的电源电路中的电源开关和磁性元件较少，成本优势将 更为明显。电压平台的提升，从 400V 到 800V。整车电压平台从 400V 切换到 800V 的情况下，带来了 充电效率、电机效率的提升，并且对电源系统零部件的耐压性提出了更高要求，促进了单车 价值量的上升。一方面 800V 电压平台下如果使用 400V 充电桩，需要在车端增加额外的 DC/DC 转换器进行升压；一方面线 OBC、DC/DC 及 PDU 等零部件的耐压等级需要提升到 800V 以上，功率器件需要从 IGBT 升级到碳化硅。