行研君說
導語
2019-2025年我國車用IGBT市場規模将從155億元增至210億元，年複合增速為5.2%。目前，比亞迪半導體、斯達半導體和中車時代電氣等本土企業在新能源汽車IGBT方面擴産，在2020年國内車規級IGBT市場中邁入前十。
來源：國金證券 作者：羅露
一、電動化加速，高壓內建和數字化是大勢所趨
汽車行業“電動化-網聯化-智能化”三部曲，電動化是基礎。作為用電側電動化的重要組成部分，汽車電氣化需要依靠數字技術對電動汽車全生命周期進行合理規劃，實作電能的高效使用。ICT技術和汽車行業正在發生深度的融合，高壓內建和數字化是電動汽車領域目前的兩個重要方向。
三電系統是區分電動汽車與燃油車的核心部分。我們測算，電動汽車三電系統市場規模到2025年達到2734億美元，到2030年達到7556億美元市場規模。其中電池、電機、電控十年的CAGR分别是28%、27%、16%。
1.1電動化加速，三電系統市場規模快速擴大
電動化加速，2021年新能源汽車增長超預期。盡管2021年國内新能源汽車補貼同比2020年降低了20%，新能源汽車銷量依然實作大幅增長，1-11月銷量281萬輛，同比增長190%。全球來看，2020年全球乘用車銷量5359萬輛，同比減少6%，但電動車銷量達到321萬輛，滲透率達6%，同比增長10%。
中國釋出《新能源汽車産業發展規劃（2021—2035年）》，目标2025年電動汽車銷量将占當年汽車總銷量20%。2021年8月5日美國政府簽署行政指令，目标2030年新能源汽車銷量占比達到50%。2021年中歐新能源汽車滲透率接近15%，全球新能源汽車增長遠超預期，有望提前實作既定目标。我們預計2025年和2030年，電動汽車銷量占比有望達到25%和60%，對應電動汽車銷量1791萬輛和5569萬輛，CAGR為33%。
智能電動較傳統汽車的核心增量部件主要是“三電系統”，電池系統占整車成本比例近40%。“三電系統”即電池、電機和電控三個部分，電池指電池和電池管理系統BMS等，電機指電動機和電動機控制器MCU等，電控指車載DC/DC變換器、車載充電機等，共占電動汽車整車成本的50%。根據産業調研，目前電池、電機、電控系統分别約占“三電系統”成本的76%、13%、11%，即整車成本的38%、6.5%、5.5%。
假設單車平均售價為5.3萬美元，毛利率20%，基于三電系統各部件在整車中的占比，我們預測，2020-2030年，電動汽車三電市場規模由646億美元增長至7556億美元，其中電池、電機、電控占比分别為78%、13%、9%。
1.2華為數字能源公司瞄準能源數字化
華為數字能源承載公司二次騰飛的希望，是華為打造的第五條S曲線。華為數字能源将ICT技術與電力電子技術融合，将瓦特技術、熱技術、儲能技術、雲與AI技術等創新融合，聚焦清潔發電、交通電動化、綠色ICT基礎設施、工業與建築節能、智能配電、儲能等領域，加速能源數字化，實作比特管理瓦特。
作為用電側電動化的重要組成部分，汽車電氣化需要依靠數字技術對電動汽車全生命周期進行合理規劃，實作電能的高效使用。全球範圍内，交通行業碳排放量約占能源相關碳排放量的四分之一，2020年，我國乘用車全産業鍊碳排放總量約為6.7億噸，其中74％的碳排放來自汽車的使用環節，26％的碳排放來自上遊産業鍊制造環節。
華為發揮內建能力和ICT技術優勢，車上車下布局雲端加持的智能電動。華為将領先的電力電子技術、通信技術和大資料技術融合于電動汽車三電系統，衍生出車上“融合極簡”的多合一電驅系統，車下“人-車-樁-路-網”一體化協同的全棧高壓充電與換電網絡解決方案，以及雲端對電池全生命周期的智能化管理和三電故障預測，加速汽車産業電動化發展。
華為定位Tier1供應商，聯接車企和上遊裝置制造商，打通了“器件-系統-整車”全場景。根據上市公司公開資料，華為與27家上市企業在智能電動領域展開合作，其中，上遊有10家公司提供三電系統的原材料和零部件；與8家企業在動力電池裝車、車載儲能和電池檢測領域合作；充電樁、新能源車充電領域布局易事特和特銳德；産業鍊下遊，有5家車企釋出新款車型，搭配華為智能汽車平台解決方案。
華為“HI+Tier1”兩種供應商模式，賦能車企，建立汽車生态圈。HuaweiInside模式下，華為支援車企打造其高端智能汽車子品牌，釋出搭載華為全棧智能汽車解決方案的系列車型，如聯合小康股份打造賽力斯SF5和AITO問界5、與北汽藍谷開發極狐阿爾法SHI版、以及未來量産的阿維塔和廣汽埃安。傳統Tier1供應商模式下，華為向車企客戶提供智能電動汽車的增量零部件，長安CS95電動版搭配華為雙電機系統。
二、動力電池馬太效應明顯，BMS系統雲化是市場新切入點
動力電池國内企業處于領先地位，市場格局穩定，未來更多的機會點在于利用電池使用資料內建BMS上車。
2.1動力電池市場格局既定，雲+AI加持BMS是未來發展方向
動力電池成本和性能是緻勝的關鍵，目前市場集中度持續提升，國内廠商裝機量處于全球領先地位。根據insightSLICE，2030年全球動力電池市場規模預計将達823億美元。2020年動力電池裝機量137GWh，前十大廠商占比超過90%；CR5企業占比由2018年的68%升高至2021年的81%，市場馬太效應顯著且集中趨勢将持續擴大。中國廠商市占率全球領先，2020年至2021年中國企業甯德時代、比亞迪、遠景AESC、國軒高科和中航锂電合計占比由36.7%上升至44.4%。
BMS可以優化電池性能，提高續航裡程，融入電池快充、使用監控和安全檢測等環節。BMS通過估測電池荷電和檢測使用狀态來管控電池發揮作用，是連接配接動力電池和電動車的橋梁。同時，BMS和整車系統進行資訊交換，解決锂電池内部的安全性和使用壽命、加強主動均衡熱管理，能夠在加強電芯模組等自身設計外，提高整車動力系統的安全性。2020年全球BMS産值規模超過60億美元，其中新能源車BMS市場規模約占55%，市場規模33億美元，預計2027年将達到134億美元，年複合增長率達到26.6%。分地區看，中國市場2020年市場規模為13.3億美元元，約占全球的40%，預計2027年将達到58億美元，全球占比将達到43.23%。
2.2華為打造“端+雲+AI”協同的BMS雲平台，“星閃技術”賦能無線BMS
華為AIBMS結合大資料、AI技術，提前識别電池安全風險并預警。端雲電池管理系統由電池控制單元(BCU)、電池采樣單元(BMU)和雲BMS構成，支援0~800V電池系統。建立精準電池模型，融合多種算法，提升SOC估算精度；雲端孿生系統，實作電池全生命周期資料可追溯。車載充電系統內建了車載充電機(OBC)和電壓變換器(DC/DC)，電源配置設定單元(PDU)可選內建，系列化産品包括7kW及11kW。
華為發揮ICT技術優勢，同時産業鍊布局補全電池組檢測短闆。技術層面，華為BMS首先對資料清洗、去重，建構與電池故障相關的高敏感度特征，形成符合電池熱失控故障的算法模型；産業鍊上，華為既聯接甯德時代、億緯锂能、國軒高科等電池企業，也與星雲股份合作，補齊锂電池組檢測和封裝技術短闆。目前，華為AIBMS雲平台系統接入了超過10萬台新能源車輛資料，成功預警10+起電池熱失控故障，實作部分高風險車輛提前處理。大樣本量能進一步促進熱失控模型的持續優化疊代。
星閃技術重新定義車載短距無線通信技術，低延遲時間、高可靠、精準同步等優勢超越藍牙和WiFi連接配接。星閃聯盟于2020年9月成立，定位為“推動新無線短距通信技術創新和産業生态”，目前成員機關超過140家，覆寫産業鍊上下遊。星閃技術在智能汽車領域的TOP應用包括：無線BMS、沉浸式車載聲場&降噪、360全景環視、無線互動投屏、内無線氛圍燈等。其中無線BMS可以實作全生命周期檢測，提高動力電池安全性能，支援從模組級到電芯級檢測的标準化方案。
2.3BMS市場電池企業和整車廠參與度提高
國内BMS市場參與者主要有電池廠和整車廠，以自主研發或與BMS供應商合作開發的形式展開。比亞迪、甯德時代、國軒高科、中航锂電等國内動力電池龍頭大多采用“BMSPACK”的模式布局從電芯到電池組全套核心技術，将電池組與BMS配套提供。BMS市場與配套汽車銷量關系緊密，華霆動力背靠宏光miniEV，東軟睿馳裝車廣汽埃安，特斯拉進軍BMS，搭配整車銷售，均取得市場佔有率大幅擴大。BMS市場主要推動力來自于電池産業鍊發展，有望沖出的企業有兩大特點，一是電池技術領先，二是車型銷量勢頭強勁。
三、高壓內建趨勢下，核心部件存在較大國産化替代機會
電驅動系統技術更新和功率子產品材料替代是國産化的重大契機。新能源汽車補貼退坡給整車廠帶來的成本壓力将傳導至上遊電驅電控廠商，零部件內建是降本減重增效、提升功率密度的有效方式；高壓直流化是縮短充電時間，提升使用者體驗的主要路徑。零部件內建化高功率、高壓平台演進趨勢，要求車上熱管理系統由水冷向制冷劑、油冷轉變；碳化矽功率器件有望替代矽基IGBT，支撐電壓平台400V到800V提升，進入規模量産階段。
3.1電驅動系統內建化、高壓化發展倒逼熱管理系統更新
新能源車驅動電機市場量價齊升，多合一電驅空間、重量、能耗優勢顯著，市場滲透超40%。2020年，中國新能源汽車驅動電機裝機量為146.3萬台，同比增長10.5%，2021年有望達到298.3萬台。從市場規模來看，2020年市場規模74.64億元，預計2025年将達到379.03億元，五年CAGR為37%。多合一系統通過電機、電控及減速架構一體化的內建設計，使整體結構趨向于緊湊，能夠節省電機系統空間、減輕重量、縮短電力傳遞路徑，最終實作降低系統能耗、提升整車續航裡程。目前多合一內建系統在整個驅動電機中的比例已超過40%。
汽車電動智能化拉動MCU市場需求，預計2021年市場增長23%。MCU主要應用于電機控制器、動力系統、車身控制、BMS和車載資訊娛樂系統等。根據ICInsights預計，2021年32-bitMCU價格上升13%，達到0.72美元，2021年MCU整體市場規模76億美元，同比增長23%。
功率密度提高倒逼熱管理系統更新，技術疊代下有望實作國産替代。整車熱管理系統由簡到繁，成本由2000元左右（傳統燃油車型）提升至6000元左右（新能源車型）。随着功率器件的耦合程度提高，原有部件結構發生較大變化。電動汽車的“三電系統”在高電壓電流下散熱要求高，傳統的水冷系統作用将大打折扣，需要轉向技術壁壘較高的雙面水冷、油冷等多種方式。2020年全球新能源汽車熱管理市場規模200億元左右，預計2025年達到990億元，其中國内市場401億元，占比超過40%。
以車企需求為導向，華為推出了多合一的電驅動系統DriveONE。該系統是業界首款高壓多合一動力總成，內建了MCU微控制單元、電機、減速器、DC/DC直流變換器、OBC車載充電機、PDU電源配置設定單元、BCU電池控制單元七大部件，将機械部件和功率部件深度耦合，充電10分鐘可續航200km。
目前峰值功率密度已達到3kW/kg，是業内最高水準。針對超融合帶來的局部過熱情況，華為通過獨特的油道設計采用智能油冷技術将繞組平均峰值溫度降低30℃。主功率部件融合消除了原分離部件間的傳導幹擾，整車的空間輻射大大減小，直接提高了整車EMC測試一次性通過率，可以減少車企認證和上市時間。相較3+3模式，多合一子產品化平台可顯著提升零部件的複用率，縮減采購、制造成本并建立統一的品質标準。此外，DriveONE還可基于華為雲和AI技術實作端雲協同及控制歸一，電動化數字開發平台、硬體平台及軟體平台三層平台化架構大幅提升開發效率，助力車企通過差異化提升産品競争力。
驅動電機市場主要由整車企業和第三方電機公司組成，市場相對分散。2020年，比亞迪、特斯拉和方正電機的市場佔有率排名前三，分别為13.2%、9.9%和6.7%。前十企業中，整車企業驅動電機市場佔有率合計34.3%，第三方獨立電機公司市場佔有率28.1%。
目前三合一電驅市場還是寡頭壟斷階段，多合一系統協同開發困難，未來市場佔有率向整車廠集中。2020年特斯拉、比亞迪、蔚然動力和日本電産合計占總銷量的82.1%，未來随着2021年華為三合一系統搭載東風賽力斯SF5正式量産，三合一電驅動系統市場競争将更為激烈。我們總結多合一電驅市場參與者分為兩類：第一類，車企直接布局內建化電驅總成産品，并加速其産業化應用；第二類，傳統電機、電控、變速器企業，産業融合，跻身tier0.5供應商。多合一系統各元件使用壽命不同，造成技術研發的困難，需要經過多輪檢測。但現階段供應鍊模式一般是由供應商設計，整車廠制造、測試，整車廠和供應商零部件協同開發難度大，內建化過程中的設計和品質問題對于整車廠商和供應商來說仍然是巨大的挑戰，是以我們認為，未來多合一電驅動系統重心将向整車廠轉移。
MCU市場高壁壘下馬太效應明顯，整體市場缺貨環境下，國内廠商迎來國産化機遇。由于對産品穩定性和電機控制算法要求較高，MCU市場主要由Renesas、NXP等國外龍頭壟斷，前四大廠商市占率總和接近80%。國内MCU廠商起步較晚，兆易創新、芯旺微、比亞迪、傑發科技等目前也在積極布局車規級産品。目前國産MCU已在照明、冷卻系統等方面裝車應用，在動力控制、ADAS等較為複雜領域應用較少。
傳統熱管理系統市場中，傳統外資頭部企業仍然憑借深厚的技術積累和客戶資源，在一級系統內建供應方面依舊占據主導地位。日本電裝、德國馬勒、法國法雷奧、南韓翰昂所占市場佔有率超50%，國内供應商則供應系統部件。
新一輪技術疊代中，國内補貼退坡導緻車企對低成本零部件需求增加，國内廠商有望實作彎道超車。以三花智控、銀輪股份、奧特佳為代表的國内廠商，未來有望憑借快速響應、成本控制和地緣優勢快速配套國内新能源汽車企業。2021年4月18日，華為釋出智能汽車熱管了解決方案TMS2.0，将于2022年量産，相較已在北汽極狐車型搭載的TMS1.0版本內建度更高，實作能效、标定效率、體驗三大提升。
3.2充電基礎設施加強“樁-路-網”建設，平台高壓化趨勢滿足快充需求
全球充電樁保有量快速上升，大功率快速充電網絡引領增長。根據IEA資料，2020年全球電動汽車充電設施的數量為950萬個，其中250萬個為公共充電設施。保守預計，到2025年，全球電動汽車充電設施将增加至5000萬個左右，其中包括約1000萬個公共充電設施。2020年到2025年，乘用車充電電壓将從500V更新到800V，充電功率從60kW到350kW，即使電動車的電池容量從60度電更新到100度電，但充滿電的時間将會從1個小時左右縮短到10-15分鐘。2025年，假設充電樁CAPEX為1萬元/台，其中充電子產品占比50%，充電子產品市場規模約為2500億元；假設充電費用0.7元/kwh，充電樁裝機量為0.4TW，對應營運市場規模約為12000億元。
車下充電裝置直擊行業痛點，網聯充電樁将是車聯網重要一環。2020年4月，華為推出了第三代直流快充子產品HiCharger。作為充電樁的核心部件，HiCharger具有高功率密度、高效率、高可靠、低噪音的特點，可通過OTA更新，年平均失效率（0.6%）遠低于業界均值（3%-5%），有效解決了生命周期短、運維成本高、系統效率低、充電噪音大等充電樁市場的痛點。除此之外，HiCharger還可以實時監控裝置運作狀态，成為車聯網中車路協同的重要一環，提供更大市場想象空間。
全球範圍内共釋出兩款尺寸相同的直流快充子產品，分别是30kW的國内版本及20kW的海外版本，可保持300-1000V全段恒功率輸出，支援充電樁同尺寸擴容，滿足未來電動汽車對高壓快充的強烈需求，目前已确定與國家電網(北京)、星星充電(常州)、南網電動(深圳)、華商三優(北京)、珠海泰坦(珠海)以及大連羅賓森(大連)等達成合作。
充電子產品市場集中度逐漸提高，網聯化擴充想象空間。2016-2020年，特來電、國家電網和星星充電三家充電樁龍頭所占份額連續五年保持在70%左右。根據充電聯盟，充電子產品在充電樁的整體成本中所占比例為50%。近年來，充電子產品價格急速下跌，在大功率、智能化、網絡平台化的發展趨勢下，有充電子產品生産能力的廠商主要分為自産自用的充電樁廠商（中恒、特來電等）及已有一定技術積累的充電子產品供應商（英飛源、華為、中興等電力電源或通訊電源企業）兩類，2019年充電子產品市場占有率前五的企業包括英飛源、特來電、永聯、英可瑞、中興，CR5占超70%。
3.3高壓趨勢下碳化矽上車加速，功率器件國産替代迎來契機
電機控制器是電驅動總成的核心部件，價值量占總成的40%，其中主要零部件IGBT占比44%，目前技術門檻高，國産化率低。IGBT技術包括晶片設計、晶圓制造、子產品封裝等，制造難度較大，護城河較高，主要由英飛淩、ABB、三菱、西門子、東芝、富士等國外龍頭壟斷。據集邦咨詢，2019-2025年我國車用IGBT市場規模将從155億元增至210億元，年複合增速為5.2%。目前，比亞迪半導體、斯達半導體和中車時代電氣等本土企業在新能源汽車IGBT方面擴産，在2020年國内車規級IGBT市場中邁入前十。
碳化矽材料性能卓越，短期聚焦提高可靠性，長期轉向控制研發和生産成本，2025年迎來大規模上車階段。目前新能源汽車主要使用400V的電壓系統，源于對快充的需求将向800V電壓平台發展，同時帶動功率子產品高壓化趨勢。相比于普遍使用的矽IGBT，碳化矽功率器件具有重量輕、體積小、功率密度高、續航裡程高、控制器損耗低、導熱性好、更耐高溫等優勢。特斯拉2018年開始搭載意法半導體SiC功率子產品，開啟汽車領域SiC商用時代。目前特斯拉碳化矽子產品成本在5000元左右，是650VIGBT子產品三倍左右,但随着生産規模的擴大、市場競争加劇，SiC成本下降後，将迎來裝車量提升的爆發階段。
車用功率半導體打開碳化矽市場空間，帶動上遊襯底和外延需求擴大。車用功率半導體市場規模将從2020年14.8億美元增長至2026年55.6億美元，六年CAGR25.9%，其中IGBT和SiC将占據超過80%市場。整體看SiC市場，預計到2025年市場規模達到25億美元，其中新能源汽車和充電樁領域的SiC市場規模将達到17.78億美元，占比71%。新能源汽車廠商加速引入碳化矽功率器件，将影響SiC襯底和外延片需求量同步暴增。據測算，SiC襯底成本占比最高43%，外延成本約占27%，對應市場規模7.6/4.8億美元。
國内廠商進口襯底和外延片進行封裝為主，與海外龍頭企業技術差異逐漸縮小。2018年全球SiC外延片市場美國Cree、DowCorning和II-VI三家公司占比就達到近80%的份額。在導電型SiC襯底市場，美國Cree和II-VI合計市占率超過75%；在半絕緣型碳化矽襯底市場，主要由II-VI、科銳和山東天嶽占據。以山東天嶽、天科合達為代表的國内廠商正縮小和海外龍頭企業的産品差距，根據CASA統計，2020年這兩家合計市占率達到7.9%，其餘斯達半導、中車時代、三安光電、泰科天潤等也在加速SiC器件設計生産，并逐漸向襯底、外延等上遊延伸。
總體上，短期内國内廠商産業鍊各環節仍有差距，主要以進口SiC襯底進行加工設計為主；長期來看，國内企業加大資本開支，提高研發支出，在不斷縮小差距，國産化時代已經開啟。
華為投資國内龍頭企業，布局碳化矽功率器件。華為旗下哈勃投資是山東天嶽、天科合達的主要股東之一，分别持有6.34%/4.82%的股權。除此之外，華為還投資了瀚天天成以及東莞天域兩大碳化矽外延國内龍頭企業。
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