行研君说
导语
2019-2025年我国车用IGBT市场规模将从155亿元增至210亿元，年复合增速为5.2%。目前，比亚迪半导体、斯达半导体和中车时代电气等本土企业在新能源汽车IGBT方面扩产，在2020年国内车规级IGBT市场中迈入前十。
来源：国金证券 作者：罗露
一、电动化加速，高压集成和数字化是大势所趋
汽车行业“电动化-网联化-智能化”三部曲，电动化是基础。作为用电侧电动化的重要组成部分，汽车电气化需要依靠数字技术对电动汽车全生命周期进行合理规划，实现电能的高效使用。ICT技术和汽车行业正在发生深度的融合，高压集成和数字化是电动汽车领域当前的两个重要方向。
三电系统是区分电动汽车与燃油车的核心部分。我们测算，电动汽车三电系统市场规模到2025年达到2734亿美元，到2030年达到7556亿美元市场规模。其中电池、电机、电控十年的CAGR分别是28%、27%、16%。
1.1电动化加速，三电系统市场规模快速扩大
电动化加速，2021年新能源汽车增长超预期。尽管2021年国内新能源汽车补贴同比2020年降低了20%，新能源汽车销量依然实现大幅增长，1-11月销量281万辆，同比增长190%。全球来看，2020年全球乘用车销量5359万辆，同比减少6%，但电动车销量达到321万辆，渗透率达6%，同比增长10%。
中国发布《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，目标2025年电动汽车销量将占当年汽车总销量20%。2021年8月5日美国政府签署行政命令，目标2030年新能源汽车销量占比达到50%。2021年中欧新能源汽车渗透率接近15%，全球新能源汽车增长远超预期，有望提前实现既定目标。我们预计2025年和2030年，电动汽车销量占比有望达到25%和60%，对应电动汽车销量1791万辆和5569万辆，CAGR为33%。
智能电动较传统汽车的核心增量部件主要是“三电系统”，电池系统占整车成本比例近40%。“三电系统”即电池、电机和电控三个部分，电池指电池和电池管理系统BMS等，电机指电动机和电动机控制器MCU等，电控指车载DC/DC变换器、车载充电机等，共占电动汽车整车成本的50%。根据产业调研，目前电池、电机、电控系统分别约占“三电系统”成本的76%、13%、11%，即整车成本的38%、6.5%、5.5%。
假设单车平均售价为5.3万美元，毛利率20%，基于三电系统各部件在整车中的占比，我们预测，2020-2030年，电动汽车三电市场规模由646亿美元增长至7556亿美元，其中电池、电机、电控占比分别为78%、13%、9%。
1.2华为数字能源公司瞄准能源数字化
华为数字能源承载公司二次腾飞的希望，是华为打造的第五条S曲线。华为数字能源将ICT技术与电力电子技术融合，将瓦特技术、热技术、储能技术、云与AI技术等创新融合，聚焦清洁发电、交通电动化、绿色ICT基础设施、工业与建筑节能、智能配电、储能等领域，加速能源数字化，实现比特管理瓦特。
作为用电侧电动化的重要组成部分，汽车电气化需要依靠数字技术对电动汽车全生命周期进行合理规划，实现电能的高效使用。全球范围内，交通行业碳排放量约占能源相关碳排放量的四分之一，2020年，我国乘用车全产业链碳排放总量约为6.7亿吨，其中74％的碳排放来自汽车的使用环节，26％的碳排放来自上游产业链制造环节。
华为发挥集成能力和ICT技术优势，车上车下布局云端加持的智能电动。华为将领先的电力电子技术、通信技术和大数据技术融合于电动汽车三电系统，衍生出车上“融合极简”的多合一电驱系统，车下“人-车-桩-路-网”一体化协同的全栈高压充电与换电网络解决方案，以及云端对电池全生命周期的智能化管理和三电故障预测，加速汽车产业电动化发展。
华为定位Tier1供应商，联接车企和上游设备制造商，打通了“器件-系统-整车”全场景。根据上市公司公开资料，华为与27家上市企业在智能电动领域展开合作，其中，上游有10家公司提供三电系统的原材料和零部件；与8家企业在动力电池装车、车载储能和电池检测领域合作；充电桩、新能源车充电领域布局易事特和特锐德；产业链下游，有5家车企发布新款车型，搭配华为智能汽车平台解决方案。
华为“HI+Tier1”两种供应商模式，赋能车企，创建汽车生态圈。HuaweiInside模式下，华为支持车企打造其高端智能汽车子品牌，发布搭载华为全栈智能汽车解决方案的系列车型，如联合小康股份打造赛力斯SF5和AITO问界5、与北汽蓝谷开发极狐阿尔法SHI版、以及未来量产的阿维塔和广汽埃安。传统Tier1供应商模式下，华为向车企客户提供智能电动汽车的增量零部件，长安CS95电动版搭配华为双电机系统。
二、动力电池马太效应明显，BMS系统云化是市场新切入点
动力电池国内企业处于领先地位，市场格局稳定，未来更多的机会点在于利用电池使用数据集成BMS上车。
2.1动力电池市场格局既定，云+AI加持BMS是未来发展方向
动力电池成本和性能是致胜的关键，当前市场集中度持续提升，国内厂商装机量处于全球领先地位。根据insightSLICE，2030年全球动力电池市场规模预计将达823亿美元。2020年动力电池装机量137GWh，前十大厂商占比超过90%；CR5企业占比由2018年的68%升高至2021年的81%，市场马太效应显著且集中趋势将持续扩大。中国厂商市占率全球领先，2020年至2021年中国企业宁德时代、比亚迪、远景AESC、国轩高科和中航锂电合计占比由36.7%上升至44.4%。
BMS可以优化电池性能，提高续航里程，融入电池快充、使用监控和安全检测等环节。BMS通过估测电池荷电和检测使用状态来管控电池发挥作用，是连接动力电池和电动车的桥梁。同时，BMS和整车系统进行信息交换，解决锂电池内部的安全性和使用寿命、加强主动均衡热管理，能够在加强电芯模组等自身设计外，提高整车动力系统的安全性。2020年全球BMS产值规模超过60亿美元，其中新能源车BMS市场规模约占55%，市场规模33亿美元，预计2027年将达到134亿美元，年复合增长率达到26.6%。分地区看，中国市场2020年市场规模为13.3亿美元元，约占全球的40%，预计2027年将达到58亿美元，全球占比将达到43.23%。
2.2华为打造“端+云+AI”协同的BMS云平台，“星闪技术”赋能无线BMS
华为AIBMS结合大数据、AI技术，提前识别电池安全风险并预警。端云电池管理系统由电池控制单元(BCU)、电池采样单元(BMU)和云BMS构成，支持0~800V电池系统。建立精准电池模型，融合多种算法，提升SOC估算精度；云端孪生系统，实现电池全生命周期数据可追溯。车载充电系统集成了车载充电机(OBC)和电压变换器(DC/DC)，电源分配单元(PDU)可选集成，系列化产品包括7kW及11kW。
华为发挥ICT技术优势，同时产业链布局补全电池组检测短板。技术层面，华为BMS首先对数据清洗、去重，构建与电池故障相关的高敏感度特征，形成符合电池热失控故障的算法模型；产业链上，华为既联接宁德时代、亿纬锂能、国轩高科等电池企业，也与星云股份合作，补齐锂电池组检测和封装技术短板。目前，华为AIBMS云平台系统接入了超过10万台新能源车辆数据，成功预警10+起电池热失控故障，实现部分高风险车辆提前处理。大样本量能进一步促进热失控模型的持续优化迭代。
星闪技术重新定义车载短距无线通信技术，低时延、高可靠、精准同步等优势超越蓝牙和WiFi连接。星闪联盟于2020年9月成立，定位为“推动新无线短距通信技术创新和产业生态”，目前成员单位超过140家，覆盖产业链上下游。星闪技术在智能汽车领域的TOP应用包括：无线BMS、沉浸式车载声场&降噪、360全景环视、无线交互投屏、内无线氛围灯等。其中无线BMS可以实现全生命周期检测，提高动力电池安全性能，支持从模组级到电芯级检测的标准化方案。
2.3BMS市场电池企业和整车厂参与度提高
国内BMS市场参与者主要有电池厂和整车厂，以自主研发或与BMS供应商合作开发的形式展开。比亚迪、宁德时代、国轩高科、中航锂电等国内动力电池龙头大多采用“BMSPACK”的模式布局从电芯到电池组全套核心技术，将电池组与BMS配套提供。BMS市场与配套汽车销量关系紧密，华霆动力背靠宏光miniEV，东软睿驰装车广汽埃安，特斯拉进军BMS，搭配整车销售，均取得市场份额大幅扩大。BMS市场主要推动力来自于电池产业链发展，有望冲出的企业有两大特点，一是电池技术领先，二是车型销量势头强劲。
三、高压集成趋势下，核心部件存在较大国产化替代机会
电驱动系统技术升级和功率模块材料替代是国产化的重大契机。新能源汽车补贴退坡给整车厂带来的成本压力将传导至上游电驱电控厂商，零部件集成是降本减重增效、提升功率密度的有效方式；高压直流化是缩短充电时间，提升用户体验的主要路径。零部件集成化高功率、高压平台演进趋势，要求车上热管理系统由水冷向制冷剂、油冷转变；碳化硅功率器件有望替代硅基IGBT，支撑电压平台400V到800V提升，进入规模量产阶段。
3.1电驱动系统集成化、高压化发展倒逼热管理系统升级
新能源车驱动电机市场量价齐升，多合一电驱空间、重量、能耗优势显著，市场渗透超40%。2020年，中国新能源汽车驱动电机装机量为146.3万台，同比增长10.5%，2021年有望达到298.3万台。从市场规模来看，2020年市场规模74.64亿元，预计2025年将达到379.03亿元，五年CAGR为37%。多合一系统通过电机、电控及减速架构一体化的集成设计，使整体结构趋向于紧凑，能够节省电机系统空间、减轻重量、缩短电力传递路径，最终实现降低系统能耗、提升整车续航里程。目前多合一集成系统在整个驱动电机中的比例已超过40%。
汽车电动智能化拉动MCU市场需求，预计2021年市场增长23%。MCU主要应用于电机控制器、动力系统、车身控制、BMS和车载信息娱乐系统等。根据ICInsights预计，2021年32-bitMCU价格上升13%，达到0.72美元，2021年MCU整体市场规模76亿美元，同比增长23%。
功率密度提高倒逼热管理系统升级，技术迭代下有望实现国产替代。整车热管理系统由简到繁，成本由2000元左右（传统燃油车型）提升至6000元左右（新能源车型）。随着功率器件的耦合程度提高，原有部件结构发生较大变化。电动汽车的“三电系统”在高电压电流下散热要求高，传统的水冷系统作用将大打折扣，需要转向技术壁垒较高的双面水冷、油冷等多种方式。2020年全球新能源汽车热管理市场规模200亿元左右，预计2025年达到990亿元，其中国内市场401亿元，占比超过40%。
以车企需求为导向，华为推出了多合一的电驱动系统DriveONE。该系统是业界首款高压多合一动力总成，集成了MCU微控制单元、电机、减速器、DC/DC直流变换器、OBC车载充电机、PDU电源分配单元、BCU电池控制单元七大部件，将机械部件和功率部件深度耦合，充电10分钟可续航200km。
目前峰值功率密度已达到3kW/kg，是业内最高水平。针对超融合带来的局部过热情况，华为通过独特的油道设计采用智能油冷技术将绕组平均峰值温度降低30℃。主功率部件融合消除了原分离部件间的传导干扰，整车的空间辐射大大减小，直接提高了整车EMC测试一次性通过率，可以减少车企认证和上市时间。相较3+3模式，多合一模块化平台可显著提升零部件的复用率，缩减采购、制造成本并建立统一的质量标准。此外，DriveONE还可基于华为云和AI技术实现端云协同及控制归一，电动化数字开发平台、硬件平台及软件平台三层平台化架构大幅提升开发效率，助力车企通过差异化提升产品竞争力。
驱动电机市场主要由整车企业和第三方电机公司组成，市场相对分散。2020年，比亚迪、特斯拉和方正电机的市场份额排名前三，分别为13.2%、9.9%和6.7%。前十企业中，整车企业驱动电机市场份额合计34.3%，第三方独立电机公司市场份额28.1%。
目前三合一电驱市场还是寡头垄断阶段，多合一系统协同开发困难，未来市场份额向整车厂集中。2020年特斯拉、比亚迪、蔚然动力和日本电产合计占总销量的82.1%，未来随着2021年华为三合一系统搭载东风赛力斯SF5正式量产，三合一电驱动系统市场竞争将更为激烈。我们总结多合一电驱市场参与者分为两类：第一类，车企直接布局集成化电驱总成产品，并加速其产业化应用；第二类，传统电机、电控、变速器企业，产业融合，跻身tier0.5供应商。多合一系统各组件使用寿命不同，造成技术研发的困难，需要经过多轮检测。但现阶段供应链模式一般是由供应商设计，整车厂制造、测试，整车厂和供应商零部件协同开发难度大，集成化过程中的设计和质量问题对于整车厂商和供应商来说仍然是巨大的挑战，所以我们认为，未来多合一电驱动系统重心将向整车厂转移。
MCU市场高壁垒下马太效应明显，整体市场缺货环境下，国内厂商迎来国产化机遇。由于对产品稳定性和电机控制算法要求较高，MCU市场主要由Renesas、NXP等国外龙头垄断，前四大厂商市占率总和接近80%。国内MCU厂商起步较晚，兆易创新、芯旺微、比亚迪、杰发科技等目前也在积极布局车规级产品。当前国产MCU已在照明、冷却系统等方面装车应用，在动力控制、ADAS等较为复杂领域应用较少。
传统热管理系统市场中，传统外资头部企业仍然凭借深厚的技术积累和客户资源，在一级系统集成供应方面依旧占据主导地位。日本电装、德国马勒、法国法雷奥、韩国翰昂所占市场份额超50%，国内供应商则供应系统部件。
新一轮技术迭代中，国内补贴退坡导致车企对低成本零部件需求增加，国内厂商有望实现弯道超车。以三花智控、银轮股份、奥特佳为代表的国内厂商，未来有望凭借快速响应、成本控制和地缘优势快速配套国内新能源汽车企业。2021年4月18日，华为发布智能汽车热管理解决方案TMS2.0，将于2022年量产，相较已在北汽极狐车型搭载的TMS1.0版本集成度更高，实现能效、标定效率、体验三大提升。
3.2充电基础设施加强“桩-路-网”建设，平台高压化趋势满足快充需求
全球充电桩保有量快速上升，大功率快速充电网络引领增长。根据IEA数据，2020年全球电动汽车充电设施的数量为950万个，其中250万个为公共充电设施。保守预计，到2025年，全球电动汽车充电设施将增加至5000万个左右，其中包括约1000万个公共充电设施。2020年到2025年，乘用车充电电压将从500V升级到800V，充电功率从60kW到350kW，即使电动车的电池容量从60度电升级到100度电，但充满电的时间将会从1个小时左右缩短到10-15分钟。2025年，假设充电桩CAPEX为1万元/台，其中充电模块占比50%，充电模块市场规模约为2500亿元；假设充电费用0.7元/kwh，充电桩装机量为0.4TW，对应运营市场规模约为12000亿元。
车下充电设备直击行业痛点，网联充电桩将是车联网重要一环。2020年4月，华为推出了第三代直流快充模块HiCharger。作为充电桩的核心部件，HiCharger具有高功率密度、高效率、高可靠、低噪音的特点，可通过OTA升级，年平均失效率（0.6%）远低于业界均值（3%-5%），有效解决了生命周期短、运维成本高、系统效率低、充电噪音大等充电桩市场的痛点。除此之外，HiCharger还可以实时监控设备运行状态，成为车联网中车路协同的重要一环，提供更大市场想象空间。
全球范围内共发布两款尺寸相同的直流快充模块，分别是30kW的国内版本及20kW的海外版本，可保持300-1000V全段恒功率输出，支持充电桩同尺寸扩容，满足未来电动汽车对高压快充的强烈需求，目前已确定与国家电网(北京)、星星充电(常州)、南网电动(深圳)、华商三优(北京)、珠海泰坦(珠海)以及大连罗宾森(大连)等达成合作。
充电模块市场集中度逐渐提高，网联化扩展想象空间。2016-2020年，特来电、国家电网和星星充电三家充电桩龙头所占份额连续五年保持在70%左右。根据充电联盟，充电模块在充电桩的整体成本中所占比例为50%。近年来，充电模块价格急速下跌，在大功率、智能化、网络平台化的发展趋势下，有充电模块生产能力的厂商主要分为自产自用的充电桩厂商（中恒、特来电等）及已有一定技术积累的充电模块供应商（英飞源、华为、中兴等电力电源或通讯电源企业）两类，2019年充电模块市场占有率前五的企业包括英飞源、特来电、永联、英可瑞、中兴，CR5占超70%。
3.3高压趋势下碳化硅上车加速，功率器件国产替代迎来契机
电机控制器是电驱动总成的核心部件，价值量占总成的40%，其中主要零部件IGBT占比44%，目前技术门槛高，国产化率低。IGBT技术包括芯片设计、晶圆制造、模块封装等，制造难度较大，护城河较高，主要由英飞凌、ABB、三菱、西门子、东芝、富士等国外龙头垄断。据集邦咨询，2019-2025年我国车用IGBT市场规模将从155亿元增至210亿元，年复合增速为5.2%。目前，比亚迪半导体、斯达半导体和中车时代电气等本土企业在新能源汽车IGBT方面扩产，在2020年国内车规级IGBT市场中迈入前十。
碳化硅材料性能卓越，短期聚焦提高可靠性，长期转向控制研发和生产成本，2025年迎来大规模上车阶段。目前新能源汽车主要使用400V的电压系统，源于对快充的需求将向800V电压平台发展，同时带动功率模块高压化趋势。相比于普遍使用的硅IGBT，碳化硅功率器件具有重量轻、体积小、功率密度高、续航里程高、控制器损耗低、导热性好、更耐高温等优势。特斯拉2018年开始搭载意法半导体SiC功率模块，开启汽车领域SiC商用时代。目前特斯拉碳化硅模块成本在5000元左右，是650VIGBT模块三倍左右,但随着生产规模的扩大、市场竞争加剧，SiC成本下降后，将迎来装车量提升的爆发阶段。
车用功率半导体打开碳化硅市场空间，带动上游衬底和外延需求扩大。车用功率半导体市场规模将从2020年14.8亿美元增长至2026年55.6亿美元，六年CAGR25.9%，其中IGBT和SiC将占据超过80%市场。整体看SiC市场，预计到2025年市场规模达到25亿美元，其中新能源汽车和充电桩领域的SiC市场规模将达到17.78亿美元，占比71%。新能源汽车厂商加速引入碳化硅功率器件，将影响SiC衬底和外延片需求量同步暴增。据测算，SiC衬底成本占比最高43%，外延成本约占27%，对应市场规模7.6/4.8亿美元。
国内厂商进口衬底和外延片进行封装为主，与海外龙头企业技术差异逐渐缩小。2018年全球SiC外延片市场美国Cree、DowCorning和II-VI三家公司占比就达到近80%的份额。在导电型SiC衬底市场，美国Cree和II-VI合计市占率超过75%；在半绝缘型碳化硅衬底市场，主要由II-VI、科锐和山东天岳占据。以山东天岳、天科合达为代表的国内厂商正缩小和海外龙头企业的产品差距，根据CASA统计，2020年这两家合计市占率达到7.9%，其余斯达半导、中车时代、三安光电、泰科天润等也在加速SiC器件设计生产，并逐渐向衬底、外延等上游延伸。
总体上，短期内国内厂商产业链各环节仍有差距，主要以进口SiC衬底进行加工设计为主；长期来看，国内企业加大资本开支，提高研发支出，在不断缩小差距，国产化时代已经开启。
华为投资国内龙头企业，布局碳化硅功率器件。华为旗下哈勃投资是山东天岳、天科合达的主要股东之一，分别持有6.34%/4.82%的股权。除此之外，华为还投资了瀚天天成以及东莞天域两大碳化硅外延国内龙头企业。
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【行研君
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