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新能源汽车电控产业链的梳理

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新能源汽车电控产业链的梳理


通过对新能源汽车产业链的梳理,发掘未来新能源汽车产业的投资机会,主要逻辑是针对新能源汽车产业相关细分产业链的分析,找出未来行业前景广阔的细分产业。

 

一、产业简介

1.行业简介

新能源汽车作为传统燃油汽车的替代品,主要电气系统在传统汽车“三小电”(空调、转向、制动)基础上延伸产生为电动动力总成系统“三大电”——电池、电机、电控。其中,电控系统作为传统变速箱功能的替代,其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。

其实电机控制器在传统汽车的车载电机中已有应用,主要是对车用空调压缩机、转向助力泵电机等进行调控。电动汽车电机控制器作为控制电动汽车驱动电机的设备,通过接收整车控制器和控制机构(制动踏板、油门踏板、换挡机构)传送的控制信息,对驱动电机转速、转矩和转向进行控制,并可同时对动力电池的输出进行相应控制。

2.行业产业链

电机控制器主要由控制电路、驱动电路、外壳结构以及各种传感器构成。其中最重要的就是驱动电路中的IGBT模块,在整个电控系统中的成本占比约为40%。

延伸阅读:

  • 文件名称:

    FUJI富士车载IGBT模块 M653 6MBI800XV-075V-01应用手册中文版

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  • 文件版本:1.0

  • 简要说明:FUJI富士车载IGBT模块 M653 6MBI800XV-075V-01应用手册中文版

  • 更新时间:2017-09-03 22:55:56

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  • 文件描述:FUJI富士车载IGBT模块 M653 6MBI800XV-075V-01应用手册中文版

FUJI富士车载IGBT模块 M653 6MBI800XV-075V-01应用手册中文版

1.车载 IGBT 模块的基本概念
 近年来,考虑到对环境的影响,全球都在探求降低二氧化碳排放量的方法。为了降低二氧化碳排放
量,汽车领域正在普及混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)。HEV和EV将高压蓄电池中储存的直流电通
过电力转换装置转换为交流,驱动行驶用电机,而该电力转换装置主要使用IGBT模块。由于需要在汽车
的有限空间内安装高压蓄电池、电力转换装置、电机等,因此,电力转换装置中使用的IGBT模块要尽可
能实现小型化。
在此背景下,以“小型化”为基本概念开发了富士电机车载IGBT模块。
图1-1所示为IGBT模块的基本市场需求。对IGBT模块的基本市场需求为提高性能和可靠性、降低环境
压力。性能、环境、可靠性的各种特性相互关联,因此,为了实现IGBT模块的“小型化”,对这些特性
进行均衡改进是非常重要的。
本次开发的车载IGBT模块,通过采用(i)带水套的第3代直接水冷结构、(ii)第7代RC-IGBT芯片、(iii)高
强度焊接材料,最大限度地发挥了性能、可靠性、环境的各种特性。另外,通过电流传感器和温度传感
器这两个集成在芯片上的传感器实现了高可靠性,通过P电压监视端子也能够良好的进行蓄电池电压对
应的电力控制等控制。
*1)RC-IGBT:Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor

2.直接水冷结构
新开发的车载IGBT模块,通过采用第3代直接水冷结构,大幅降低了热阻。与间接冷却系统相比,第
1代直接水冷系统降低了33%的热阻,并且,第3代冷却系统中散热片和水套实现了一体化,进一步降低
了超过30%的热阻。此系统的概念是,不仅仅降低热阻性能,还可取消水路设计。同时,采用法兰类型
的水路连接,使得电机和控制模块的水路连接设计更加简单。
图1-2所示为本次新开发的车载IGBT模块的外观。
图1-3 所示为第1代和第3代的稳态热阻比较。第3代冷却系统中,无间隙冷却设计加快了散热片之间
的冷却液流动速度,其结果就是降低了30%的热阻

3.第 7 代 RC-IGBT 芯片的特征
  新开发的车载IGBT模块(6MBI800XV-075V)中,采用750V额定的“X 系列”RC-IGBT。X系列的
RC-IGBT通过对场截止(FS)结构的优化降低了导通电压和开关损耗。另外,通过对沟槽栅极结构的优
化,提高了开关速度的可控性。
如下图所示,RC-IGBT为在同一芯片上配置了条状结构的IGBT和FWD。
与传统IGBT相比,RC-IGBT的特征是VCE(sat)–Eoff性能优越。如以下示意图所示,将芯片下方的IGBT
集电极(P+层)和FWD的负极(N+层)连接形成的共集电极结构,使得关断动作期间,电子和空穴很容易
进行迁移,与传统产品相比,降低了关断损耗。

如下图所示,由于是在芯片上交替配置IGBT和FWD部分,各部分的损耗产生的热量会从整个芯片表面
释放出来,因此,与传统产品相比,降低了热阻。尤其是堵转模式、升压整流、短路动作时效果显著。
堵转模式时,由于RC-IGBT具有较大的散热区域,因此可显著抑制发热,但是另一方面,也存在一点
缺点,在三相运行中,IGBT和FWD部分之间由于热干涉产生温度上升。

4.集成芯片传感器
如图1-8所示,电流传感器、温度传感器和IGBT芯片集成于一个芯片上,通过外接分路电阻器和电流
源,可以分别监视电流和Tj

5.采用高强度焊接材料
与工业用半导体和民用半导体相比,汽车用半导体多在恶劣的环境下使用,因此需要有较高的可靠
性。特别是因温度循环产生的应力导致连接绝缘基板和散热底座的焊接部分出现裂痕后,将会引起热阻
上升和芯片异常发热,导致IGBT模块损坏。与使用传统SnAg系列焊锡时相比,富士电机车载IGBT模块
中采用新开发的SnSb系列焊锡,显著抑制了裂痕扩展

电机控制器行业的上下游关系较为简单,其主要下游用户为新能源汽车整车企业。

二、国内电控产业现状分析

1.产销分析

数据来源:盖世汽车

一般来讲电控和电机属于配套产品,因此电控行业的出货量基本等同于电机出货量,根据盖世汽车数据显示(根据其电机出货量数据来推算电控出货量),近几年来电控行业的出货量随着新能源汽车行业的发展可谓是快速增长,从2012年的0.96万套增长到2016年的52.64万套,年复合增长率172%,预计未来随着新能源汽车行业的快速增长,电控行业的增速也将随之受益。

目前我国电控的生产厂商分为两种,一种是整车制造企业自身配套的电控企业,第二种是专业从事零部件供应或电机电控产品供应的企业。第二种电控厂商需要与整车厂商共同研发来提供与整车系统匹配的电控系统,因此目前国内电控企业还是以第一种为主。

通过2016年显示来看,出货量超过1万套的企业有10家,其中最大的当属比亚迪,出货量14.02万套,市场占比达到26.63%,在第三方电控企业中,出货量最大的是上海电驱动,出货量1.96万套,市场占比3.72%,相比于前两名整车厂的出货量还有很大的差距。

数据来源:GGII、盖世汽车

2.核心部件IGBT芯片行业分析

IGBT即绝缘栅双极型晶体管,面世初期主要以电机、电源、电焊机等产品为主的工业控制领域,随着空调、电磁炉、数码相机等3C领域对于其需求的提升,IGBT逐步从工业产品走进消费电子产品中,可以说IGBT是所有电力电子装置的“CPU”。

2MBI800XNE-120适用于高功率EV电驱动及大功率变频器

800A/1200V 2in1 IGBT模块 Econo DUAL3封装

Westpac威柏技术支持总监:

王鹏 手机:15989854023 电话:027-8705 4728 

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减少电力损耗,利于节能

富士电机第7代“X系列”通过薄化构成本模块的IGBT元件以及二极管元件的厚度,使其小型化,从而优化元件结构。因此,与以往产品相比(富士电机第6代“V系列”),降低变换器运行时的电力损耗。有利于运载机器节能和削减电力成本。

在新能源汽车行业中IGBT模块发挥着重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件,在整车中的成本约占5-10%,在充电桩中成本约占20%。

然而,纵观全球IGBT细分产业情况来看,国内70%的IGBT市场需求需要进口,全球市场主要集中在日美企业,比如英飞凌、三菱电机、富士电机等等,国内企业只有中车时代挤进前20,2015市场占比仅为0.6%。

威柏电子是电力电子产品专业供应商,主要产品为FUJI富士IGBT模块,FUJI富士IPM模块,IGBT驱动器,FUJI富士接触器,FUJI富士断路器,功率薄膜电容等核心功率器件,全面服务于中国工业节能及新能源产业。凭借优质的产品及专业的服务,深得客户信赖,成为中国电力电子市场重要的供应商之一。

2012年威柏电子荣获富士电机最佳销售金奖(暨富士最大代理商奖)

WESTPAC ELECTRonICS won gold award from FUJI ELECTRIC(CHINA)

威柏电子荣获富士电机半导体最佳销售金奖(暨富士电机半导体最大代理商奖)

香港威柏电子的汽车产品线主要由汽车级功率半导体构成,包括EV电动汽车电驱用IGBT模块,汽车级IPM模块,EV电动汽车直流接触器,DC-link母线电容,EV/HEV DC/DC OBC等核心功率器件。低碳、节能、减排已经成为汽车技术的核心竞争力,威柏电子积极参与中国新能源汽车产业的研发和制造,与中国汽车产业共同进步。

威柏电子 以客为本 Westpac ELectronics Customer-based service

内容提要:威柏电子参加2012年富士电机(中国)代理商总经理会,营业方针说明会,荣获富士电机最佳销售金奖(暨富士最大代理商奖),并作为富士代理商代表做获奖致辞!

富士电机半导体产品线涵盖IGBT模块,IPM模块,分立IGBT,MOSFET,二极管,电源管理IC,压力传感器,汽车电子半导体,汽车IGBT模块,汽车MOSFET,汽车智能功开关等。

威柏电子荣获富士电机(中国)三个奖项:

富士电机最具活力金奖-各机种年度整体销售额增长率第一名(半导体):威柏电子有限公司 WESTPAC ELECTRONICS

富士电机最佳销售金奖-各机种年度整体销售额第一名(半导体):威柏电子有限公司 WESTPAC ELECTRONICS

富士电机最佳销售金奖-全机种年度整体销售额第一名:威柏电子有限公司 WESTPAC ELECTRONICS

数据来源:IHS

尽管我国拥有世界上最大的IGBT市场,但是目前国内功率半导体产品的研发与国际大公司相比还有很大差距,特别是IGBT等高端器件差距更加明显。另外由于新能源汽车用的IGBT芯片应用工况更加复杂,高温高湿高震动以及装配体积、成本等要求非常严格,这无疑给国内IGBT芯片行业的国产化提出更高的要求。

EV、HEV用IGBT模块

采用直接水冷铜散热片基础结构、实现了高功率密度和小型封装的EV、HEV用IGBT模块
产品中分别内置有6个IGBT和FWD。此外,还内置有用于检测温度的热敏电阻。

EV、HEV用IGBT模块 650V级

※点击产品图像即可查看等效电路图。

VCE(sat): at Tj=25°C, Chip

PACKAGEDEVICE TYPEVCES
VOLT
IC(CONT)
AMPS.
IC(PEAK)
AMPS.
VCE(SAT)
TYP. VOLTS
VF
TYP. VOLTS
NET MASS GRAMS
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M651
6MBI400VW-065V威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司6502004002.00 (IC=400A)1.70 (IF=400A)660g
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M652
6MBI600VW-065V威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司6503006002.00 (IC=600A)1.70 (IF=600A)900g
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M653
6MBI800XV-075V威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司750800

三、国内电控产业企业分析

1.蓝海华腾

公司作为一家专业致力于工业自动化控制产品研发、生产和销售的国家高新技术企业和软件企业,是目前国内主要的电动汽车电机控制器供应商,也是内资企业中技术领先的中低压变频器供应商,公司开发的伺服驱动器产品在国内注塑机、压铸机等系统改造和各种传动应用市场有着广泛需求。

截止2017年前三季度,公司总资产10.34亿元,营业收入4.43亿元,净利润1.07亿元,截止目前市值43亿元。

在电机电控(包括电机)业务方面,公司2016年营收5.55亿元,销量7万台

数据来源:公司年报

2.正海磁材

公司的主营业务包括高性能钕铁硼永磁材料以及新能源汽车电机驱动系统业务。截止2017年前三季度,公司总资产37.24亿元,营业收入7.46亿元,净利润350万元,截止目前市值79.6亿元。

在电控业务方面,公司主要通过收购上海大郡切入,2017年上半年上海大郡完成营收2.93亿元,净利润0.19亿元。

数据来源:公司年报、定增预案书

3.汇川技术

公司是专门从事工业自动化和新能源相关产品研发、生产和销售的高新技术企业。经过十多年的发展,公司已经从单一的变频器供应商发展成电气综合产品及解决方案供应商。截止2017年三季度,公司总资产87.41亿元,营业收入31.30亿元,净利润7.23亿元,截止目前市值450亿元。

在电控业务方面,公司主要配套宇通客车以及部分专用车企业,2016年电控产品销量约为2万台左右。2017年上半年公司新能源汽车业务营收1.46亿元,同比下滑48%。

4.大洋电机

公司致力于成为全球电机及驱动系统行业领袖,为全球客户提供安全、环保、高效的驱动系统解决方案,是集家电及家居电器电机、新能源汽车动力总成系统以及车辆旋转电器自主“研发、生产制造、营销” 为一体的国际化高新技术集团企业,并着力拓展新能源汽车运营平台业务。

公司拥有每年约7,000万台套家电及家居电器电机、30万台套新能源汽车动力总成系统及500万台车辆旋转电器的生产能力,同时在多个城市成功开展新能源汽车及相应配套的充电设施的运营。截止2017年前三季度,公司总资产162亿元,营业收入59.74亿元,净利润2.13亿元,截止目前市值165亿元。

在新能源车用电控业务方面,主要是通过收购上海电驱动进行切入,2016年上海电驱动电控销量1.96万台

四、产业业发展前景分析

对于电控行业来讲,其未来发展前景充分受益于新能源汽车行业的发展,根据盖世汽车的相关预测数据,到2021年,我国电控装机量有望达到185万台,我们假设每台电控的价格为7000元左右,那么预计到2021年国内电控市场规模有望达到129亿元,相比于2016年的37亿元,年复合增长率有望达到29%,增速相对来讲是非常可观的。

五、产业投资建议

虽然电控行业未来的市场规模增速还算可以,但是考虑到其属于中游,势必在未来补贴下滑的趋势下受到下游整车厂商的压价,因此只有在上游原材料降价的情况下,尤其是IGBT芯片国产化成功之后导致IGBT芯片的成本降低,从而增厚电控企业的盈利能力,电控行业才可能有较大的投资机会,因此我们目前不建议投资电控行业,等到补贴稳定以及上游原材料尤其是IGBT芯片降价之后再进行考虑。

FUJI ELECTRIC富士电机简介:

富士电机早在1923年成立以来,一直致力于技术革新和挑战,为顾客提供高质量的服务。

富士电机集团是“向客户提供最大满足的企业”的代名词。不断向具有独创性的技术革新挑战,为客户竭诚服务。

FUJI ELECTRIC富士电机发挥创业以来积累的“自由操控电力”的电力电子技术优势,成为“环境,能源”领域举足轻重的国际企业。

FUJI ELECTRIC富士电机研发制造高品质电力电子功率半导体IGBT/IPM,为太阳能发电,风力发电,智能电网,工业自动化变频伺服,铁路机车,电动汽车等提供核心功率器件,为高效化和节能做贡献!

FUJI ELECTRIC富士电机功率半导体致力于在“节约电力”和“创造电力”可靠且高效的应用,为人类绿色可持续发展不断努力!

FUJI ELECTRIC Innovating Energy Technology 富士电机 不断创新的能源科技

威柏电子(WESTPAC ELECTRONICS)简介:

 

香港威柏电子(Westpac Electronics)创办于1992年,主要产品为FUJI富士电源IC,FUJI富士MOSFET,FUJI富士三极管,FUJI富士超快恢复二极管,FUJI富士肖特基二极管,FUJI富士单管IGBT,FUJI富士Super J-MOS,FUJI富士电机IGBT模块,FUJI富士电机IPM模块,FUJI富士电机PIM功率集成模块,FUJI富士电机分立IGBT,FUJI富士智能功率模块,FUJI富士三电平IGBT模块,FUJI富士汽车级IGBT模块等。

 

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