高集成度：從零部件到多合一,，向集成化一體化整合

　　新能源汽車在輕量化、降成本和優(yōu)化空間布局等性能指標(biāo)要求越來越高,，電驅(qū)系統(tǒng)集成化產(chǎn)品成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì),。新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了從分立式到功能集成化，再到機(jī)電一體化發(fā)展過程,，依靠關(guān)鍵技術(shù)的突破創(chuàng)新提高系統(tǒng)集成度,，已成為新能源汽車行業(yè)的共識(shí)。

　　系統(tǒng)性能和成本控制成為不同集成方案考慮的核心因素,。新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有不同的集成路徑,，需要權(quán)衡考慮系統(tǒng)性能、成本控制,、緊湊性,、可維護(hù)性、供應(yīng)鏈管理,、靈活性等因素選擇性封裝,。常見的“大三電”集成主要是電機(jī)、電控,、減速器三合一系統(tǒng),，代表廠商是日本電產(chǎn)、蔚來,。常見的“小三電”集成主要是車載充電機(jī),、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、高壓配電單元三合一系統(tǒng),，代表廠商是威邁斯,、英搏爾。進(jìn)一步多合一電驅(qū),，在三合一系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，各公司按各自技術(shù)路線選擇性封裝。有將“大三電”和“小三電”進(jìn)行集成的六合一電驅(qū),，也有更近一步的高壓系統(tǒng)集成將“大三電”,、“小三電”、電池管理系統(tǒng),、整車控制器集成的“多合一電驅(qū)”,，代表是比亞迪八合一、華為七合一,。

　　也有將“小三電”總成進(jìn)入電池包的擴(kuò)展電池組集成方案,，代表廠商是特斯拉,。隨著集成技術(shù)的演變，未來電動(dòng)壓縮機(jī)和熱管理單元也存在封裝到總成的可能性,。

　　上圖：新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成方案技術(shù)路徑

　　目前電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成主要處于控制級(jí)整合階段,。按照集成程度的不同，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成可以分為獨(dú)立產(chǎn)品,、部件級(jí)整合,、控制級(jí)整合、功率級(jí)整合四個(gè)階段,。目前大多數(shù)廠商的系統(tǒng)集成方案主要處于第二,、第三階段的控制級(jí)系統(tǒng)集成。第四階段功率級(jí)整合是在拓?fù)潆娐穼用鎻?fù)用部分功率器件和磁性器件,，技術(shù)難度較大,，行業(yè)內(nèi)具備功率級(jí)整合技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的廠商較少。

　　上圖：新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成化發(fā)展階段

　　集成化趨勢(shì)越發(fā)明顯,，多合一系統(tǒng)裝機(jī)量滲透率不斷提升,。根據(jù) NE 時(shí)代的數(shù)據(jù)，國內(nèi)新能源乘用車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三合一及以上集成滲透率從 2020 年的 40%提升到 2022 年 H1 的 60%以上,。2022 年 H1，新能源乘用車二合一以下,、三合一,、多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)搭載量占比分別為 41%、55%,、4%,。其中，三合一以上系統(tǒng)搭載量 136.8 萬套,，同比增長 100.9%,。

　　電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多合一集成化增強(qiáng)了行業(yè)壁壘。相比較獨(dú)立產(chǎn)品的供應(yīng)商格局,，電驅(qū)動(dòng)多合一系統(tǒng)供應(yīng)商中整車企業(yè)和體系內(nèi)供應(yīng)商明顯增多,。根據(jù) NE時(shí)代的數(shù)據(jù)，2022 年 H1,，我國新能源乘用車電驅(qū)動(dòng)三合一以上系統(tǒng) TOP10 供應(yīng)商系統(tǒng)搭載量 112.9 萬套,，市場(chǎng)占有率為 82.7%。TOP10 供應(yīng)商為比亞迪,、特斯拉,、日本電產(chǎn)、蔚來驅(qū)動(dòng)科技,、匯川技術(shù),、中車時(shí)代,、聯(lián)合電子、巨一動(dòng)力,、零跑汽車,、大眾變速器。其中,，日本電產(chǎn)是第三方供應(yīng)商領(lǐng)先者,，市場(chǎng)占有率 10.0%；中車時(shí)代增速最快,，市場(chǎng)占有率達(dá) 4.6%,。

　　比亞迪華為引領(lǐng)多合一集成技術(shù)方向。在多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)市場(chǎng)中,，代表案例包括比亞迪八合一系統(tǒng)和華為七合一系統(tǒng),。比亞迪八合一系統(tǒng)集成驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器,、電機(jī)控制器,、OBC、DC-DC,、PDU,、BMS、VCU,，其整體性能較上一代功率密度提升 20%,、整機(jī)重量降低 10%、體積降低 10%,，系統(tǒng)工況效率高達(dá)89%,。華為七合一系統(tǒng)集成驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器,、MCU,、OBC、DC-DC,、PDU,、BCU，系統(tǒng)工況效率也是 89%,。從集成度來看,，比亞迪的八合一系統(tǒng)集成度或?qū)⒏摺Ⅲw積更小,。

　　上圖左：2022H1新能源乘用車“多合一”市場(chǎng)份額

　　上圖右：比亞迪八合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　高電壓：從400V 到800V,，電壓升級(jí)提升快充效率

　　800V 高壓平臺(tái)優(yōu)勢(shì)明顯，可提高充電效率,、降低損耗,、輕量化,。新能源汽車普遍采用電壓 400V、電流 500A,、最高功率 200KW 的系統(tǒng)平臺(tái),。如果要進(jìn)一步提高充電功率、縮短充電時(shí)間,，需要進(jìn)一步提升系統(tǒng)電流或電壓,。提升電流的方法，容易在充電期間發(fā)生電池過熱的問題,，從而對(duì)新能源汽車造成安全隱患,。提升電壓的方法，需要將平臺(tái)電壓從 400V 提升到 800V,、1000V 來進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)容,。800V 高壓平臺(tái)具有較多性能優(yōu)勢(shì)，一方面可提升充電效率,、減少系統(tǒng)能量損耗,；一方面提高電壓將減小傳輸電流，縮減高壓線束的截面積,，達(dá)到降低線束重量,、節(jié)省空間的效果。

　　各大車企紛紛布局 800V 平臺(tái)架構(gòu)和未來車型,。2019 年,，保時(shí)捷率先推出800V 系統(tǒng)全電動(dòng)跑車 Taycan，采用 270kW 功率的快充,，充電 5％-80％僅需 23分鐘。奧迪,、捷尼賽思,、悍馬等國外豪華品牌電動(dòng)車均已宣布采用 800V 系統(tǒng)，奔馳,、大眾等巨頭也將在未來推出 800V 平臺(tái)架構(gòu),。國內(nèi)造車新勢(shì)力和傳統(tǒng)汽車廠商也紛紛布局 800V 系統(tǒng)，包括小鵬,、蔚來,、理想、比亞迪,、吉利極氪,、廣汽埃安、東風(fēng)嵐圖等,。小鵬發(fā)布的全新 SUV 車型小鵬 G9 作為全球充電最快的量產(chǎn)電動(dòng)車,，將首次搭載 800V 高壓 SiC 平臺(tái),，配合小鵬的超快充樁可做到車樁結(jié)合，最快可以實(shí)現(xiàn)充電 5 分鐘續(xù)航 200 公里,，充電 10%-80%進(jìn)入 15分鐘時(shí)代,。

　　上圖：各大車企800V高壓系統(tǒng)布局情況

　　800V 高壓平臺(tái)要求電驅(qū)動(dòng)各部件向高電壓升級(jí)。隨著電壓平臺(tái)的升高,，動(dòng)力電池需要支持 800V 之外,，需要匹配電機(jī)控制器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器,、車載充電機(jī),、高壓配電單元、空調(diào)壓縮機(jī),、加熱器各部件在 800V-1000V 電壓下正常工作,。800V 高壓平臺(tái)需要相應(yīng)的各部件設(shè)備升級(jí)支持 800V，但是各部件產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)到 800V 有較長的過渡期,。對(duì)于兼容現(xiàn)有 400V 直流充電樁的問題,，可以通過加裝 400V 轉(zhuǎn) 800V 直流車載充電機(jī)的方式進(jìn)行電池充電。對(duì)于兼容現(xiàn)有400V 空調(diào)壓縮機(jī),、加熱器的問題,，可以加裝 800V 轉(zhuǎn) 400V 高壓轉(zhuǎn)換器的方式過渡。

　　上圖：800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)

　　800V 高壓平臺(tái)成本較高,，主要定位于豪華車型市場(chǎng)?，F(xiàn)階段新能源汽車受制于電池原材料需求量大帶來的價(jià)格高企，整車企業(yè)對(duì)于各零部件成本非常敏感,。800V 高壓產(chǎn)業(yè)鏈處于早期階段,，相關(guān)零部件切換到 800V 仍需培育時(shí)間。

　　在現(xiàn)有解決方案情況下,，整車成本需要增加約 1-2 萬元,，只有價(jià)格不敏感的高端豪車市場(chǎng)可以快速推廣。根據(jù) Yole 的預(yù)測(cè),，2024 年 800V 高壓平臺(tái)滲透率有望達(dá)到 10%,。

　　上圖：800V系統(tǒng)滲透率預(yù)測(cè)

　　高功率密度：從硅基到碳化硅，功率密度與效率不斷提升

　　碳化硅器件相對(duì)硅基器件具有更佳的工作性能,。功率器件實(shí)現(xiàn)電壓,、電流和頻率的轉(zhuǎn)換，是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中電能轉(zhuǎn)化和電路控制執(zhí)行的核心,。新能源汽車電力轉(zhuǎn)換的主流方案采用硅基 IGBT,，而 IGBT 受限于硅基材料性能，較難進(jìn)一步提升各項(xiàng)性能,。隨著電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度的不斷提高,，需要更高效的電力轉(zhuǎn)換效率和更高的工作溫度,，這對(duì)功率器件提出了更高的要求。碳化硅功率器件在導(dǎo)通電阻,、阻斷電壓和結(jié)電容方面的性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)硅基功率器件,，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率體積密度、更高的功率質(zhì)量密度,、更高的開關(guān)頻率,、更高的效率，并降低冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜程度,。對(duì)新能源汽車而言,，在相同電壓情況下，碳化硅器件厚度更薄,，尺寸更小,，重量更輕，導(dǎo)通電阻更低,，能量損失更小,，使得新能源汽車實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程、更短的充電時(shí)間,、更高的電池電壓,，是實(shí)現(xiàn) 800V 高壓平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

　　碳化硅器件在電機(jī)控制器,、車載充電機(jī),、DC-DC、無線充電中廣泛應(yīng)用,。越來越多的車型在電機(jī)控制器采用碳化硅方案,，國外奧迪 e-tron GT、福特 Mach-E,、特斯拉 Model S 等車型紛紛采用了碳化硅器件,，國內(nèi)比亞迪漢 EV 旗艦車型是碳化硅器件在國內(nèi)首次上車，小鵬 G9,、蔚來 ET7 也采用碳化硅電機(jī)控制器解決方案,。碳化硅成為中高端車型電源解決方案,，豐田推出的電動(dòng) SUV車型 bZ4X 上搭載了基于碳化硅的車載充電機(jī)和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,，國內(nèi)欣銳科技在車載充電機(jī)市場(chǎng)率先應(yīng)用碳化硅，威邁斯,、英博爾等企業(yè)也發(fā)布了基于碳化硅的車載充電機(jī)產(chǎn)品方案,。

　　上圖左：各類型功率件應(yīng)用場(chǎng)景

　　上圖右：SIC與IGBT器件在不同工況下效率對(duì)比

　　碳化硅功率器件取代傳統(tǒng)硅基功率器件已成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。在 2018 年之前,，碳化硅開始應(yīng)用于電機(jī)控制器,、車載充電機(jī),、DC-DC 和充電樁等各領(lǐng)域，但是碳化硅方案尚不成熟,，滲透率也較低,。2020 年以后，隨著新能源汽車行業(yè)爆發(fā),，碳化硅應(yīng)用方案開始增加,，1200V 高壓解決方案也陸續(xù)出現(xiàn)。根據(jù) Yole 的預(yù)測(cè),，600V 碳化硅電機(jī)控制器方案有望在 2023 年放量,，1200V 碳化硅電機(jī)控制器方案有望在 2026 年放量，1200V 碳化硅充電樁方案有望在 2025年放量,。

　　上圖：新能源碳化硅應(yīng)用路線圖

　　碳化硅器件目前應(yīng)用于高端新能源汽車,，未來成長空間廣闊。盡管碳化硅有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì),，也具有長期市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?，但由于碳化硅襯底生長速率慢、制備技術(shù)難度高,，導(dǎo)致高品質(zhì)碳化硅襯底產(chǎn)量低,、成本高。目前,，碳化硅主要應(yīng)用于高端車型電控領(lǐng)域,，隨著規(guī)模效益成本下降，未來將在更多車型和電源系統(tǒng),、充電樁領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用范圍,。根據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)，2026 年碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 45 億美元,，復(fù)合年增長率達(dá) 36%,。

　　碳化硅器件被國際巨頭壟斷，碳化硅襯底成為影響行業(yè)發(fā)展的核心要素,。從產(chǎn)業(yè)鏈來看,，碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈主要包括襯底材料制備、外延層生長,、器件制造,。襯底、外延,、柵氧工藝是最關(guān)鍵的三大技術(shù)領(lǐng)域,，襯底、外延、器件在碳化硅成本占比分別為 46%,、23%,、20%，襯底成為影響碳化硅器件應(yīng)用的核心因素,。根據(jù) Omdia 的數(shù)據(jù),，2021 年碳化硅器件市場(chǎng)領(lǐng)先的競爭者包括意法半導(dǎo)體（37.1%）、科銳（13.7%）,、英飛凌（12.5%）,、羅姆（5.9%）、安森美（3.1%）,、USCi（2.3%）,、三菱電機(jī)（2.0%）。根據(jù)科銳的數(shù)據(jù),，碳化硅襯底市場(chǎng)高度壟斷,，主要競爭者包括科銳（62%）、II-VI（14%）,、羅姆（13%）,，國內(nèi)有山東天岳、天科合達(dá),。

　　上圖左：碳化硅器件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

　　上圖右：碳化硅器件市場(chǎng)份額（2021）

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