打破國外廠商壟斷,這幾家車規(guī)電機驅動芯片廠商開始實現(xiàn)國產(chǎn)替代
說起電機,大家可能并不陌生。它在我們的生活中隨處可見,小到吹風機、風扇、電動玩具,大到汽車、飛機等,到處都有電機的身影。
電機驅動芯片被國外大廠壟斷,國內(nèi)龍頭廠商僅占1%的市場份額
從定義上來看,電機是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能轉換傳遞的一種電磁裝置,主要作用是產(chǎn)生驅動轉矩,作為電器或者各種機械的動力源。按照用途的不同,電機可劃分驅動動機和控制電機。其中,驅動電機直接將電能轉化成機械能,主要用于電動工具、家電及其他通用小型機械設備中;而控制電機主要用于轉速、位置的精確控制,可以分為步進電機和伺服電機。
電機按照用途不同分類
作為新能源汽車三大核心部件之一,驅動電機替代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機作為電動汽車的主要執(zhí)行機構,其性能的的高低決定了爬坡能力、加速能力以及最高車速等汽車行駛的主要性能指標,直接影響車輛動力性、經(jīng)濟型和舒適性。
根據(jù)不同的技術路線,新能源汽車驅動電機又可以分為直流電機、交流異步電機、永磁同步電機、開關磁阻電機。其中永磁同步電機在制造轉子時加入永磁體,具有功率密度高、力能指標好、高效節(jié)能、結構簡單、可靠性高等優(yōu)勢,是我國新能源車最主要的電機類型,占比在97%以上。
根據(jù)不同的技術路線新能源汽車驅動電機分類
當然,電機是不會自己運轉的,它的正常工作離不開電機驅動芯片的帶動。電機驅動芯片是包含了速度控制、力矩控制、位置控制及過載保護等功能的集成電路。它可以根據(jù)輸入信號,按照內(nèi)置的算法控制電機繞組電路流動方向,從而控制電動機的啟停與轉動方向。
電機驅動芯片的工作原理
此外,電機驅動芯片還集成了邏輯運算電路與功率驅動電路,利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構成一個完整的運動控制系統(tǒng),可以用來驅動直流電機、步進電機及繼電器等感性負載。
近年來,隨著下游驅動電機的高速發(fā)展,帶動了電機驅動芯片市場不斷增長。據(jù)市場調(diào)研機構Research And Markets統(tǒng)計,2021年全球電機驅動芯片市場規(guī)模為38.8億美元,預計2028年可增長至55.9億美元,年復合增長率約為5.3%;中國方面,近年來中國電機驅動芯片一直保持穩(wěn)定增長趨勢,2020年市場規(guī)模達127.45億元,同比增長1.42%。隨著我國機械機電與電子信息行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,預計2022年市場規(guī)模將達135億元。
從產(chǎn)品市場應用情況來看,消費電子是電機驅動器芯片最大的應用市場,占比達到24.23%,金額為9.40億美元;工業(yè)及汽車領域緊隨其后,分別占比18.47%和15.02%,對應的金額分別為7.17億美元和5.83億美元。
競爭格局方面,目前全球主要廠商包括德州儀器、意法半導體、安森美、英飛凌、羅姆、Allegro、東芝、松下、恩智浦,美信等,2021年全球前十大廠商份額占比約67%。
和國外國外廠商相比,中國在電機驅動器芯片領域起步晚,技術相對落后,雖然近年來涌現(xiàn)了峰岹科技、必易微、比亞迪半導體、兆易創(chuàng)新、率能半導體、靈動微、凌鷗創(chuàng)芯、澎湃微、旋智科技、芯弦半導體等一大批的電機驅動芯片企業(yè),但目前尚未出現(xiàn)絕對的龍頭廠商。即使在國內(nèi)電機驅動器芯片領先的峰岹科技,占全球的市場份額也僅1.05%而已。
電機銷量暴增,帶動了車規(guī)電機驅動芯片高速增長
作為電機驅動芯片終端重要的應用場景之一,近年來在新能源汽車高速發(fā)展的帶動下,車規(guī)電機驅動芯片需求快速提升。
從銷量來看,2021年全球新能源汽車總銷量675萬輛,同比增長108%。其中,我國總銷量為352.1萬輛, 同比增長157.5%,為全球最大的市場。作為電動汽車的主要驅動來源,電機占到整車價值的10%左右,是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈最為核心的零部件之一。隨著新能源汽車的產(chǎn)銷兩旺,配套電機的銷量也逐漸水漲船高。
2021年電機配套企業(yè)TOP10
從上表可以看出,2021年全球電機配套企業(yè)都取得了不錯的成績,前十大企業(yè)銷量都超過了10萬臺。其中,弗迪動力(比亞迪)、特斯拉、方正電機銷量位列行業(yè)前三,分別為58.36萬臺、38.72萬臺、33.21萬臺。增長方面,除了雙林汽車外,前十大企業(yè)都實現(xiàn)了翻倍增長,其中弗迪動力(比亞迪)同比增長232.5%,特斯拉同比增長179.6%。值得注意的是,前十大企業(yè)中,增長幅度最大的是匯川技術,受益于去年同期基數(shù)較小的原因,同比增長超過了5倍。
按照類別的不同,電機行業(yè)廠商可分為整車廠自供體系、動力系統(tǒng)集成商(Tier1)、第三方電機供應商三大陣營。其中,整車廠自供體系主要是整車廠出于供應鏈安全、成本控制等考慮,設立子公司或合資公司自供電驅動、電源產(chǎn)品,代表公司有特斯拉、比亞迪旗下的弗迪動力、蔚來旗下的蔚然動力、長安旗下的蜂巢能源等;而動力系統(tǒng)集成商通常為海外汽車零部件Tier1巨頭企業(yè),如聯(lián)合電子、日電產(chǎn)、博世、大陸、博格華納等。他們憑借深厚的技術、工藝及全球主流車企客戶資源,在新能源汽車電機領域仍然占有一席之地;此外,第三方電機供應商近年來在能源汽車的發(fā)展浪潮中也快速崛起,這些企業(yè)通常會同時布局電機、電控、電源與“多合一”系統(tǒng),代表廠商有方正電機、大洋電機等。
車規(guī)電機驅動芯片下游主要客戶
從市場集中度來看,2021 年電機銷量前十的企業(yè)占據(jù)約 74%左右的市場份額,行業(yè)集中度較高。從供應商類型來看,銷量前十的企業(yè)中有三家為整車廠,其中比亞迪市場份額約占 17.93%,排名第一;特斯拉市場份額約11.90%,排名第二;蔚來市場份額5.58%,三者市場份額合計約35%。 其余七家均為動力系統(tǒng)集成商(Tier1)和第三方供應商,合計約占40%左右的市場份額。
為了應對下游電機需求量的大幅增加,提高自己的市場份額,近年來國內(nèi)第三方電機供應商陸續(xù)發(fā)起募投項目,以實現(xiàn)產(chǎn)能的迅速擴張。其中,方正電機擬投資12.4億元建設新能源汽車驅動電機項目,項目達成后預計新增驅動電機180萬臺產(chǎn)能;巨一科技擬募資6.7億元建設新能源汽車新一代電驅動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項目,項目達成后預計新增電驅動系統(tǒng)50萬臺產(chǎn)能;英搏爾擬募資7.68億元建設珠海生產(chǎn)基地技術改造及產(chǎn)能擴張項目和山東菏澤新能源汽車驅動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園項目,新增產(chǎn)能全部達產(chǎn)后,公司將形成超過40萬臺套的產(chǎn)能。
為了應對下游電機需求增長,國內(nèi)部分第三方電機供應商產(chǎn)能擴充情況
值得一提的是,由于近幾年驅動電機門檻大幅提升,扁線電機相比傳統(tǒng)圓線大幅提高了功率密度,帶來電機體積小型化,使得原材料需求更少及成本下降,電機由圓線向扁線發(fā)展的趨勢已確立。2021年以來,ModelY、Model3、極氪001、比亞迪DMI全系均已采用扁線電機,考慮到扁線高功率密度、高能量轉換效率、散熱性好等優(yōu)勢,預計未來3-5年扁線電機滲透率將快速提升。
而在電機驅動芯片方面,“自主內(nèi)核”+“算法硬件化”+“高集成度”將成為未來發(fā)展的方向。以峰岹科技為例,公司目前已經(jīng)開始使用開源的精簡指令集架構RISC-V自研ME內(nèi)核,打造雙核MCU,在應對復雜任務的高效性基礎上,兼具自主性和性價比;與此同時,為有效提高控制算法的運算速度和控制芯片可靠性,通過硬件化的技術路徑實現(xiàn)電機控制算法,從而為電機效率和高可靠性的實現(xiàn)提供有力支撐;此外,為順應終端小體積化、輕量化的趨勢,公司電機控制專用芯片已在內(nèi)部集成了電機驅動控制方案所需外設,大大減少外圍器件,從而提高了控制板的集成度。
國內(nèi)廠商開始陸續(xù)崛起,填補了我國車規(guī)電機驅動芯片的技術空白
雖然電機驅動芯片長期以來一直被國外大廠壟斷,但是在我國政府和資本的大力支持下,近年來也涌現(xiàn)出類似必易微、峰岹科技、兆易創(chuàng)新等不少的優(yōu)秀企業(yè)。尤其是在車規(guī)電機驅動芯片領域,隨著比亞迪半導體、峰岹科技 、智芯半導體等國內(nèi)廠商的崛起,填補了我國車規(guī)電機驅動芯片的技術空白,并逐漸縮小了與國外大廠的技術差距。
業(yè)內(nèi)人士指出:“車規(guī)級電機驅動芯片采用高可靠性的車規(guī)級制造工藝,嚴格按照AEC-Q100質(zhì)量標準測試認證,遵循IATF16949體系下生產(chǎn)管控流程,安全等級可最高達到ISO26262 ASILB標準。由于電機驅動控制芯片對電機性能實現(xiàn)具有決定性影響,因此終端客戶要求極高,從研發(fā)到量產(chǎn)時間跨度通常長于消費和工業(yè)產(chǎn)品。一般而言,廠商研發(fā)需要2年左右的時間,下游終端客戶從樣品測試到大批量供貨通常也需要2年的時間。雖然研發(fā)周期以及市場導入周期較長,但產(chǎn)品被采用后不易被替換,具有有較強的客戶粘性!
作為我國新能源汽車龍頭比亞迪所孵化的半導體企業(yè),比亞迪半導體成立于2004年,公司已量產(chǎn)IGBT、SiC 器件、IPM、MCU、CMOS 圖像傳感器、電磁傳感器、LED 光源及顯示等產(chǎn)品,應用于汽車的電機驅動控制系統(tǒng)、整車熱管理系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、車載影像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等重要領域。日前,比亞迪半導體自研的汽車電機驅動芯片已經(jīng)通過AEC-Q100車規(guī)級認證,已批量應用于自家新能源汽車上。
比亞迪半導體車規(guī)電機驅動芯片BF1181系列
據(jù)了解,該款產(chǎn)品為BF1181系列產(chǎn)品,是一款車規(guī)級1200V磁隔離單通道柵級電機驅動芯片,具有優(yōu)異的動態(tài)性能和工作穩(wěn)定性,并集成了多種功能,如故障報警、源密勒鉗位、去飽和保護、主次級欠壓保護、模擬電平檢測等,可用于實現(xiàn)溫度或電壓的檢測。其CMTI達100KV/μs以上,可兼容IGBT&SiC MOSFET的驅動,輸出驅動峰值電流高達±8A,滿足4500Vus 60s脈沖絕緣要求,適應-40℃~150℃環(huán)境溫度范圍。
除了比亞迪半導體之外,峰岹科技面向汽車領域推出的車規(guī)級專用IC也通過了AEC-Q100 認證,正式推向汽車BLDC電機藍海市場。
國內(nèi)主要車規(guī)級電機驅動芯片廠商及其產(chǎn)品情況
據(jù)公司介紹,此次通過車規(guī)級驗證的是一款BLDC電機控制專用芯片F(xiàn)U6832N1。FU6832N1檢視溫度等級為 Grade 1,芯片工作時TJ(-40 –150 ℃),TA(-40 –125 ℃),可以廣泛應用在車身控制的相關電機控制領域中,包括汽車散熱水泵、主動進氣格柵、玻璃升降控制、汽車坐墊、座椅通風、汽車升降桿等。此外,F(xiàn)U6832N1芯片內(nèi)部集成AD、AMP、DAC、LDO、DMA、 Driver等,集成ME電機控制內(nèi)核,包含硬件PI、LPF、MDU、FOC功能模塊,可以進行快速高效的運算。
中國擁有全球最大的新能源汽車市場,在新能源汽車 “新四化”的推動下,國產(chǎn)車規(guī)電機驅動芯片的研發(fā)與設計企業(yè)不斷崛起,填補了我國在這一方面的技術空白,并逐漸縮小了與國外同行業(yè)企業(yè)的技術差距。
此外,由于半導體產(chǎn)業(yè)外部環(huán)境的復雜和不確定性,我國需要盡快實現(xiàn)核心領域芯片的自主、安全、可控發(fā)展。因此,可以預期的是,在未來較長時間內(nèi),國內(nèi)車規(guī)電機驅動芯片行業(yè)有望在國產(chǎn)替代的浪潮中蓬勃發(fā)展。
編輯:ZQY 最后修改時間:2022-08-16