1.解决补能焦虑,800V高压快充时代开启
1.1.新能源汽车渗透率稳中有升,续航补能加速推进
政策助力下,新能源汽车加速渗透中。根据中汽协的数据,11 月新能源车销 量为 78.6 万辆,同比上涨 74.8%,新能源汽车渗透率为 33.8%。新能源乘用车零 售销量为 74.3 万辆,同比增长 73.8%,新能源乘用车渗透率为 35.8%。2022 年 1-11 月,我国新能源汽车销售量达到 606 万辆,我们预计全年销量有望达到 650 万辆以上。政策方面,对新能源汽车支持力度不减。 2022 年 9 月 26 日财政部、 税务总局与工业和信息化部三部门联合发布公告,将免征新能源汽车购置税的政 策延续至 2023 年底,涵盖纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料 电池汽车等多种车型。整体来看,政策驱动下新能源汽车行业有望继续保持高增 长态势,成长空间依旧广阔。
续航里程一定程度上得以解决,充电问题成下一个革命方向。过去新能源汽 车的续航能力停滞在 500 km 以内,与燃油车续航能力存在一定差距。近年来众 多车企新发布的车型明显在续航能力方面有所提升,如广汽埃安的 AION LX系列 最高续航里程达到了 1008 km、极氪的 ZEEKR 001 系列最高续航里程达到了 732 km、极狐阿尔法 S 最高续航里程达到了 708 km 等等。在续航里程问题得到一定 程度解决的情况下,新能源车充电体验仍需改进。一方面,充电桩数量仍偏少。 虽然公共与私人充电桩保有量逐年上升,但车桩比离《电动汽车充电基础设施发 展指南(2015-2020 年)》中设定的 2020 年车桩比接近 1:1 的目标仍存在一定 差距。另一方面,新能源车充能效率偏低。相比于燃油车的充能效率,新能源车动 辄几十分钟的快充时间难以满足消费者的需求。
1.2.高电压方案存在优势,各大厂商积极布局
相较于大电流,高电压方案有望在未来成为主流。若想缩短快充时间,就必 须提高快充功率。根据公式 P=UI,提升充电效率的方式有两种,分别是提升电流 或提升电压。1)大电流方案存在几处不足,一是根据功率损耗公式 P(损)=I^2*R, 电流越大,损耗越多;二是根据焦耳定律 Q=I^2*R*T,电流越大,充电产生的热 能越大,对车辆散热要求高;三是通过的电流越大,需要的电线横截面也越大,影 响车辆布线。此外据华为的一项研究结果显示,低电压大电流模式仅能在 10%-20% SOC 进行最大功率充电,在其他区间充电功率下降得非常迅速。根据以上种种原 因,导致大电流方案缺少吸引力。
比较之下高电压方案优势更显著。首先其规避 了大电流方案下的损耗、散热、线路等问题,其次实现高电压方案相对容易,通过 改变电池组串并联的方式即可实现。此外,根据 Future eDrive Technologies 的测 算,800V 平台下 100kwh 的电池有望减重达 25kg,减重的效果较为明显。综上, 在目前新能源车电压普遍在 400V 左右的情况下,我们预计 800V 架构将成为未 来主流选择。
各大厂商积极布局高压方案,相关车型有望逐步面世。 保时捷于 2019 年推出车型 Taycan,是全球第一款 800V车型,能够将充电 功率提升至 350kW,可以在 22.5 分钟内电量从 5%充到 80%。整体而言,受限 于 800V 配套器件开发,保时捷 Taycan 同时存在 800V、400V、48V 与 12V四个 电气架构。为此保时捷 Taycan 采用了 DC/DC 降压方案,以此满足车内其余低压 系统的需求。此外保时捷 Taycan 配备了一台 OBC,能够将 400V 充电桩输出电 压升压至 800V 对电池充电,从而能兼容 400V 的充电桩。
现代于 2020 年推出了 E-GMP 平台,主打 400V 与 800V双规快充规格,最 大充电功率为 350kW,可在 18 分钟可充至 80%电量。车型方面,现代 ioniq 5 搭 载了 E-GMP 平台,所有高压部件都升级至 800V,前驱采用了三合一驱动单元, 后驱采用了五合一的方案。此外,现代 ioniq 5 采用后驱升压的方式来兼容 400V 直流桩,同时车内安装 DCDC 模块以满足车内 12V 架构的需求。比亚迪 e3.0 同 样采用了电驱升压方案,利用复用驱动系统功率器件组成升压充电拓扑,实现对 低压充电桩的兼容。
保时捷与奥迪共同开发了两款支持 800v 架构的高压平台:J1 平台与 PPE 平 台。前者 J1 平台已经应用于保时捷 Taycan 车型,后者 PPE 平台将用于保时捷 Macan、奥迪 Q6 e-tron 等车型上。根据爱卡汽车对 PPE 平台的技术解析,PPE 平台采用的是有别于其它平台的“组合充电”方案:充电时,两个 400V电池包将 串联成一个 800V 电池包;使用时,则并联成两个 400V电池包。这种电池灵活切 换 400V 与 800V 的方案能够更好的兼容 400V 充电桩。
2.800V平台架构升级正当时,相关部件迎更新换代良机
2.1.第三代半导体材料:碳化硅
作为第三代半导体材料,碳化硅拥有更为出色的电气特性。第三代半导体材 料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,与前两代半导体材料相比, 第三代半导体材料禁带宽度大,具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗 辐射能力强等优势,因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高 的温度下稳定运行,适用于高电压、高频率场景,此外,还能以较少的电能消耗, 获得更高的运行能力。总而言之,碳化硅可有效突破传统硅基半导体器件及其材 料的物理极限,开发出更适应高压、高温、高功率、高频等条件的新一代半导体器 件,具备广泛应用于 5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能 源汽车及充电桩、大数据中心等“新基建”领域的潜力。
SiC MOSFET 凭借在高压损耗、尺寸大小、能耗方面的优势,有望广泛应用 于 800V 架构中。 1)高压损耗方面,在 450V 的直流母线电压下,Si IGBT 所能承受的最大电 压要到 650V 左右;若直流母线电压提升到 800V以上,则对应的功率器件耐压则 需要提高到 1200V 左右。然而随着电压的提升,Si IGBT 器件的阻耗增加,影响 器件性能。而 SiC 由于其高耐压的特性,在 1200V的耐压下阻抗远低于 Si,故基 于 SiC MOSFET 有望大规模用于 800V 系统中。
2)尺寸方面,由于 Si 的击穿电场强度仅是 SiC 的 1/10 左右,所以 Si 功率 器件中的电压阻挡层的厚度约为 SiC 器件中的 10 倍,相同规格的 SiC MOSFET 与 Si MOSFET 相比,其尺寸可大幅减小至原来的 1/10。此外与 Si IGBT 模块相 比,SiC MOSFET 模块能实现低功耗下的高频开关,有助于减小滤波器、变压器 和散热器的尺寸,变相提升 800V 架构下新能源汽车的续航能力。
3)节能方面,高效、快速、耐高温、可靠性高的半导体碳化硅模块完全符合 新能源汽车对于逆变器半导体功率模块的要求。半导体碳化硅功率模块小型化的 特点可大幅削减新能源汽车的电力损失,使其在 200 摄氏度高温下仍能正常工作, 热容进一步减少。更轻、更小的设备能使新能源汽车的载重压力变小,进一步减 小能量耗费,促进节能环保。根据 ST 的数据,在 400V电压平台下,SiC 能够比硅 基 IGBT 器件拥有 2%~4%的效率提升,而在 750V 电压平台下其效率提升幅度 则可增大至 3.5%~8%。当汽车平台选择更高电压等级时,SiC 的优势将更明显。
800V 架构将带动碳化硅基功率器件需求。在新能源汽车上,SiC 应用的主要 领域是电驱逆变器、车载充电机(OBC)和直流电压转换器(DC/DC)。根据 Wolfspeed 的预测,到 2026 年,逆变器应用将占汽车 SiC 器件市场的 80%以上, 是其中最为重要的应用领域。SiC 器件应用于电驱逆变器中,能够显著降低电力 电子系统的体积、重量和成本,并提高功率密度;应用于车载充电机和 DC/DC 系 统,能够降低开关损耗、提高极限工作温度、提升系统效率。除此之外,SiC 也可 以应用于新能源汽车充电桩上,达到减小充电桩体积、提高充电速度的效果。价 值量方面,参考特斯拉 model3 在主驱所用的 SIC MOSFET 数量,800V单车价 值量有望达到 6400 元。
SIC产业链主要包括衬底、外延、器件与模块制造等环节。 衬底方面,根据 2021 年的数据,属于第一梯队的是 Wolfspeed。由于较早开 始 SiC 的研发与生产,Wolfspeed 全球份额占比62%。位居第二梯队的是 II-VI 和 SiCrystal,分别有 14%与 13%的占比。我国本土企业起步较晚,从事 SIC 衬底生 产的公司有天岳先进、天科合达等公司。目前业内头部公司往8英寸产线发展, 国内的 SiC 衬底产线以 4 英寸为主,部分厂商也开始量产 6 英寸的衬底。
外延方面,国际企业主要有 Dow corning、贰陆、Norstel、罗姆、三菱电机、 Infineon 等,国内则主要有天域半导体、瀚天天成等企业。目前国产 6 英寸 SiC 外延产品已经实现商用化,8 英寸产品在研制中。 器件与模块制造方面,目前 SiC MOSFET 存在平面型和沟槽型两种技术路 线,截至 2021 年,走平面型技术路线的公司主要有 Wolfspeed、安森美等,而走 沟槽型路线的公司以英飞凌、Rohm 为主。国内从事碳化硅功率器件&模块的公司 有士兰微、新洁能、斯达半导、时代电气等。
2.2.模拟前端芯片(AFE)与数字隔离芯片
BMS 大体由电池管理单元(BMU)、电芯监控单元(CMU)与电池接线盒 (BJB)组成,其中,模拟前端芯片(AFE)是 CMU 的重要组成部分。电池管理 系统(BMS)是保障动力电池安全性、提高动力电池工作耐久性、增强动力性能 及提高续航里程的动力电池核心部件。其中 AFE 能够实现对电池的电压、电流、 温度的实时勘测,还能进行电池内阻测量、SOC 预测和充放电均衡,在充分发挥电 池优越性能的同时,给予电池最佳的保护。
800V 架构下电芯串联数量翻倍,AFE 数量随之提升。为了实现更高的电压, 串联更多电芯是最简单也是最有效的方法。以小鹏为例,小鹏 G3 车型采用的是 400V 平台,额定电压为 374.4V,大概需要用到电芯 104 个左右。小鹏 G9 车型 采用了 800V 电压平台,所用电芯数量为 192 个。而各厂家 AFE 所能检测的电芯 数量各有不同,故在此假设: 单个电芯的标准电压为 3.6V,则 400V 架构下所需的电芯数量约为 112 个左 右。价格方面我们选择瑞萨 ISL78600 型号的报价,单个电池电压感应通道价格在 7 元左右。则 400V 架构下 AFE 整体价值量可达到 800 元左右,800V架构下电 芯数量翻倍,AFE 整体价值量也随之翻倍,可达到 1600 元左右。
国外企业占据市场主体地位,国内企业加速突围中。车规级 BMS AFE 芯片 认证要求高,认证周期长。可靠性方面不仅要满足 ACE-Q 100 技术认证,还要满足 ISO 26262 标准,通常认证周期需要 1.5 年-2 年,从产品定义到成型则需要 4 年时间。目前国外厂商占据主导优势,ADI 的 LTC 系列、TI 的 BQ796 系列、NXP 的 MC3377 系列、瑞萨 ISL78 系列等产品是市场上通用的主流产品。国内方面, 在诸多利好政策的刺激下,国内厂商正在加速完成国产替代。Chipways 曾推出一 款同时满足 ACE-Q 100 认证与 ISO 26262 标准的 XL8812 系列产品,其余厂商 如新唐科技、中颖电子、比亚迪半导等厂商对 BMS AFE 芯片产品均有进行一定 的布局和研发。
隔离芯片是将输入信号转换及输出,并实现输入、输出两端电气隔离的一种 安规器件。隔离芯片可以分为光耦和数字隔离两种,其中数字隔离是更新一代、 尺寸更小、速度更快、功耗更低、温度范围更广的隔离器件,并且拥有更高可靠性 和更长寿命,未来数字隔离芯片将进一步替代光耦应用。随着信息通讯、工业控 制、新能源汽车等领域的发展,数字隔离类芯片正朝着传输速度更快、传输效率 更高、集成度更高,和更耐压、更低功耗、更高可靠性的方向发展。
在新能源车领域,数字隔离芯片多应用于新能源汽车高瓦数功率电子设备中, 包括车载充电器(OBC)、DC/DC 转换器、电池管理系统(BMS)、电机控制驱 动逆变器、CAN/LIN 总线通讯等。以电机驱动为例,电控单元(ECU)和电机控 制器之间的 CAN通讯需要隔离芯片,功率管和控制器之间需要隔离栅极驱动器, 电机驱动的电流采样需要隔离 ADC/隔离运放。随着电动汽车电压提高,隔离芯片 的应用数量不断提高。此外,对隔离芯片的耐高压、耐高温、集成化性能亦有更高 要求。
电动汽车系统电压从 400V 提升到 800V 将带来隔离芯片量价齐升。系统电 压的提升对隔离芯片的规格参数如隔离耐压等指标提出更高要求,参数规格越高 的隔离芯片一般单价越高,因此 800V 系统所需的隔离芯片价值量有所提升。另 外,随着系统电压的提升,之前部分采用非隔离方案的系统也需要升级为隔离方 案,同时为了兼容 400V 电压平台的汽车电子部件,部分车型需要额外配备 800V 转 400V 的转换器进行供电,若同时支持 400V 和 800V直流快充的车型还需要配 有 400V 转 800V直流车载充电机转换器,以上均为隔离类芯片需求增量。价值量 方面,根据纳芯微公告,每台新能源汽车使用数字隔离芯片约 35 颗,价值约为 200-300 元。其中每台新能源汽车使用隔离驱动芯片约 20 颗,价值约为 150 元。 800V 架构下,单车价值量将进一步提高。
全球数字隔离芯片市场将维持高速增长。根据 Markets and Markets 数据, 2022 年全球数字隔离芯片市场规模或将达到 18 亿美元,预计 2027 年为 27 亿美 元,期间 CAGR 为 8.3%。2020 年全球数字隔离芯片下游应用中,工业占比最高, 为 28.58%,汽车电子第二,占比 16.84%,其次是通信领域,占比 14.11%。竞争 格局方面,全球占比较为领先的数字隔离芯片企业包括 ADI、TI、Silicon Labs、 博通、Infineon、NVE 公司、罗姆半导体、美信、Vicor、安森美等。除纳芯微外, 国内主要隔离芯片企业还包括荣湃半导体等。
2.3.电容器:薄膜电容
电容器,与电阻、电感共称三大无源元件之一,是一种储存电荷的储能元件, 通常由电介质(绝缘材料)隔离的两块导电极板组成。简而言之,电容器是能够储 蓄电能,并可在必要的时候放电的零部件。根据材质不同,电容器可分为陶瓷电 容器、铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等,其中,薄膜电容器是一种 以聚合物薄膜为电介质的电容器。整体而言,相比于其他种类电容器,薄膜电容 具有优异的温度特性和可高精度对应静电电容的特性,同时也不存在 DC 偏压特 性和啸叫、温度/机械性冲击引起的开裂问题,故主要应用于其他种类电容器无法 覆盖的电压、电容区和高性能/高精度的用途。
新能源汽车放量带动薄膜电容需求。薄膜电容在新能源汽车上的应用场景包 括逆变器、OBC、充电桩、DCDC 开关电源等,其中逆变器与 OBC 为主要应用 场景。
逆变器方面,薄膜电容主要应用于 DC-Link、IGBT 保护与 AC 滤波。1)DCLINK:一方面吸收直流母线与逆变器连接产生的高脉冲电流,防止产生高脉冲电 压,使逆变器端的电压波动处在可接受范围内;另一方面也防止逆变器受到直流 支撑产生的电压过冲和瞬时过电压的影响;2)IGBT 保护:缓冲 IGBT 开关时产 生的高脉冲电压和电流;3)AC 滤波:滤除 IGBT 逆变器产生的高频纹波,使变 流器并网时有一个符合要求的正弦波电压。
OBC 方面,薄膜电容主要应用于 EMI 滤波、DC-Link、输出滤波与谐振腔。 1)EMI 滤波:消除 OBC 在交流输入端的电磁干扰(EMI)对电网和其他电子设 备的影响;2)DC-Link:吸收 DC-LINK 直流母线端的高脉冲电流,防止在 DCLINK 的阻抗上产生高脉冲电压,防止负载端受到过电压的影响;3)输出滤波: 提升 OBC 直流输出的瞬态响应特性;4)谐振:在含有电容和电感的电路中,实 现瞬时的增压。
薄膜电容凭其自愈特性、耐压耐电流能力与低 ESR 性,有望广泛用于 800V 架构中。自愈能力方面,当薄膜电容器的介质出现缺陷的情况下,击穿点或缺陷 位置的金属化镀层会在电弧作用下瞬间挥发,使得电容器的两极再次形成短路, 恢复正常的工作。故相比于其他电解电容,薄膜电容具有更高的安全性与耐久性, 有适合在高电压系统中应用。
耐压耐电流方面,薄膜电容单体电压最高可达 20kV, 在中高压变频应用中无需考虑串联、均压等连接问题以及相应的成本、人力。同 时薄膜电容器耐纹波电流能力是同等容量铝电解电容器额定纹波电流的十倍到几 十倍。稳定性方面,薄膜电容的 ESR 通常很低。较低的 ESR 一方面意味着更小 的损耗,能输出足够的电流,另一方面能使开关管上的电压应力大大减小,有利 于开关管工作的可靠性和稳定性。价值量方面,根据 TDK《薄膜电容器在电动汽 车中的应用》中的内容,新能源汽车用薄膜电容按照作用不同,价格也有所区分, 800V 架构下单车整体价值量在 500 元左右。
全球薄膜电容市场竞争开放,行业格局多元。国际市场上,头部企业有尼吉 康、EPCOS(TDK)、松下等,目前竞争重点主要在新能源、电网等应用领域上; 国内市场上,大、中、小各类生产厂商竞争激烈,行业集中度较低,主要面向传统 家电与照明市场。产品方面,应用于新能源、工控等领域的高端薄膜电容产品基 本由日系、欧美厂商为主导,国内厂家积极突围中;主要应用于电子器件、家电等 领域的中低端薄膜电容发展较为成熟,制造技术普及程度高,国内企业具有一定 的价格优势。市占率方面,2020 年松下(Panasonic)全球市占率为 55%左右, 基美(KEMET)与法拉电子占比均为 8%左右,全球前 5 大厂家市占率超过 80%。
2.4.控制器件:高压直流继电器
继电器是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时, 在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又 称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系,通常应用于自动化 的控制电路中,起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器行业上游以铜 带、铁带、漆包线、银丝材、工程塑料等大宗产品为主。继电器下游应用涉及家用 电器、智能家居、新能源、汽车工业等领域,应用广泛。按照产品用途,可分为通 讯继电器、控制继电器、通用功率继电器、汽车继电器、新能源继电器等类型。
高压直流继电器是新能源汽车与充电桩的核心部件。高压直流继电器属于新 能源继电器的一种,主要用于高电压环境下控制电流为直流电。当高压电池模组 为新能源汽车提供动力时,需要在电池系统和电机控制器之间配置高压直流继电 器以保证电气系统实现正常通断:当系统停止运行后实现隔离,当系统运行时实 现连接,当车辆关闭或发生故障时,能安全地将储能系统从车辆电气系统中分离, 起到分断电路的作用。高压直流继电器也广泛用于直流充电桩的输出侧,当接触 器闭合时,起充电桩和汽车的连通作用;断开时,隔离充电桩和外部的连接,起到 安全防护作用。
800V架构有望推动高压直流继电器需求。一方面相比于普通继电器,高压直 流继电器采用了独特的密封技术,将高压直流继电器的接触点密封在腔体中,与 外界空气隔离,由此避免了触点氧化而导致的继电器性能下降。另一方面,在继 电器触点进行闭合分断操作时由于介质的电离难免会产生电弧,对继电器寿命产 生影响,高压直流继电器采用真空介质或高压气体介质能有效抑弧,提升继电器寿命。
此外,高压直流继电器拥有的耐高压、耐负载与耐冲击能力也是其能广泛 用于 800V 架构的前提。随着各大车厂配备 800V架构的车型上市,高压直流继电 器具有广阔的市场空间。价值量方面,根据三友联众及宏发股份公司公告,新能 源汽车需要配备 12V-24V 汽车继电器数量在 20-70 个之间,单价在 3 元左右,而 高压直流继电器则需要 5-8 个,单价在 84 元左右,则单车高压直流继电器价值量 可达到 670 元左右。充电桩方面,根据国力股份招股书,一台充电桩需要 2-4 个 高压直流继电器,价值量在 200 元-300 元间。未来随着 800V架构的普及,对高 压直流继电器的性能要求更高,有望带来更高的产业附加值。
全球高压直流继电器市场呈现寡头特征,国内市场呈现一超多强格局。根据 国力股份招股书,目前高压直流接触器市场中具备大批量供货的专业厂商可划分 为三类:第一类是以泰科电子、Panasonic、GIGAVAC 为代表的外资继电器专业 制造商;第二类是以宏发股份、上海西艾、国力股份为代表的国产继电器专业制 造商;第三类是以比亚迪为代表的下游整车制造商。在全球市场份额方面, Panasonic 与宏发股份位列前两位,共占据了 60%的市场份额;在国内市场份额 方面,宏发股份占据市场约 40%的份额,其余市场份额由比亚迪、松下电器、上 海西艾、国力股份及其他厂商所占据。
2.5.保护器件:激励熔断器
熔断器属于过电流保护器件。当电路发生短路或过载,过电流的热效应使熔 体熔化、气化产生断口,断口产生电弧,熔断器通过熄灭电弧切断故障电路,起到 电路保护的作用。相比于其他过流保护器件,熔断器具有出色的高分断能力与故 障电流能量限制能力,故广泛应用于大幅值短路电流保护。随着新能源汽车渗透率提升,熔断器需求有望进一步增长。新能源汽车电压按照应用场景有高低压之 分。低压场景涉及到车用雨刷、车灯、喇叭等功能,一般运用电子熔断器对低压负 载进行保护;高压场景涉及到车内空调、DC/DC、OBC 等功能,此时运用电力熔 断器对主回路和辅助回路进行保护。
800V架构有望打开激励熔断器市场。目前市场上各类新能源车型、电力架构 与技术路线纷纷涌现。不同车型的电池容量、电压等级不同,动力电池需要保护 的特性有较大差异,而传统电力熔断器,难以根据保护要求调整特性。新型的激 励熔断器具有体积小、功耗低、抗强电流冲击、动作速度快(毫秒级)等特点,不 仅能通过接收控制信号激发保护动作,还能在车辆碰撞、涉水等传统熔断器不能 有效保护的场景中快速可靠地切断回路,保护车辆电气系统安全。价值量方面, 根据中熔电气所披露的数据,在配备数个应用于车内低压电路的电子熔断器基础 上,新能源乘用车一般还需配备 5-8 个电力熔断器。若在 800V 架构下将电力熔断器全部替换为激励熔断器的话,单车价值量将达到 780 元左右。
外资熔断器企业主导,我国熔断器企业加速追赶中。根据中熔电气公司公告, 随着亚洲成为熔断器行业的主要销售市场,伊顿(Bussmann)、美尔森、Littelfuse 等国际领先的电路保护器件生产商均在中国设厂,迅速提高了我国熔断器行业的 整体水平,带动行业快速发展。目前我国知名熔断器企业有中熔电气与好利来, 其中中熔电气在新能源汽车用熔断器这一细分领域取得显著突破。根据中国电动 车百人会的研究报告,2019 年国内新能源汽车用熔断器市场份额中,中熔电气占 据 55%,排名第一。
2.6.电子元件:磁性元件
磁性元件是保障电器电子设备安全稳定工作的重要基础元器件。磁性元件是 指以法拉第电磁感应定律为原理,由磁芯、导线、基座等组件构成,实现电能和磁 能相互转换的电子元器件,是属于电子元器件行业领域的重要分支。按用途磁性 元件主要可分为电子变压器与电感,电子变压器是指利用电磁感应原理实现电能 变换或把电能从一个电路传递到另一个电路的静止电磁装置,将输入的高电压转 化为低电压,而电感器是一种利用电磁感应原理的储能元件,主要起筛选信号、 过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等功能。磁性元件可广泛用于新能源汽车与充电桩中。
新能源汽车方面,相比传统燃油车,新能源车在汽车电子方面的要求更高, 应用场景更加广泛。作为保障电子设备安全稳定工作的重要元器件,磁性元件广 泛应用于 OBC、DC-DC、电驱电控系统、逆变器等系统中,随着新能源车渗透率 的上升,对于磁性元件的需求将有增无减。根据 CWIEME 的采访内容,一台燃油 车磁性元件价值量在 100-200 元,400V 平台的新能源车磁性元件在 1200-1300 元左右,而 800V平台下对于磁性元件的要求更高,单车价值量有望进一步提升。
充电桩方面,磁性元件是充电桩的核心元器件之一,起到功率因数校正、电 压变换、安全隔离、消除 EMI 等关键作用。随着 800V快充的普及,高压快充直 流桩的铺开将带动直流充电桩中磁性元件的价值量:一般为提升直流充电桩的充 电功率,通常采用并联多个充电模块的方式来获得更高的充电功率。根据大比特 产业研究室的数据,一个 30kW 的充电模块所需的磁性元件价值量在 600 元左右, 则普通 60kW 的直流充电桩磁性元件价值量在 1200 元左右,而 800V 平台下 480kW 快充桩的磁性元件价值量约为 9600 元左右。
磁性元件原材料主要涉及磁性材料制造业、辅材制造业、线材制造业与绝缘 材料制造业。原材料中成本占比较大的主要是漆包线和磁性材料。漆包线是电磁 线的一种,市场成熟,竞争颇为充分,原材料以铜为主。漆包线定价模式基本为 “铜价+加工费”,漆包线厂商通过加工费获取毛利。磁性材料是指由过渡族元素 铁、钴、镍等及其合金等组成的能够产生磁性的物质,磁性元件所用的磁性材料是易于磁化也易于退磁的软磁材料。目前亚太地区在全球磁性材料行业中处于中 心地位,以 TDK、日立金属、日本户田(Toda)等为代表的日本企业处于行业技 术领先地位。我国磁性材料产业仍处于价格竞争阶段,产品在价格和数量上存在 一定优势,但技术水平与外国仍有一定差距。目前我国在中低端磁性材料市场具 有一定竞争力,少数企业在高端市场上拥有一定技术优势,但总体上被外国所垄 断。
磁性元件市场份额由欧美向中国大陆逐步转移。全球磁性元件市场在 20 世 纪中期初具规模,磁性元件厂商主要集中在欧美。由于成本,人力等因素,20 世 纪 60 年代磁性元件产业逐渐转移到了日本与中国台湾,诞生了如 TDK、村田制 作所、台达电子等一系列磁性元件企业。随着电子信息制造业向中国的转移,国 内厂商逐渐崛起,已成为全球磁性元器件和电源行业的重要组成力量。部分国内 企业已开始从 OEM向 ODM转型,并拥有一定的品牌影响力,主要厂商有顺络电 子、可立克、京泉华、麦捷科技、铂科新材等。
2.7.高压线束:高压连接器
高压线束是新能源汽车高压系统的神经网络,包括高压连接器及线缆等元件。 整车高压线束主要由连接器、端子、电线、覆盖物等零件组成,主要用于配电盒内 部线束信号的分配,能高效优质地传输电能、屏蔽外接信号干扰。其中,高压连接 器用于高压电流传输,可用于新能源汽车电池、配电盒、充电机、DC/DC 等部件,应用场景十分广泛。
高压连接器竞争格局:汽车连接器市场集中程度高,欧美日连接器巨头优势 明显。汽车连接器市场主要为欧洲、美国以及日本的老牌连接器公司所占据。国 际巨头拥有连接器领域多年连接器技术沉淀,生产流程,以及产业规模等方面的 优势,且先于国内厂商介入汽车连接器行业,主导了行业标准的制定。此外,汽车 零部件安全性要求高,检验认证周期长,海外巨头产品系列储备完善,合规认证 流程熟悉,因此在全球市场构筑了较深的护城河。高压连接器方面,目前泰科、安 费诺、安波福等海外连接器大厂以及中航光电、瑞可达、永贵电器等国内连接器 厂商都推出了高压、大电流的集成化高压连接器产品。在国产化率方面,高压连 接器在新能源商用车领域国产化率已接近 100%,在新能源乘用车领域已超 60%。
3.投资分析
800V 架构下,相关器件有望迎来更新换代。 1)SiC 功率器件:碳化硅拥有更为出色的电气特性。SiC MOSFET 凭借在高 压损耗、尺寸大小、能耗方面的优势有望广泛应用于新能源汽车 800V架构。价值 量方面,800V 架构下 SiC MOSFET 价值量有望达到 6400 元。 2)BMS 模拟前端芯片与隔离芯片:800V架构下电芯数量翻倍将带动模拟前 端芯片 AFE 需求,AFE 单车价值量有望达到 1600 元左右。新能源单车使用数字 隔离芯片约 35 颗,价值约为 200-300 元;隔离驱动芯片约 20 颗,价值约为 150 元。 3)薄膜电容:凭其自愈特性、耐压耐电流能力与低 ESR 性,薄膜电容有望 广泛用于 800V 架构中。价值量方面,800V架构下薄膜电容单车价值量有望达到 500 元左右。
4)高压直流继电器:高压直流继电器自身所具备的耐高压、耐负载、耐冲击 能力与抑弧能力使其可广泛应用于 800V 架构中。价值量方面,800V架构下高压 直流继电器单车价值量有望达到 670 元以上,充电桩单桩价值量在 200-300 元左 右。 5)激励熔断器:激励熔断器能够根据保护要求调整特性,未来有望代替电力 熔断器应用于 800V 架构中。价值量方面,800V架构下激励熔断器单车价值量有 望达到 780 元左右。 6)磁性元件:800V 架构下新能源汽车与直流充电桩对磁性元件的需求有望 进一步提升。价值量方面,800V 架构下磁性元件单车价值量有望达到 1300 元以 上,充电桩单桩价值量有望达到 9600 元左右。 7)高压连接器与高压电缆:800V 架构下高压连接器需要更高的绝缘性能与 抗温升能力,价值量及利润率有望成倍增加,单车价值量有望达到 4000 元以上。