打破國(guó)外廠商壟斷，這幾家車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片廠商開始實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代
說(shuō)起電機(jī)，大家可能并不陌生。它在我們的生活中隨處可見，小到吹風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇、電動(dòng)玩具，大到汽車、飛機(jī)等，到處都有電機(jī)的身影。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片被國(guó)外大廠壟斷，國(guó)內(nèi)龍頭廠商僅占1%的市場(chǎng)份額
從定義上來(lái)看，電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換傳遞的一種電磁裝置，主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為電器或者各種機(jī)械的動(dòng)力源。按照用途的不同，電機(jī)可劃分驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)和控制電機(jī)。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，主要用于電動(dòng)工具、家電及其他通用小型機(jī)械設(shè)備中；而控制電機(jī)主要用于轉(zhuǎn)速、位置的精確控制，可以分為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。
電機(jī)按照用途不同分類
作為新能源汽車三大核心部件之一，驅(qū)動(dòng)電機(jī)替代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)汽車的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(biāo)，直接影響車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型和舒適性。
根據(jù)不同的技術(shù)路線，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)又可以分為直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)。其中永磁同步電機(jī)在制造轉(zhuǎn)子時(shí)加入永磁體，具有功率密度高、力能指標(biāo)好、高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)新能源車最主要的電機(jī)類型，占比在97%以上。
根據(jù)不同的技術(shù)路線新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類
當(dāng)然，電機(jī)是不會(huì)自己運(yùn)轉(zhuǎn)的，它的正常工作離不開電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的帶動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是包含了速度控制、力矩控制、位置控制及過(guò)載保護(hù)等功能的集成電路。它可以根據(jù)輸入信號(hào)，按照內(nèi)置的算法控制電機(jī)繞組電路流動(dòng)方向，從而控制電動(dòng)機(jī)的啟停與轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理
此外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片還集成了邏輯運(yùn)算電路與功率驅(qū)動(dòng)電路，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及繼電器等感性負(fù)載。
近年來(lái)，隨著下游驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Research And Markets統(tǒng)計(jì)，2021年全球電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)規(guī)模為38.8億美元，預(yù)計(jì)2028年可增長(zhǎng)至55.9億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為5.3%；中國(guó)方面，近年來(lái)中國(guó)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，2020年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)127.45億元，同比增長(zhǎng)1.42%。隨著我國(guó)機(jī)械機(jī)電與電子信息行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，預(yù)計(jì)2022年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)135億元。
從產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，消費(fèi)電子是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器芯片最大的應(yīng)用市場(chǎng)，占比達(dá)到24.23%，金額為9.40億美元；工業(yè)及汽車領(lǐng)域緊隨其后，分別占比18.47%和15.02%，對(duì)應(yīng)的金額分別為7.17億美元和5.83億美元。
競(jìng)爭(zhēng)格局方面，目前全球主要廠商包括德州儀器、意法半導(dǎo)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(guó)外國(guó)外廠商相比，中國(guó)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器芯片領(lǐng)域起步晚，技術(shù)相對(duì)落后，雖然近年來(lái)涌現(xiàn)了峰岹科技、必易微、比亞迪半導(dǎo)體、兆易創(chuàng)新、率能半導(dǎo)體、靈動(dòng)微、凌鷗創(chuàng)芯、澎湃微、旋智科技、芯弦半導(dǎo)體等一大批的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片企業(yè)，但目前尚未出現(xiàn)絕對(duì)的龍頭廠商。即使在國(guó)內(nèi)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器芯片領(lǐng)先的峰岹科技，占全球的市場(chǎng)份額也僅1.05%而已。
電機(jī)銷量暴增，帶動(dòng)了車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片高速增長(zhǎng)
作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片終端重要的應(yīng)用場(chǎng)景之一，近年來(lái)在新能源汽車高速發(fā)展的帶動(dòng)下，車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片需求快速提升。
從銷量來(lái)看，2021年全球新能源汽車總銷量675萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)108%。其中，我國(guó)總銷量為352.1萬(wàn)輛， 同比增長(zhǎng)157.5%，為全球最大的市場(chǎng)。作為電動(dòng)汽車的主要驅(qū)動(dòng)來(lái)源，電機(jī)占到整車價(jià)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(jī)的銷量也逐漸水漲船高。
2021年電機(jī)配套企業(yè)TOP10
從上表可以看出，2021年全球電機(jī)配套企業(yè)都取得了不錯(cuò)的成績(jī)，前十大企業(yè)銷量都超過(guò)了10萬(wàn)臺(tái)。其中，弗迪動(dòng)力（比亞迪）、特斯拉、方正電機(jī)銷量位列行業(yè)前三，分別為58.36萬(wàn)臺(tái)、38.72萬(wàn)臺(tái)、33.21萬(wàn)臺(tái)。增長(zhǎng)方面，除了雙林汽車外，前十大企業(yè)都實(shí)現(xiàn)了翻倍增長(zhǎng)，其中弗迪動(dòng)力（比亞迪）同比增長(zhǎng)232.5%，特斯拉同比增長(zhǎng)179.6%。值得注意的是，前十大企業(yè)中，增長(zhǎng)幅度最大的是匯川技術(shù)，受益于去年同期基數(shù)較小的原因，同比增長(zhǎng)超過(guò)了5倍。
按照類別的不同，電機(jī)行業(yè)廠商可分為整車廠自供體系、動(dòng)力系統(tǒng)集成商（Tier1）、第三方電機(jī)供應(yīng)商三大陣營(yíng)。其中，整車廠自供體系主要是整車廠出于供應(yīng)鏈安全、成本控制等考慮，設(shè)立子公司或合資公司自供電驅(qū)動(dòng)、電源產(chǎn)品，代表公司有特斯拉、比亞迪旗下的弗迪動(dòng)力、蔚來(lái)旗下的蔚然動(dòng)力、長(zhǎng)安旗下的蜂巢能源等；而動(dòng)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(shù)、工藝及全球主流車企客戶資源，在新能源汽車電機(jī)領(lǐng)域仍然占有一席之地；此外，第三方電機(jī)供應(yīng)商近年來(lái)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(huì)同時(shí)布局電機(jī)、電控、電源與“多合一”系統(tǒng)，代表廠商有方正電機(jī)、大洋電機(jī)等。
車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片下游主要客戶
從市場(chǎng)集中度來(lái)看，2021 年電機(jī)銷量前十的企業(yè)占據(jù)約 74%左右的市場(chǎng)份額，行業(yè)集中度較高。從供應(yīng)商類型來(lái)看，銷量前十的企業(yè)中有三家為整車廠，其中比亞迪市場(chǎng)份額約占 17.93%，排名第一；特斯拉市場(chǎng)份額約11.90%，排名第二；蔚來(lái)市場(chǎng)份額5.58%，三者市場(chǎng)份額合計(jì)約35%。 其余七家均為動(dòng)力系統(tǒng)集成商（Tier1）和第三方供應(yīng)商，合計(jì)約占40%左右的市場(chǎng)份額。
為了應(yīng)對(duì)下游電機(jī)需求量的大幅增加，提高自己的市場(chǎng)份額，近年來(lái)國(guó)內(nèi)第三方電機(jī)供應(yīng)商陸續(xù)發(fā)起募投項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的迅速擴(kuò)張。其中，方正電機(jī)擬投資12.4億元建設(shè)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)項(xiàng)目，項(xiàng)目達(dá)成后預(yù)計(jì)新增驅(qū)動(dòng)電機(jī)180萬(wàn)臺(tái)產(chǎn)能；巨一科技擬募資6.7億元建設(shè)新能源汽車新一代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，項(xiàng)目達(dá)成后預(yù)計(jì)新增電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)50萬(wàn)臺(tái)產(chǎn)能；英搏爾擬募資7.68億元建設(shè)珠海生產(chǎn)基地技術(shù)改造及產(chǎn)能擴(kuò)張項(xiàng)目和山東菏澤新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目，新增產(chǎn)能全部達(dá)產(chǎn)后，公司將形成超過(guò)40萬(wàn)臺(tái)套的產(chǎn)能。
為了應(yīng)對(duì)下游電機(jī)需求增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)部分第三方電機(jī)供應(yīng)商產(chǎn)能擴(kuò)充情況
值得一提的是，由于近幾年驅(qū)動(dòng)電機(jī)門檻大幅提升，扁線電機(jī)相比傳統(tǒng)圓線大幅提高了功率密度，帶來(lái)電機(jī)體積小型化，使得原材料需求更少及成本下降，電機(jī)由圓線向扁線發(fā)展的趨勢(shì)已確立。2021年以來(lái)，ModelY、Model3、極氪001、比亞迪DMI全系均已采用扁線電機(jī)，考慮到扁線高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、散熱性好等優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)3-5年扁線電機(jī)滲透率將快速提升。
而在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方面，“自主內(nèi)核”+“算法硬件化”+“高集成度”將成為未來(lái)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(jiǎn)指令集架構(gòu)RISC-V自研ME內(nèi)核，打造雙核MCU，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜任務(wù)的高效性基礎(chǔ)上，兼具自主性和性價(jià)比；與此同時(shí)，為有效提高控制算法的運(yùn)算速度和控制芯片可靠性，通過(guò)硬件化的技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制算法，從而為電機(jī)效率和高可靠性的實(shí)現(xiàn)提供有力支撐；此外，為順應(yīng)終端小體積化、輕量化的趨勢(shì)，公司電機(jī)控制專用芯片已在內(nèi)部集成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方案所需外設(shè)，大大減少外圍器件，從而提高了控制板的集成度。
國(guó)內(nèi)廠商開始陸續(xù)崛起，填補(bǔ)了我國(guó)車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的技術(shù)空白
雖然電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片長(zhǎng)期以來(lái)一直被國(guó)外大廠壟斷，但是在我國(guó)政府和資本的大力支持下，近年來(lái)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(jī)驅(qū)動(dòng)芯片領(lǐng)域，隨著比亞迪半導(dǎo)體、峰岹科技 、智芯半導(dǎo)體等國(guó)內(nèi)廠商的崛起，填補(bǔ)了我國(guó)車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的技術(shù)空白，并逐漸縮小了與國(guó)外大廠的技術(shù)差距。
業(yè)內(nèi)人士指出：“車規(guī)級(jí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用高可靠性的車規(guī)級(jí)制造工藝，嚴(yán)格按照AEC-Q100質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試認(rèn)證，遵循IATF16949體系下生產(chǎn)管控流程，安全等級(jí)可最高達(dá)到ISO26262 ASILB標(biāo)準(zhǔn)。由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片對(duì)電機(jī)性能實(shí)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(shí)間跨度通常長(zhǎng)于消費(fèi)和工業(yè)產(chǎn)品。一般而言，廠商研發(fā)需要2年左右的時(shí)間，下游終端客戶從樣品測(cè)試到大批量供貨通常也需要2年的時(shí)間。雖然研發(fā)周期以及市場(chǎng)導(dǎo)入周期較長(zhǎng)，但產(chǎn)品被采用后不易被替換，具有有較強(qiáng)的客戶粘性！
作為我國(guó)新能源汽車龍頭比亞迪所孵化的半導(dǎo)體企業(yè)，比亞迪半導(dǎo)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(yīng)用于汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lǐng)域。日前，比亞迪半導(dǎo)體自研的汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片已經(jīng)通過(guò)AEC-Q100車規(guī)級(jí)認(rèn)證，已批量應(yīng)用于自家新能源汽車上。
比亞迪半導(dǎo)體車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jí)1200V磁隔離單通道柵級(jí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能和工作穩(wěn)定性，并集成了多種功能，如故障報(bào)警、源密勒鉗位、去飽和保護(hù)、主次級(jí)欠壓保護(hù)、模擬電平檢測(cè)等，可用于實(shí)現(xiàn)溫度或電壓的檢測(cè)。其CMTI達(dá)100KV/μs以上，可兼容IGBT&SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)，輸出驅(qū)動(dòng)峰值電流高達(dá)±8A，滿足4500Vus 60s脈沖絕緣要求，適應(yīng)-40℃～150℃環(huán)境溫度范圍。
除了比亞迪半導(dǎo)體之外，峰岹科技面向汽車領(lǐng)域推出的車規(guī)級(jí)專用IC也通過(guò)了AEC-Q100 認(rèn)證，正式推向汽車BLDC電機(jī)藍(lán)海市場(chǎng)。
國(guó)內(nèi)主要車規(guī)級(jí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片廠商及其產(chǎn)品情況
據(jù)公司介紹，此次通過(guò)車規(guī)級(jí)驗(yàn)證的是一款BLDC電機(jī)控制專用芯片F(xiàn)U6832N1。FU6832N1檢視溫度等級(jí)為 Grade 1，芯片工作時(shí)TJ(-40 –150 ℃)，TA(-40 –125 ℃)，可以廣泛應(yīng)用在車身控制的相關(guān)電機(jī)控制領(lǐng)域中，包括汽車散熱水泵、主動(dòng)進(jìn)氣格柵、玻璃升降控制、汽車坐墊、座椅通風(fēng)、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(jī)控制內(nèi)核，包含硬件PI、LPF、MDU、FOC功能模塊，可以進(jìn)行快速高效的運(yùn)算。
中國(guó)擁有全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，在新能源汽車 “新四化”的推動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)與設(shè)計(jì)企業(yè)不斷崛起，填補(bǔ)了我國(guó)在這一方面的技術(shù)空白，并逐漸縮小了與國(guó)外同行業(yè)企業(yè)的技術(shù)差距。
此外，由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)外部環(huán)境的復(fù)雜和不確定性，我國(guó)需要盡快實(shí)現(xiàn)核心領(lǐng)域芯片的自主、安全、可控發(fā)展。因此，可以預(yù)期的是，在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)車規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片行業(yè)有望在國(guó)產(chǎn)替代的浪潮中蓬勃發(fā)展。
編輯：ZQY 最后修改時(shí)間：2022-08-16
