打破國外廠商壟斷，這幾家車規(guī)電機驅(qū)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(fēng)機、風(fēng)扇、電動玩具，大到汽車、飛機等，到處都有電機的身影。
電機驅(qū)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(yīng)定律實現(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)動轉(zhuǎn)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(qū)動動機和控制電機。其中，驅(qū)動電機直接將電能轉(zhuǎn)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(shè)備中；而控制電機主要用于轉(zhuǎn)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(qū)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(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)，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟型和舒適性。
根據(jù)不同的技術(shù)路線，新能源汽車驅(qū)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(guān)磁阻電機。其中永磁同步電機在制造轉(zhuǎn)子時加入永磁體，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(shù)路線新能源汽車驅(qū)動電機分類
當(dāng)然，電機是不會自己運轉(zhuǎn)的，它的正常工作離不開電機驅(qū)動芯片的帶動。電機驅(qū)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(zhuǎn)動方向。
電機驅(qū)動芯片的工作原理
此外，電機驅(qū)動芯片還集成了邏輯運算電路與功率驅(qū)動電路，利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng)，可以用來驅(qū)動直流電機、步進電機及繼電器等感性負(fù)載。
近年來，隨著下游驅(qū)動電機的高速發(fā)展，帶動了電機驅(qū)動芯片市場不斷增長。據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)Research And Markets統(tǒng)計，2021年全球電機驅(qū)動芯片市場規(guī)模為38.8億美元，預(yù)計2028年可增長至55.9億美元，年復(fù)合增長率約為5.3%；中國方面，近年來中國電機驅(qū)動芯片一直保持穩(wěn)定增長趨勢，2020年市場規(guī)模達(dá)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(yù)計2022年市場規(guī)模將達(dá)135億元。
從產(chǎn)品市場應(yīng)用情況來看，消費電子是電機驅(qū)動器芯片最大的應(yīng)用市場，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%，對應(yīng)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(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%。
和國外國外廠商相比，中國在電機驅(qū)動器芯片領(lǐng)域起步晚，技術(shù)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(dǎo)體、兆易創(chuàng)新、率能半導(dǎo)體、靈動微、凌鷗創(chuàng)芯、澎湃微、旋智科技、芯弦半導(dǎo)體等一大批的電機驅(qū)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(qū)動器芯片領(lǐng)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(qū)動芯片高速增長
作為電機驅(qū)動芯片終端重要的應(yīng)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(qū)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(qū)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(shù)，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(yīng)商三大陣營。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、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(shù)、工藝及全球主流車企客戶資源，在新能源汽車電機領(lǐng)域仍然占有一席之地；此外，第三方電機供應(yīng)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(qū)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(yīng)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(yīng)商，合計約占40%左右的市場份額。
為了應(yīng)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(yīng)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(shè)新能源汽車驅(qū)動電機項目，項目達(dá)成后預(yù)計新增驅(qū)動電機180萬臺產(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)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項目，項目達(dá)成后預(yù)計新增電驅(qū)動系統(tǒng)50萬臺產(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)能擴張項目和山東菏澤新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園項目，新增產(chǎn)能全部達(dá)產(chǎn)后，公司將形成超過40萬臺套的產(chǎn)能。
為了應(yīng)對下游電機需求增長，國內(nèi)部分第三方電機供應(yīng)商產(chǎn)能擴充情況
值得一提的是，由于近幾年驅(qū)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(zhuǎn)換效率、散熱性好等優(yōu)勢，預(yù)計未來3-5年扁線電機滲透率將快速提升。
而在電機驅(qū)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(gòu)RISC-V自研ME內(nèi)核，打造雙核MCU，在應(yīng)對復(fù)雜任務(wù)的高效性基礎(chǔ)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(shù)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(yīng)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(qū)動控制方案所需外設(shè)，大大減少外圍器件，從而提高了控制板的集成度。
國內(nèi)廠商開始陸續(xù)崛起，填補了我國車規(guī)電機驅(qū)動芯片的技術(shù)空白
雖然電機驅(qū)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(qū)動芯片領(lǐng)域，隨著比亞迪半導(dǎo)體、峰岹科技 、智芯半導(dǎo)體等國內(nèi)廠商的崛起，填補了我國車規(guī)電機驅(qū)動芯片的技術(shù)空白，并逐漸縮小了與國外大廠的技術(shù)差距。
業(yè)內(nèi)人士指出：“車規(guī)級電機驅(qū)動芯片采用高可靠性的車規(guī)級制造工藝，嚴(yán)格按照AEC-Q100質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)測試認(rèn)證，遵循IATF16949體系下生產(chǎn)管控流程，安全等級可最高達(dá)到ISO26262 ASILB標(biāo)準(zhǔn)。由于電機驅(qū)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(dǎo)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(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)用于汽車的電機驅(qū)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(lǐng)域。日前，比亞迪半導(dǎo)體自研的汽車電機驅(qū)動芯片已經(jīng)通過AEC-Q100車規(guī)級認(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)電機驅(qū)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(qū)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(dá)100KV/μs以上，可兼容IGBT&SiC MOSFET的驅(qū)動，輸出驅(qū)動峰值電流高達(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)級專用IC也通過了AEC-Q100 認(rèn)證，正式推向汽車BLDC電機藍(lán)海市場。
國內(nèi)主要車規(guī)級電機驅(qū)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(yīng)用在車身控制的相關(guān)電機控制領(lǐng)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(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(qū)動芯片的研發(fā)與設(shè)計企業(yè)不斷崛起，填補了我國在這一方面的技術(shù)空白，并逐漸縮小了與國外同行業(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，我國需要盡快實現(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，在未來較長時間內(nèi)，國內(nèi)車規(guī)電機驅(qū)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
