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國產替代
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，國內龍頭廠商僅占1%的市場份額
從定義上來看，電機是指依據電磁感應定律實現電能轉換傳遞的一種電磁裝置，主要作用是產生驅動轉矩，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、經濟型和舒適性。
根據不同的技術路線，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。它可以根據輸入信號，按照內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。據市場調研機構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)，但目前尚未出現絕對的龍頭廠商。即使在國內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，是新能源汽車產業(yè)鏈最為核心的零部件之一。隨著新能源汽車的產銷兩旺，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)，如聯合電子、日電產、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，近年來國內第三方電機供應商陸續(xù)發(fā)起募投項目，以實現產能的迅速擴張。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)產業(yè)化項目，項目達成后預計新增電驅動系統(tǒng)50萬臺產能；英搏爾擬募資7.68億元建設珠海生產基地技術改造及產能擴張項目和山東菏澤新能源汽車驅動系統(tǒng)產業(yè)園項目，新增產能全部達產后，公司將形成超過40萬臺套的產能。
為了應對下游電機需求增長，國內部分第三方電機供應商產能擴充情況
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，公司目前已經開始使用開源的精簡指令集架構RISC-V自研ME內核，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電機控制算法，從而為電機效率和高可靠性的實現提供有力支撐；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質量標準測試認證，遵循IATF16949體系下生產管控流程，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具有決定性影響，因此終端客戶要求極高，從研發(fā)到量產時間跨度通常長于消費和工業(yè)產品。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
據了解，該款產品為BF1181系列產品，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。
國內主要車規(guī)級電機驅動芯片廠商及其產品情況
據公司介紹，此次通過車規(guī)級驗證的是一款BLDC電機控制專用芯片FU6832N1。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，FU6832N1芯片內部集成AD、AMP、DAC、LDO、DMA、 Driver等，集成ME電機控制內核，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，由于半導體產業(yè)外部環(huán)境的復雜和不確定性，我國需要盡快實現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，國內車規(guī)電機驅動芯片行業(yè)有望在國產替代的浪潮中蓬勃發(fā)展。
編輯：ZQY 最后修改時間：2022-08-16
