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    萬字解析新能源電驅動產業鏈-國信汽車

    2022-08-19   1114

    文章來源:新能源汽車控制、智享新動力



    電驅動行業技術發展方向


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    市場空間


    我們預計2025年電動車銷量約為1000萬輛,滲透率約為40%。電驅動總成的市場空間有望達1000億元,電源總成的市場空間有望達300億元。

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    電驅系統產業鏈


    按照電機的工作電源劃分,可將電機劃分為直流電機和交流電機。交流電機中,按照定子和轉子的轉速一致性劃分,又可區分為同步電機和異步電機。當前新能源汽車驅動電機中較為常見的是交流電機中的永磁同步電機與鼠籠式異步感應電機,其中永磁同步電機在國內最為流行。根據高工鋰電的數據,2021年,永磁同步電機/感應異步電機/其他電機的累計裝機量分別為323/17/2萬臺,占比分別為94%/5%/1%。

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    驅動電機的主要零部件中,價值量最高的是定子/繞組/軸承/轉子,成本占比分別為19%/17%/12%/11%。

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    我們以新能源汽車的驅動電機為下游,沿產業鏈向上挖掘,則定子、轉子、端蓋、軸承等零部件為中游,永磁體、硅鋼片、銅線、鋁合金等原材料為上游。

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    上游金屬原材料的供應商多為大型上市公司,包括生產永磁體的金力永磁、正海磁材等;中游生產定子轉子等零部件的供應商多為非上市公司,包括常州金茂、展翔模具、浙江寶捷等,上市公司包括隆盛科技、長鷹信質;下游生產電機總成的企業主要可分為三大類,整車廠包括特斯拉、比亞迪等,電機廠包括精進電動、方正電機等,傳統Tier 1供應商包括博世、大陸、麥格納等。驅動電機產線設備的供應商則主要有豪森股份、克來機電、巨一科技、銘納陽等。


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    發展趨勢:扁線,油冷,多合一

    1)扁線電機:

    扁線電機是指,將定子繞組中的傳統圓柱形漆包銅線替換為加工成發卡狀的漆包銅扁線。圓線電機的定子橫截面中,圓形銅線間留下了大量間隙,而扁線電機的定子橫截面中,矩形銅線可以更好地填充空間,提高槽滿率,這是扁線電機和圓線電機的根本區別所在。

    扁線電機相比傳統圓線電機,裸銅槽滿率可提升20%-30%。槽滿率的提高等同于電機在具有相同體積的條件下,可以輸出更高的功率和轉矩;或者功率相同的條件下,可以減小電機的外徑和體積,進而減小電機的重量,所以扁線繞組電機有著更高的功率密度,可以使永磁電機繼續向著更小化的方向發展。

    相較于圓線電機,扁線電機的首要優勢即損耗降低、效率提升。永磁同步電機的損耗中,銅耗(主要是定子繞組中的損耗)占大約65%,鐵耗(定子鐵芯與轉子鐵芯中的損耗)占大約20%,其余損耗占比相對較低。扁線電機和圓線電機的鐵耗水平接近,主要區別在銅耗。相比傳統圓線電機,扁線電機裸銅槽滿率可提升20%-30%,總銅耗下降了21%,效率提高大約1%。

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    2)油冷技術:

    風冷、液冷和蒸發冷卻散熱系統是三種常用的電機散熱系統。風冷散熱系統憑借成本低、可靠性高和安裝方便等優勢,在小功率電機散熱領域得到了廣泛應用。液冷散熱系統具有較高的散熱功率,其散熱效率可以達到前者的50倍,適用于電機發熱量大、熱流密度高的散熱場合,但是液冷散熱系統需要額外的循環液路與密封系統,增加了電機系統的成本和復雜性。蒸發冷卻系統則主要應用于兆瓦級大容量發電機組的散熱系統,利用氣液相變循環實現對電機的高效冷卻。

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    車用永磁同步電機的液冷形式大致分為兩種:直接冷卻與間接冷卻。間接冷卻是機殼內設計的冷卻流道,通過冷卻液流經整個機殼帶走熱量。直接冷卻則是在密封的電機內部注入冷卻油,利用冷卻油具有較高比熱容的特性進行冷卻。而且直接冷卻可以增大與發熱源的接觸面積,可以有更好的冷卻效果。永磁同步電機的繞組端部發熱量大,水冷方式下冷卻液無法直接接觸繞組,但是油冷方式下冷卻油可直接接觸繞組,冷卻效率更高,優勢更突出。

    油冷技術下冷卻油可直接與電機發熱部件接觸,散熱效率遠高于傳統的水冷散熱系統,且油介質具有絕緣性好、介電常數高、凝固點低和沸點高等優勢。比亞迪DMI的驅動電機采用直噴式轉子油冷技術,可提升電機功率密度32%。

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    3)多合一電驅動系統:

    新能源汽車對續航里程、功率密度、能量利用效率的要求越來越高,電驅動系統向集成化、小型化和輕量化的方向快速發展。目前已經發布的多合一電驅動系統有三合一、四合一、六合一、七合一甚至八合一,其中最常見的還是三合一電驅動系統。多合一電驅動系統即將電機、減速器、控制器等零部件集成,共享殼體線束等零件,實現集成、降本、輕量。

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    扁線電機的扁銅線之間間隙較大,冷卻油易于滲透,促進了直接油冷技術的應用。同時,冷卻油擁有良好的絕緣性,可在多場景下復用,加速了整車熱管理系統集成化的進程,推動了多合一電驅動系統總成的落地普及。

    行業概況:永磁同步電機主導,2025年市場規模有望達到385億元

    新能源汽車驅動電機基于電磁感應現象,將電池中的電能轉化為機械能,驅動新能源汽車行駛,是決定新能源汽車動力性能的核心零部件之一。主流的交流驅動電機利用定子(通常是硅鋼片搭配銅線圈,固定不動)產生旋轉磁場并作用于轉子(通常由電磁鐵、永磁體或硅鋼片制成,旋轉驅動)形成磁電動力旋轉扭矩。驅動電機的主要零件通常包括轉子、定子、線束、殼體、端蓋等。

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    驅動電機的主要零部件中,價值量最高的是定子/繞組/軸承/轉子,成本占比分別為19%/17%/12%/11%。

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    按照電機的工作電源劃分,可將電機劃分為直流電機和交流電機。交流電機中,按照定子和轉子的轉速一致性劃分,又可區分為同步電機和異步電機。當前新能源汽車驅動電機中較為常見的是交流電機中的永磁同步電機與鼠籠式異步感應電機,其中永磁同步電機在國內最為流行。

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    我們以新能源汽車的驅動電機為下游,沿產業鏈向上挖掘,則定子、轉子、端蓋、軸承等零部件為中游,永磁體、硅鋼片、銅線、鋁合金等原材料為上游。

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    上游金屬原材料的供應商多為大型上市公司,包括生產永磁體的金力永磁、正海磁材等;中游生產定子轉子等零部件的供應商多為非上市公司,包括常州金茂、展翔模具、浙江寶捷等,上市公司包括隆盛科技、長鷹信質;下游生產電機總成的企業主要可分為三大類,整車廠包括特斯拉、比亞迪等,電機廠包括精進電動、方正電機等,傳統Tier 1供應商包括博世、大陸、麥格納等。驅動電機產線設備的供應商則主要有豪森股份、克來機電、巨一科技、銘納陽等。

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    發展簡史:從直流電機到交流電機

    由于早期人們對旋轉磁場的認識和應用尚不成熟(直流電機的磁場通常是不變的,而交流電機的磁場通常是旋轉的),且當時電能的主要用途電鍍、電解、電照明等均使用直流電,很多人誤認為交流電沒有實際用途(以發明家愛迪生為代表),因此早期的電機以直流電機為主,采用電池供電。

    首個電機:1820年,丹麥物理學家奧斯特發現電流在磁場中受機械力的作用,即電流的磁效應。1821年,法拉第在玻璃杯中裝入水銀,通過永磁體和通電導線之間的相互作用,實現了導線繞永磁體旋轉,成功發明了歷史上第一臺電機。在該裝置中,導線相當于轉子,永磁體相當于定子。

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    首個旋轉電機:1833年,英國倫敦大學的里奇發明了一種旋轉電磁針。磁針上繞有線圈,線圈兩端浸入環形水銀槽內。接通電池后,受地磁場作用,磁針偏向南北方向,再改變電流方向,使磁針繼續旋轉。里奇電動機是現代旋轉電動機的雛形,磁針相當于轉子,地磁場相當于定子,水銀槽則扮演了換向器的角色。

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    首個電機驅動:1834年7月,達文波特用自制的直流旋轉電機驅動了一個直徑7英寸的輪子,以30r/min的速度前進。該電機配備了4個電磁鐵,2個裝在輪子上,另外兩個靜止。利用輪子上的電磁鐵與靜止電磁鐵之間的吸力,推動輪子前進。達文波特電機是人類首次以電動機作為動力源的嘗試,開電機應用之先河。1837年2月,達文波特的電機發明成功申請到美國專利局的132號專利,成為歷史上第一個電動機專利。

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    首個電驅機車:1846年,美國物理學教授佩奇制成一臺外觀類似蒸汽機的往復式電動機,該裝置包括2個空心線圈、2個能在空心線圈中自由運動的軟鐵棒和1個換向器。通過給2個空心線圈輪流通電來實現軟鐵棒的往復運動。1851年4月,佩奇制成了首臺由電機驅動的機車,在39分鐘內跑完了5.25英里的試驗路程。

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    旋轉磁場理論是交流電機的理論基石之一:1825年,法國科學家阿拉果在一個懸掛的永磁針下面放置了一個銅盤,轉動銅盤,發現永磁針也發生偏轉,這一現象成為阿拉果旋轉。阿拉果圓盤實驗是世界上首次采用機械方法而獲得旋轉磁場的實驗。

    交流電機誕生:1885年3月,意大利物理學家費拉里斯受光學中兩個簡諧振動波合成一束偏振光的現象啟發,提出同一頻率的兩個交變磁場,如空間相位相差90°,則兩個磁場之間的空間將會產生一個新的、運動的磁場,即旋轉磁場。他利用4只螺線管、1臺西門子單相交流發電機和1個銅圓筒制成了最早的兩相感應電動機(即交流異步感應電機)。

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    特斯拉橫空出世:1885年,美籍克羅地亞科學家特斯拉成立特斯拉研究所,進行交流電機及交流電的應用研究工作。1887年,特斯拉電氣公司成立,特斯拉的兩相同步發電機、電動機以及帶短路相繞組的兩相感應電動機申請美國專利(1888年5月獲得專利,專利號No. 382280)。1888年7月,美國西屋公司以20萬美元外加每生產1馬力電機增加1美元的條件購買了特斯拉的全部專利,包括兩相同步發電機、兩相同步電動機、兩相感應電動機、單相電動機的分相啟動、兩相4線配電系統等。

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    性能需求:效率高,轉矩大,散熱強

    新能源汽車的驅動電機是工業電機的一種,原理(電磁感應)、分析方法(普通電磁分析方法)、計算工具(有限元軟件)、電磁方程(麥克斯韋方程組)等都與普通工業電機一致,分類方法與控制方法也沒有根本性的區別。但是,由于車載的特殊環境,新能源汽車驅動電機在性能方面的特殊需求主要體現在功率密度高、調速范圍寬、起動轉矩大、高效區間廣、散熱需求強。

    1)功率密度高:車載驅動電機有嚴格的體積要求、重量要求和功率要求。大部分工業場景空間巨大,以滿足工業需求為第一目的,電機的體積限制并不突出。但是在新能源汽車上,電機的尺寸和重量直接影響汽車的動力性能和駕駛體驗,電機設計的方向與難點在于體積小、質量輕、功率大,盡可能提高功率重量密度和功率體積密度。

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    2)調速范圍寬:廣闊的調速范圍可以幫助新能源汽車省掉多擋變速箱,只使用固定檔的齒輪組,有效降低成本。因此,新能源汽車驅動電機的調速范圍越寬越好,最高轉速可達到基礎轉速的4倍以上。特斯拉Model S基本款的電機最高轉速可達18000轉/分鐘,比亞迪E平臺3.0的電機最高轉速超過17000轉/分鐘。

    3)起動轉矩大:由于汽車強調百公里加速等性能指標,新能源汽車的驅動電機在起動或低速時要求超高轉矩,將汽車速度以最快的方式泵升至期望速度。一般工業電機對起動速度并沒有這么高的要求。

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    4)高效區間廣:新能源汽車,尤其是純電動汽車,不像電力機車由受電弓供電,而由車載電池包供電,電機效率直接影響續航里程,所以對于電機的效率要求很高。新能源汽車的驅動電機需要擁有盡可能廣的高效率運行區間。正常路況下汽車不會頻繁起動,也不會持續超高速運行,更多的是在勻速行駛中進行加速或減速動作,因此中間部分的運行效率就尤其重要。

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    5)散熱需求強:由于新能源汽車驅動電機對功率密度的高要求,散熱問題也隨之而來。1臺150KW的傳統動力系統總成,體積大概在409L。峰值功率150KW的電動汽車動力系統總成,體積只有82L,大約只有傳統動力總成的20%。小體積內的高功率,導致散熱、機械振動、電磁兼容、NVH嘯叫等問題。電機的能量轉換效率大約在90%以上,峰值效率大約在95%左右,平均能量損耗大約10%,這10%的能量損耗多以發熱的形式體現,因此驅動電機的散熱需求較強。

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    技術路徑:永磁同步電機的裝車占比達94%

    早期新能源汽車的驅動電機多采用直流電機,一方面是因為直流電機具有控制策略簡單、調速性能好、成本低等優點,另一方面是由于交流電機的控制技術復雜、成本較高。直流電機的速度正比于電壓,易于控制;而交流電機的速度正比于頻率及磁極數,控制技術要求較高。

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    但是,直流電機存在一些固有缺陷,在交流電機的技術取得實質性進步后,直流電機目前已處于被淘汰的邊緣。

    1)有刷直流電機:電刷在有刷直流電機中起電流換向的作用。在實際使用中,電刷磨損很快,經常需要維護,同時換向火花限制了電機的高速運行,對電機的穩定性和安全性也構成了威脅,這些問題都難以克服。

    2)無刷直流電機:無刷直流電機的電壓波形和電流波形是矩形波或梯形波,伴隨著較大的轉矩脈動,在汽車行駛中有明顯頓挫感,對用戶體驗構成負面影響。交流電機的波形則通常是正弦波,轉矩更加平順,振動問題較小。

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    交流電機中最常見的三種是永磁同步電機、感應異步電機和同步磁阻電機。交流電機的定子基本相同,主要區別在轉子。定子主要由鐵心、線圈組成;定子鐵心由硅鋼片疊壓而成;漆包線繞制成線圈,嵌入鐵心槽內,再進行絕緣處理;將絕緣處理后的鐵心套入機殼得到定子。

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    定子繞組接入交流電源(通常是三相交流電,三相交流電與空間角度120°的線圈相結合,它們的合成磁場就像是一個強度均勻的磁場在旋轉),形成旋轉磁場,拉動轉子旋轉。

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    根據高工鋰電的數據,2021年,永磁同步電機/感應異步電機/其他電機的累計裝機量分別為323/17/2萬臺,占比分別為94%/5%/1%。永磁同步電機在國內新能源汽車驅動電機市場中占絕對主流地位。

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    永磁同步電機的轉子由鐵心、磁鋼、軸壓裝而成,其中磁鋼提供電機磁通,對電機性能影響最大,通常由稀土釹鐵硼經粉末冶金法制成。

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    早期的電機中永磁電機非常少見,主要是因為缺乏磁性足夠強大的永磁體。1982年,住友特殊金屬的佐川真人發現釹磁鐵。這種磁鐵的磁能積大于釤鈷磁鐵,是當時全世界磁能積最大的物質。后來,住友特殊金屬成功發展粉末冶金法,通用汽車公司成功發展旋噴熔煉法,能夠制備釹鐵硼磁鐵。這種磁鐵是現今磁性僅次于絕對零度鈥磁鐵的永久磁鐵,也是最常使用的稀土磁鐵。優點是高抗退磁性、高性價比,其缺點是溫度依賴性比較強,耐腐蝕性能比較弱,需適當涂層或電鍍處理。為了提高釹鐵硼的耐溫性和矯頑力,磁體生產商通常會在配方中加入金屬鏑,進一步推高了制造成本。

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    永磁同步電機的轉子轉速與定子磁場的轉速保持同步。它的工作流程是,定子繞組接通交流電,產生定子旋轉磁場,永磁體轉子磁場受定子旋轉磁場感應而跟著旋轉,電機旋轉、輸出動力。

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    永磁同步電機的主要優勢在于,功率密度高、運行效率高、結構簡潔緊湊、轉矩大且平順、調速性能好。

    1)功率密度高:永磁同步電機的釹鐵硼磁性材料具備優秀的磁力性能,在充磁后不用增加外部能量,可構建較強磁場,同時磁場具有永久特點,無需額外電路進行勵磁(即給導體通電產生磁場),得以維持較小的體積和較輕的重量。在額定功率下,同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電機的功率密度通常比感應異步電機的功率密度大2倍以上。

    2)運行效率高:受益于轉子中的永磁體,永磁同步電機的轉子通常無需通電(部分自啟動工況或渦流損耗除外),可減少相關的能量損耗,效率較高。

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    3)結構簡潔緊湊:永磁同步驅動電機不設置勵磁電源結構以及勵磁繞組結構,降低相關結構復雜性,相關構成較為緊密,保證永磁同步驅動電機運轉更加具有可靠性。豐田普銳斯搭載的第四代永磁同步電機相較于第三代,定子直徑下降了20%,整體結構更緊湊,體積更小。

    4)轉矩大且平順:在額定電流范圍內,提高電流即可快速提高永磁同步電機的扭矩。此外,三相交流電在定子中形成的旋轉磁場也較為穩定,轉矩脈動較小。尤其在低速大轉矩工況下(對應新能源汽車起步加速階段),永磁同步電機相較于異步感應電機擁有突出優勢。

    5)調速性能好:永磁同步電機的電、磁和力的關系相較于感應異步電機更加簡單,更易于調速和控制。異步電機的狀態方程是四階的,轉子與定子的方程耦合(轉子內的電流是由定子磁場旋轉產生);永磁同步電機的狀態方程是二階的,永磁體的磁場是獨立存在的,在低速和高速(高于額定轉速)的工況下控制難度都顯著低于感應異步電機。

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    永磁同步電機的主要劣勢在于弱磁控制問題、反電動勢問題、高溫振動環境下的退磁問題、自啟動問題以及成本問題。

    1)弱磁控制問題:根據基礎繞組電壓公式,由于電源所能提供的電壓V有限,在電機轉速達到一定水平后,想要繼續提高轉速,就需要進行弱磁控制,削弱電感。這一過程反映在電機的調速曲線上,就是從恒轉矩區進入恒功率區。由于永磁同步電機的轉子磁場是由永磁體提供的,弱磁控制就需要消耗額外的電流來反向抵消部分轉子磁場,降低了高轉速工況下的運行效率,給電源和變頻器帶來額外負擔。

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    2)反電動勢問題:永磁同步電機的轉子在高速旋轉時,定子線圈對轉子中的永磁體磁場做磁感線切割運動,產生感應電動勢,而且這種感應電動勢的方向與原線圈電壓的方向相反,故稱反電動勢。反電動勢會抵消輸入定子的驅動電壓,造成高速運轉時需要給電機輸入更高的電壓來驅動,高壓驅動會造成更大的渦流損耗,引發電機高溫,對定子線圈和轉子永磁體造成損害。轉速越快,效率越低。在高速旋轉時,永磁同步電機越來越像一臺發電機。

    3)高溫振動環境下的退磁問題:常用的永磁體釹鐵硼雖然性能出色,但是在高溫、振動以及強外部磁場的環境下容易發生退磁。除定子繞組通電產生的熱量外,永磁同步電機的轉子雖然不通電,仍然會由于離心力、渦流損耗等原因發熱。

    渦流損耗是指,導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時,導體內感生的電流導致的能量損耗。永磁同步電機的轉子轉速在理論上與定子磁場的轉速一致,但是由于定子齒槽的存在、繞組的空間分布,而且三相繞組中的電流不是標準的正弦波,這些原因導致電機內部磁場畸變,導致氣隙磁場中諧波含量很高,電機鐵心和永磁體感應出渦流,產生較大的渦流損耗。在永磁同步電機高速旋轉時,工作頻率高,轉速高,齒槽效應引起的諧波頻率更高,轉子渦流損耗帶來的高溫問題更加嚴重。

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    階段性小結,永磁同步電機的上述三個問題,弱磁控制問題、反電動勢問題、高溫振動環境下的退磁問題都是在高轉速工況下的局限性,這些因素解釋了為什么搭載永磁同步電機的電動車往往零百加速性能優越,但是高速巡航工況下的二次加速疲軟、峰值車速有限以及超高速巡航難以持續。

    對比永磁同步電機與交流感應電機的效率圖,我們可以清晰的看到,永磁同步電機的峰值效率高于感應異步電機,但是高效區間更多的集中在轉速相對較低的區域,而感應異步電機的高效區間向高轉速區域延伸的更多。

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    4)自啟動問題:永磁同步電動機一旦接通電源,旋轉磁場立即產生并高速旋轉。轉子由于慣性來不及跟著轉動,當定子磁極一次次越過轉子磁極時,前后作用在轉子磁極上的磁力大小相等、方向相反,間隔時間極短,平均轉矩為零,因此永磁同步電機不能自行啟動。解決自啟動問題需要額外配置變頻器(外部變頻,緩慢升速),或在轉子內加入感應異步電機的鼠籠結構。

    5)成本問題:永磁同步電機的轉子由于要使用釹鐵硼等稀土材料,物料成本明顯高于感應異步電機。以一臺常見的功率為30KW的驅動電機為例,釹鐵硼、銅和鋼是制造電機的主要材料,永磁同步電機這三種物料成本大約比感應異步電機高68%,釹鐵硼材料的成本在永磁同步電機的三大主要物料成本中的占比高達71%。

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    根據美國地質調查局的數據,2020年,全球稀土儲量約為116百萬噸,中國的稀土儲量約為44.0百萬噸,占全球稀土儲量的37.9%。國內豐富的稀土資源在一定程度上為永磁同步電機的廣泛使用奠定了基礎。

    感應交流電機的定子與永磁同步電機基本相同,區別主要在于轉子,感應交流電機的轉子常用銅制或鋁制鼠籠結構。根據法拉第電磁感應定律,在磁場中放一個封閉的導體,變化的磁場會在回路中感應出電動勢,感應電動勢會在回路中產生感應電流。根據洛倫茲力定律,載流線圈上會產生電磁力,線圈開始旋轉,轉子旋轉。鼠籠中的每一根棒都會產生感應電流,這些感應電流在鼠籠的兩端短路,轉子開始旋轉。轉子內部裝有絕緣鐵芯薄片,這種小尺寸的鐵芯薄片確保了渦流損耗最小。轉子以略低于同步速度的轉速旋轉,這種差異成為轉差,轉差占同步速度的比一般在2%-6%左右。異步電機不需要永磁體、換向器、位置傳感器,可以自啟動,轉子速度與磁場旋轉速度正相關,磁場旋轉速度與輸入交流電源的頻率正相關。

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    永磁同步電機的主要優劣勢都是圍繞轉子永磁體材料展開的,感應異步電機的優劣勢同樣圍繞轉子鼠籠結構展開。由于轉子沒有使用永磁體而使用勵磁鼠籠結構,感應異步電機的主要優勢在于成本低、弱磁控制難度低、可靠性高、耐高溫、耐振動、過載能力強,主要劣勢在于功率密度較低、體積及重量較大、能量轉換效率較低、轉子需配備單獨的冷卻系統。

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    值得一提的是,感應電機幾乎沒有電樞反應,在高轉速工況下的表現往往優于永磁同步電機。但是,在低速工況下,由于電機轉子的勵磁電流與轉速成反比,勵磁電流建立磁場的能量不做功,這就導致異步感應電機的轉速越低,無功功率越大,電機效率越低。

    永磁同步電機啟動轉矩大、高轉速工況弱,而感應異步電機啟動轉矩小、高轉速工況強,二者互補,以特斯拉、比亞迪為代表的電動車龍頭企業往往選擇前驅感應異步電機搭配后驅永磁同步電機。

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    數據對比:比亞迪/特斯拉市占率領先,大洋電機/巨一科技財務指標較優

    根據高工鋰電的數據,在國內主要電機廠商中,2020全年前兩名的廠商(比亞迪/特斯拉)市場份額合計達到了26%,前五名的廠商合計市場份額達到了48%,前十名的廠商合計市場份額達到了71%。2021全年,前兩名的廠商(比亞迪/特斯拉)合計市場份額達到了30%,前五名的廠商合計市場份額達到了48%,前十名的廠商合計市場分額達到了67%。

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    根據高工鋰電的數據,在主要電機廠家中,2020年排名前五的廠家分別是比亞迪/特斯拉/方正電機/蔚然動力/寧波雙林,裝機量分別為19/15/10/9/9萬臺,占比分別為15%/11%/8%/7%/7%。2021年,國內裝機量排名前五的企業分別是比亞迪/特斯拉/方正電機/寧波雙林/蔚然動力,裝機量分別為62/40/25/20/18萬臺,占比分別為18%/12%/7%/6%/5%。高工鋰電統計的主要新能源驅動電機生產商的合計裝車量從2020年的141萬臺增長至2021年的343萬臺,市場規模處于高速成長階段。

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    日電產預計,從2025年開始,自制驅動電機的整車廠的外采趨勢會逐漸明顯;整車廠與電機廠的合資供應商會增加;外采驅動電機的體系會完全建立起來。至2050年前后,橫向的國際化專業分工會建立起來,整車廠會從專業供應商那里采購電機與其他主要零部件。

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    精進電動、方正電機、大洋電機和巨一科技是國內領先的新能源汽車驅動電機供應商,接下來我們將對他們的財務指標進行分析對比。

    從相關業務的銷售收入來看,精進電動(營業總收入)、方正電機(汽車應用類)、大洋電機(新能源車輛動力總成系統)、巨一科技(新能源汽車電機驅動系統)在2021年上半年的銷售收入分別為3.40/3.62/4.59/1.64億元,同比增速分別為47%/147%/56%/345%。其中,大洋電機的收入規模最大,巨一科技的增速最快。

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    從相關業務的毛利率來看,精進電動(營業總毛利)、方正電機(汽車應用類)、大洋電機(新能源車輛動力總成系統)、巨一科技(新能源汽車電機驅動系統)在2021年上半年的毛利率分別為-6%/4%/13%/15%,2020全年的毛利率分別為2%/9%/18%/15%。大洋電機和巨一科技的毛利率相對較高。從銷售凈利率來看,2021年前三季度,精進電動/方正電機/大洋電機/巨一科技的銷售凈利率分別為-58%/-4%/5%/10%。2020年全年,精進電動/方正電機/大洋電機/巨一科技的銷售凈利率分別為-66%/-56%/1%/9%。大洋電機和巨一科技的凈利率相對較高。

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    從四費率來看,2021年前三季度,精進電動的銷售/管理/研發/財務費用率分別為7%/20%/21%/2%,合計四費率50%;方正電機的銷售/管理/研發/財務費用率為2%/7%/9%/0%,合計四費率18%;大洋電機的銷售/管理/研發/財務費用率分別為4%/7%/4%/0%,合計四費率14%;巨一科技的銷售/管理/研發/財務費用率分別為3%/6%/8%/0%,合計四費率17%。大洋電機的四費率最低,精進電動的研發投入占比最高。

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    方正電機的客戶結構中上汽通用五菱占比較高(85%),2022年公司發布業績預告,已實現2021年歸母凈利潤扭虧為盈;精進電動的客戶結構較為健康(上海汽車和小鵬汽車占比各接近40%),2020年人均創收較高;大洋電機的客戶結構較為健康(長安汽車和長城汽車占比各接近39%),盈利能力較為穩定;巨一科技的盈利能力、人均創利、人均創收等財務指標均處于領先地位。

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    市場空間:2025年有望達到385億元

    根據中汽協和乘聯會的數據,2021年我國乘用車銷量為2148萬輛,新能源乘用車銷量為331萬輛,新能源乘用車滲透率為15%。中國乘用車市場整體發展已相對成熟,2022-2025年,我們給予乘用車市場整體每年3%的增長率,則中國乘用車銷量有望從2213萬輛增長2418萬輛??紤]到外部政策刺激(雙積分考核、路權政策等)與各主流整車廠的新能源車型規劃,我們預計2022-2025年,新能源乘用車的滲透率有望從25%提升至40%,新能源乘用車的銷量有望從553萬輛增長至967萬輛。

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    乘聯會統計的2021年12月新能源乘用車銷量前十的車型中,有雙電機版本的車型是特斯拉Model Y、特斯拉Model 3、比亞迪宋DM、理想ONE和比亞迪漢EV。部分車型不同版本的驅動電機數量不同,我們則按版本數量占比推算雙電機版本的銷量占比。2021年12月銷量前十名的新能源乘用車車型,全年累計銷量之和為147萬輛,占全年新能源銷量的45%。其中,雙電機車型的銷量為40萬輛,滲透率為27%。

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    考慮到消費者對新能源乘用車的性能要求不斷提升,電機技術進步、生產規模擴大帶來的成本下降,我們預計雙電機車型的滲透率會不斷提升。根據我們的測算,2021年的雙電機車型滲透率大約為27%,按每年5%的速度提升,則2025年雙電機車型的滲透率有望達到47%,雙電機車型搭載的驅動電機數量有望達到909萬臺,新能源乘用車驅動電機裝機總量有望達到1422萬臺。

    由于新能源乘用車的動力性能越來越強,在高壓化趨勢下電機電控的絕緣性能也越來越強,因此我們假設新能源乘用車的電機及多合一電驅動系統的單價總體呈上升趨勢。當前新能源乘用車驅動電機的單價大約為2500元(根據巨一科技招股說明書估算),受益于電機性能的不斷提升,我們預計2021-2025年,驅動電機的單價有望以每年大約2%的增幅提升,至2025年單價大約為2706元。2025年新能源乘用車驅動電機的總裝機量為1422萬臺,電機單價2706元,市場規模為385億元。假設三合一電驅動系統的單價為5500元(根據巨一科技招股說明書估算),以每年5%的速度逐步上升,則2025年單價大約為6685元。2021年國內三合一電驅動系統的市場規模大約為231億元,2025年有望增至950億元。

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    發展趨勢:扁線,油冷,多合一

    在上文中我們已經提到,新能源汽車驅動電機在性能方面的特殊需求主要體現在功率密度高、調速范圍寬、起動轉矩大、高效區間廣、散熱需求強。因此,新能源汽車驅動電機的發展趨勢也是圍繞這些性能展開,當前比較主流的幾個方向即扁線電機、油冷電機以及多合一電驅動總成。

    扁線電機擁有更高的功率密度,扁銅線之間間隙較大,冷卻油易于滲透,扁線電機的發展推動了直接油冷技術的應用。同時,冷卻油擁有良好的絕緣性,可作為減速器及齒輪軸承的潤滑油使用,也可收集電機余熱用于電池包的保溫,直接油冷技術加速了整車熱管理系統集成化的進程,對多合一電驅動系統總成的發展有促進作用。

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    扁線電機:提效降損,銅線、漆膜、設備均有增量

    扁線電機是指,將定子繞組中的傳統圓柱形漆包銅線替換為加工成發卡狀的漆包銅扁線。圓線電機的定子橫截面中,圓形銅線間留下了大量間隙,而扁線電機的定子橫截面中,矩形銅線可以更好地填充空間,提高槽滿率,這是扁線電機和圓線電機的根本區別所在。

    扁線電機相比傳統圓線電機,裸銅槽滿率可提升20%-30%。槽滿率的提高等同于電機在具有相同體積的條件下,可以輸出更高的功率和轉矩;或者功率相同的條件下,可以減小電機的外徑和體積,進而減小電機的重量,所以扁線繞組電機有著更高的功率密度,可以使永磁電機繼續向著更小化的方向發展。

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    目前,采用扁線繞組電機的車型越來越多,主要有豐田普銳斯、大眾ID4、比亞迪秦PLUS DMI、吉利極氪、國產特斯拉Model 3/Model Y等。

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    相較于圓線電機,扁線電機的首要優勢即損耗降低、效率提升。永磁同步電機的損耗中,銅耗(主要是定子繞組中的損耗)占大約65%,鐵耗(定子鐵芯與轉子鐵芯中的損耗)占大約20%,其余損耗占比相對較低。扁線電機和圓線電機的鐵耗水平接近,主要區別在銅耗。

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    銅耗具體可分為直流損耗和交流損耗。直流損耗圓線和扁線都有,但是圓線繞組由于單個繞組的截面尺寸較小,交流損耗幾乎可以忽略不計,而扁線繞組由于導體截面尺寸較大,受趨膚效應和鄰近效應影響,交流損耗也很重要。

    直流損耗方面,在電流相數和電流有效值給定的情況下,直流損耗與繞組的直流電阻成正比。由于圓線更細,電阻更高,因此圓線電機的直流損耗通常高于相同條件下的扁線電機。根據《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》,在有限元軟件中對額定功率為35KW的永磁同步電機的直流損耗進行仿真計算,圓線繞組的直流損耗為601.6W,扁線繞組的直流損耗為388-488W,與圓線繞組相比下降了113-214W,降幅為19%-36%。

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    交流損耗方面,在上文闡釋永磁同步電機的反電動勢問題的時候我們已經提過,在高速旋轉的電機中,定子線圈會由于切割磁感線形成反電動勢,產生渦流。產生定子渦流的磁通主要有三部分:電機的基頻磁通(基波),定子開槽、鐵芯飽和以及轉子運動產生的內部諧波,PWM逆變器產生的外部諧波。同時,由于交變電流引起的趨膚效應和鄰近效應,交流損耗會進一步提高。

    趨膚效應是指當交變電流流過導體時,導體周圍變化的磁場也要在導體中產生感應電流,導體內部的反電動勢會強于表面,從而使導體截面的電流分布不均勻,趨近于外表面。電流頻率越高,反電動勢越強,趨膚效應越明顯。

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    鄰近效應是指,互相靠近的導體通有交變電流時,每一導體不僅處于自身電流產生的電磁場中,同時還處于其它導體中的電流產生的電磁場中,這使得各個導體中的電流分布會受臨近導體的影響而不均勻的現象。如果兩根導體的電流方向相同,電流則向兩側集中;如果兩根導體的電流方向相反,電流則向中間集中。

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    根據《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》,在有限元軟件中對額定功率為35KW的永磁同步電機的交流損耗進行測算,可以明顯發現,尺寸越大的扁線繞組交流損耗越大。

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    綜合交流損耗和直流損耗來看,總銅耗方面依然是扁線電機占據優勢,并且槽滿率越高、優勢越大。槽滿率最高的扁線繞組3相比于圓線繞組,總銅耗下降了21%。

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    更低的損耗意味著更高的效率。根據《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》的仿真測算,電機的最高效率可以達到97%,圓線繞組的最高效率工作區相對比較小,但是扁線繞組的最高效率工作區比較大,且與槽滿率呈正相關關系。扁線電機的效率較圓線電機的效率能提高大約1%。

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    但是,電機轉速越高,趨膚效應和鄰近效應的影響越大,扁線電機高效低損的優勢會被削弱。施加在扁線繞組上交流電流頻率一定時,扁線繞組的截面積越大,其渦流損耗越大。而傳統圓線繞組電機在設計時,一般采用將繞組分裂成多股較細的圓股線,削弱了繞組上的趨膚效應。因此,在扁線繞組等效截面積不變的情況下,將扁線繞組分成多層,構成多層并聯支路,單股扁線繞組的截面積將會變小,由趨膚效應引起的渦流損耗也會減小。根據《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》,將扁線繞組分成2層、4層、8層時,對相應電機模型的渦流損耗進行計算,可明顯削弱趨膚效應,降低渦流損耗。

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    根據綠芯頻道的數據,4層扁線繞組電機在93%的高效區間內最大支持轉速為12000r/min,但是8層扁線繞組電機在93%的高效區間內最大支持轉速為14000r/min。而且8層扁線繞組電機的高效工作區間明顯大于4層扁線繞組電機。

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    增加扁線繞組層數可有效削弱趨膚效應,但是扁線繞組層數不可能無限增加:1)加工工藝有限,制造成本增加;2)每層繞組都要渡絕緣漆,分層太多會導致絕緣漆占用槽內空間增加,槽滿率降低;3)增加層數雖然削弱了趨膚效應,但是加強了鄰近效應,過度分層會導致交流損耗增大。

    除提高效率、降低損耗外,扁線電機相較于圓線電機,擁有更高的功率密度(槽滿率更高)、更強的散熱能力(槽內熱阻更低)、更好的NVH表現(機械噪音和電磁噪音更低)。

    相較于圓線電機,扁線電機產業鏈的增量環節主要集中在銅線、漆膜和生產設備三部分。銅線端,扁銅線的加工難度明顯高于傳統圓線,并且漆膜涂敷難度增加,扁銅線R角處的涂敷處理尤其困難。扁線的R角在設計過程中如何減小,漆膜厚度如何控制,均勻性如何保證,彎折處的結構強度如何保證等等,都需要較高的設計與加工能力。扁線的精度一致性要求也遠高于圓線,由于單根扁銅線截面積大、層數少,導線尺寸不一致會對繞組整體性能產生較大的負面影響。

    國內的扁銅線供應商主要有精達股份(600577.SH)、長城科技(603897.SH)、金杯電工(002533.SZ)、冠城大通(600067.SH)、金田銅業(601609.SH)、宏遠電磁線(未上市)等。

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    從營業收入來看,精達股份/長城科技/冠城大通/金杯電工在2020年的相關業務銷售收入分別為85/62/36/12億元,金田銅業在2020年未單獨披露電磁線業務收入,2019年收入為39億元,精達股份收入水平領先。從毛利率來來看,2020年精達股份/長城科技/冠城大通/金杯電工的相關業務毛利率分別為10%/8%/8%/17%,金田銅業在2020年未單獨披露電磁線業務毛利率,2019年毛利率為5%,金杯電工毛利率水平領先。

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    漆膜端,扁銅線的外敷漆膜越薄,槽滿率越高,對漆膜的絕緣性能提出了較高要求。漆膜必須穩定附著在銅扁線上,扁銅線在加工過程中需經歷彎折、扭轉等工序,對漆膜的附著性和拉伸性也提出了較高要求。同時,由于電機特殊的工作環境,扁銅線的漆膜需具備耐電暈、耐高溫、耐散熱油的性質。

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    扁銅線的漆膜外資供應商多為國際巨頭,在化工行業擁有悠久的從業歷史和較強的技術實力,產品品質處于領先地位,主要有艾仕得、阿爾塔納(艾倫塔斯電子絕緣事業部)、杜邦等。

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    國內供應商主要有太湖股份(430460.NQ)、回天新材(300041.SZ)、巨峰股份(830818.NQ)、浙江榮泰科技企業有限公司 (未上市)等。

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    2021年上半年,太湖股份/回天新材/巨峰股份的銷售收入分別為2.43/14.09/3.67億元,毛利率分別為22%/25%/23%?;靥煨虏牡臓I業收入和毛利率都處于領先水平。

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    設備端,傳統圓線電機在生產過程中,只需要將繞組纏繞在定子上,或者將繞組加工成線圈塞入定子,生產工藝相對成熟。扁線電機在生產中需要先將銅線插入定子槽,然后進行扭轉、焊接、滴漆、涂敷等工藝,對設備控制算法與加工精度有較高要求。

    國外的設備供應商技術實力較強,售價較高,主要包括日本日特(NITTOC CONSTRUCTION)、意大利ATOP、法國REDEX等。

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    國內的扁線電機設備供應商主要有浙江巨力自動化設備有限公司、江蘇銘納陽智能裝備有限公司、豪森股份(688529.SH)。浙江巨力的產品主要包含電機轉子生產線、電機定子生產線、裝配生產線、轉子單機系列、定子單機系列等,具體工藝技術又包括壓裝技術、絕緣技術、觸點技術、車削技術、性能檢測、裝配技術等。巨力的生產設施主要在浙江省嘉興市和浙江省三門縣城,客戶主要包括客奧迪,戴姆勒,寶馬,大眾,捷豹,博世、博澤、法雷奧、大陸、馬勒、日立、百得、雷米、尼得科、WEG、德昌等近1000多家國內外知名企業。

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    江蘇銘納陽的主要產品包括新能源驅動電機設備、發電機定子并線設備、雙圈線成型設備、汽車電機設備。公司是中國內燃機工業協會會員,中國汽車工業協會新能源電機電控產業聯盟協會會員,擁有發明專利9項,實用新型專利41項,常州市高新技術產品2項,江蘇省高新技術產品1項,公司產品廣泛應用于汽車電機、純電動汽車、混合動力汽車、電動叉車、電動三輪車、旅游觀光車、電動工具及汽車電機等領域。

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    豪森股份重點研究開發目前市場需求最大的扁線電機工藝裝備生產線,同時,通過自主研發和與圓線電機工藝裝備廠商合作等方式,積極拓展傳統圓線驅動電機工藝裝備領域,現已經獲取上海龍芯、天際汽車、寧波威睿汽車等客戶的驅動電機智能生產線訂單。

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    公司的扁線電機生產設備包括的主要技術與工藝有絕緣紙插入技術、Hair pin成型技術、扭頭技術、漆包線切齊技術、連接線焊接技術、涂覆技術、滴漆技術、磁鋼裝配技術、充磁技術、表磁檢測技術、鐵芯堆疊壓裝技術、定子入套技術、定轉子合裝技術、旋變調零技術、安規測試技術等。

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    2017-2021年,公司的營業總收入從6.55億元增長至12.03億元,年均復合增長率為16%;歸母凈利潤從0.16億元增長至0.71億元,年均復合增長率45%。2017-2021Q3,公司的毛利率從24.99%上升至26.63%,凈利率從4.87%上升至5.22%,盈利能力穩健提升。

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    油冷電機:直接冷卻,高效散熱

    新能源汽車的發展對電機效率、功率密度、響應速度和振動噪聲等性能指標提出了更高的要求,促使電機向高精度、高功率密度、小型化、輕量化和機電一體化等方向發展,帶來了電機內部發熱量急劇增加、有效散熱空間嚴重不足等問題,限制了電機系統的功率密度進一步提高。電機內部高溫會導致永磁體材料退磁、絕緣層老化,并導致銅線繞組在高溫下的電阻升高,降低電機效率,進一步加劇電機發熱。根據《基于熱管的新能源汽車電機散熱系統設計與性能分析》,30%-40%的永磁電機失效是由電機溫升過高引起的。

    電機繞組、定子和機殼等關鍵部件的接觸面之間存在絕緣漆、絕緣紙和空氣等熱導率極低的材料,增加了電機各部件間的接觸熱阻,極大地降低了電機關鍵部件的散熱效率。電機內部的關鍵發熱部件與機殼之間的傳熱路徑長、接觸熱阻大,對散熱系統提出了較高要求。

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    風冷、液冷和蒸發冷卻散熱系統是三種常用的電機散熱系統。風冷散熱系統憑借成本低、可靠性高和安裝方便等優勢,在小功率電機散熱領域得到了廣泛應用。液冷散熱系統具有較高的散熱功率,其散熱效率可以達到前者的50倍,適用于電機發熱量大、熱流密度高的散熱場合,但是液冷散熱系統需要額外的循環液路與密封系統,增加了電機系統的成本和復雜性。蒸發冷卻系統則主要應用于兆瓦級大容量發電機組的散熱系統,利用氣液相變循環實現對電機的高效冷卻。

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    車用永磁同步電機的液冷形式大致分為兩種:直接冷卻與間接冷卻。間接冷卻是機殼內設計的冷卻流道,通過冷卻液流經整個機殼帶走熱量。直接冷卻則是在密封的電機內部注入冷卻油,利用冷卻油具有較高比熱容的特性進行冷卻。而且直接冷卻可以增大與發熱源的接觸面積,可以有更好的冷卻效果。永磁同步電機的繞組端部發熱量大,水冷方式下冷卻液無法直接接觸繞組,但是油冷方式下冷卻油可直接接觸繞組,冷卻效率更高,優勢更突出。

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    油冷方案一般可分成三種:1)定子淋油:定子繞組淋油或者定子鐵心淋油,冷卻油直接噴淋到定子繞組或鐵心上,對定子進行冷卻。2)定子淋油+轉子甩油:定子在淋油冷卻的同時,轉子內部也設計有油道,轉子油道內的冷卻油在轉子離心力的作用下甩向定子,對定子和轉子都起冷卻作用。3)定子內油路+定子淋油+轉子甩油:在方案2的基礎上增加定子的內部冷卻,進一步提升冷卻效果。

    轉子冷卻方面,一般是通過空心軸將冷卻油導入到轉子鐵芯與兩側端板之間的油道內,在轉子離心力的作用下從端板流出,可有效降低磁鋼的工作溫度,對磁鋼的壽命和電機的輸出能力有明顯的提高。定子冷卻方面,一般是通過淋油的方式將冷卻油噴淋到定子繞組和鐵芯上,在重力作用下流動到其他位置,實現對定子的冷卻。

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    水冷散熱系統存在銹蝕、堵塞和滲漏等隱患,一旦發生泄露將直接危及電機的安全,因此需要對水冷散熱系統的循環管路進行高可靠性的密封。相比于水介質,油介質具有絕緣性好、介電常數高、凝固點低和沸點高等優勢,可以提高電機系統對外界環境的適應性,避免氣蝕、水垢等腐蝕危害。直接油冷散熱系統的冷卻油與電機發熱部件直接接觸,其散熱效率遠高于水冷散熱系統。比亞迪DMI系統中的驅動電機采用直噴式轉子油冷技術,可提升電機功率密度32%。

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    根據高工鋰電的數據,2021全,中國新能源乘用車中采用油冷技術的整車廠主要有比亞迪、特斯拉、吉利、上汽、奔馳等,落地車型主要有比亞迪宋MAX、比亞迪宋Pro、比亞迪宋Plus,特斯拉Model 3、特斯拉Model Y,上汽榮威eRX5,吉利幾何C、吉利帝豪PHEV、極氪001等。對應的電機供應商則主要是比亞迪自產、特斯拉自產、日電產、精進百思特、華域汽車等。

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    另外,因為扁線端部導體間存在較大的間隙,噴頭出油后,直接滲透入扁線繞組端部,帶走每一個導體的熱量,而圓線繞組端部在浸漆后,成為一個實心整體,冷卻油很難滲入內部,帶著中間層導體的熱量,容易在繞組內部形成熱孤島。因此扁線和油冷是一對黃金搭檔,配合使用能大幅度提高散熱能力,從而提高功率密度。

    油冷電機相較于傳統水冷電機,主要的增量環節在于電子油泵/濾清器/散熱器,市場單價通常為150/50/50元左右,視采購廠商的采購量上下波動。此外,油冷電機使用的冷卻油通常為ATF油(自動變速箱油)。

    ATF油方面,國內的主要供應商有德聯集團(002666.SZ)、怡達股份(300721.SZ)和龍蟠科技(603906.SH)等。

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    2021年前三季度,德聯集團/怡達股份/龍蟠科技的銷售收入分別為36.23/10.65/23.15億元,歸母凈利潤分別為1.82/0.93/1.94億元,德聯集團的營業收入領先,龍蟠科技的歸母凈利潤領先。

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    2021年前三季度,德聯集團/怡達股份/龍蟠科技的毛利率分別為14%/20%/31%,凈利率分別為5%/9%/9%。龍蟠科技的毛利率和凈利率水平領先。

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    電子油泵/濾清器/散熱器方面,國內的供應商主要有三花智控(002050.SZ)、銀輪股份(002126.SZ)、盾安環境(002011.SZ)、圣龍股份(603178.SH)。

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    2021年前三季度,三花智控/銀輪股份/盾安環境/圣龍股份的營業收入分別為117/58/74/10億元,歸母凈利潤分別為13/2/3/1億元。三花智控在營業收入和歸母凈利潤上有較大優勢。

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    2021年前三季度,三花智控/銀輪股份/盾安環境/圣龍股份的毛利率分別為27%/21%/16%/15%,凈利率分別為11%/4%/5%/8%。三花智控在毛利率和凈利率方面均有優勢。

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    多合一電驅動系統總成:集成化實現降本增效

    新能源汽車對續航里程、功率密度、能量利用效率的要求越來越高,電驅動系統向集成化、小型化和輕量化的方向快速發展。目前已經發布的多合一電驅動系統有三合一、四合一、六合一、七合一甚至八合一,其中最常見的還是三合一電驅動系統。

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    電驅動系統“多合一”的集成化方案可以讓系統內的零部件共享外殼耦合及冷卻系統(例如減速器潤滑油可以用來冷卻驅動電機,特斯拉回收電機熱量給電池保溫),共享電路及功率半導體,減少線纜用量,有效縮小電驅動系統的體積和重量,提高功率密度,實現輕量化。

    1)適用性廣:多合一電驅動系統需要頂層設計,從車型平臺上進行規劃,這樣可以大幅縮短開發周期,并能以較低成本滿足多種車型的需求;

    2)成本降低:減少動力總成內部的高壓線束、連接器等零件,減輕重量,降低成本;

    3)空間精簡:更緊湊地整合電機、逆變器、減速器等模塊,解放空間,利于整車布置;

    4)能效提高:減少或縮短逆變器與電機之間的連接配線,降低電力損耗,提升電驅動系統的能量利用效率;

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    常見的三合一電驅動系統,根據電機控制器的位置,可大致分為五種類型。電機控制器或與驅動電機、減速器并列分布,或集成于驅動電機內,或集成于減速器內,在尺寸、線束用量、技術難度上各有優劣勢。

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    多合一電驅動系統的主要壁壘在于:

    1)產品設計協調:電驅動系統中的電機、減速器、逆變器等核心零部件可能來自不同的供應商,需要有集成廠商統一設計、規劃、生產,進行跨領域的協調。

    2)冷卻系統集成:多合一電驅動系統往往共享外殼與冷卻系統,電機、電機控制器、DC/DC等都是熱源,對冷卻系統的設計要求大大提高。

    3)品控問題:多個核心零部件集成對生產工藝、品控水平提出了很高要求,單一零部件的故障對集成系統的影響不容忽視。

    4)EMC問題:大量電子元器件及驅動電機的集成,相互之間的電磁干擾問題需要找到平衡點。

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    行業標桿:特斯拉、比亞迪持續創新,第三方電機廠快速進步

    特斯拉:永磁同步電機技術革新,加速滲透

    特斯拉的早期車型多采用感應異步電機(Roadster等),2019款的海外特斯拉Model 3在單電機版本上依然搭載了感應異步電機,在雙電機版本上則搭載前驅永磁同步電機搭配后驅感應異步電機。2019款國產版的特斯拉Model 3單電機版本則搭載的是永磁同步電機。

    現階段,特斯拉Model 3、Model Y、Model S、Model X等車型均在單電機版本上搭載永磁同步電機,在雙電機版本上搭載永磁同步電機+感應異步電機。新款特斯拉Model S Plaid三電機版本搭載的全部是永磁同步電機。總體來看,特斯拉的驅動電機配置趨勢是數量越來越多,性能越來越強,永磁同步電機的滲透率越來越高。

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    基于上文中已經詳細分析過的永磁同步電機與感應異步電機的性能互補,特斯拉主要的性能版車型中都采用永磁同步電機與感應異步電機搭配的雙電機解決方案。特斯拉新款Model S Plaid版搭載了全部使用永磁同步電機的三電機解決方案,并落地了很多特斯拉在驅動電機上的前沿技術。

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    三電機全部采用永磁同步電機,就需要對永磁同步電機在高轉速工況下的反電動勢、弱磁控制、結構強度、散熱等問題進行優化處理。

    1)特斯拉給電機轉子上加了一個碳纖維保護套,核心作用是加強電機轉子的結構強度,防止高轉速工況下永磁體脫落。轉子中常用的釹鐵硼材料能經受較大的壓應力,但是不能經受較大的拉應力,抗拉強度不及抗壓強度的1/10。電機處于高轉速工況時,轉子會產生巨大的離心力,可能會導致永磁體脫落。碳纖維具有耐高溫、抗張強度大、絕緣性能好的優勢,作為保護套可有效加強轉子的結構強度。同時,碳纖維導電率低,幾乎不會產生額外的渦流損耗,但與其他金屬材料相比,也難以屏蔽氣隙內的諧波,降低轉子渦流損耗的效果不明顯。

    此外,碳纖維保護層可增加轉子的磁通量。根據特斯拉的專利文件,因為有了碳纖維保護層,原有的固定磁體的部分鐵片可以省去,纖維管和磁鐵之間沒有金屬,可減少對磁通的屏蔽。散熱方面,碳纖維保護層有利有弊。基于碳纖維材料優秀的隔熱性能,電機的主要熱源,即定子銅線繞組發熱,對轉子的負面影響被削弱。但是,轉子本身在高速工況下同樣發熱,碳纖維保護層限制了轉子的散熱。

    給轉子添加碳纖維保護層的主要壁壘在于加工工藝復雜。由于不同材料的膨脹系數不同,碳纖維所使用的環氧樹脂材料必須在高強度張力下纏繞在定子上,否則在低溫下碳纖維會松動。


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    2)內置永磁同步磁阻電機。在上文中,我們提到交流電機主要有永磁同步電機、感應異步電機、磁阻電機。其中,磁阻電機在乘用車上應用很少,因此我們沒有詳細介紹。磁阻電機與永磁同步電機的主要區別在于,轉子內沒有永磁體,沒有磁場,完全依靠定子磁場,基于“磁阻最小原理”產生轉矩。磁阻電機幾乎沒有反電動勢、弱磁控制等問題,但是轉矩較小、脈動較大,在一定程度上與永磁同步電機互補,擴展了電動機的高效區間。

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    特斯拉將永磁體嵌入磁阻電機的轉子槽中,該方案的主要壁壘在于永磁體的數量、尺寸、形狀、位置等。內置永磁同步磁阻電機在低轉速工況下近似永磁同步電機,在高轉速工況下近似磁阻電機。轉子永磁體的V型結構可調節磁阻轉矩,緩解高轉速工況下的反電動勢問題。在高轉速工況下, 特斯拉盡可能將定子旋轉磁場與轉子磁場對齊,從而大幅削弱反電動勢,這種設計的主要壁壘在于復雜的電機控制策略。

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    3)10層扁線繞組電機。在特斯拉介紹上海超級工廠的預告片中,展示了電機的生產工藝。我們可以看到,特斯拉的電機已經落地了扁線技術,并且在定子繞組的特寫中,每一排有5個焊接點,每個焊接點有2根扁銅線,特斯拉的扁線電機定子繞組已經達到10層,生產加工工藝擁有較高的壁壘。目前市面上常見的高層數的扁線繞組電機通常只有6層或者8層。

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    比亞迪:電動插混雙輪驅動,技術實力深厚全面

    比亞迪一直使用永磁同步電機,并且早在2015款的比亞迪唐新能源上就落地了雙電機四驅結構,具有一定的前瞻性和先進性。

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    在純電平臺方面,比亞迪最新的E平臺3.0采用了前驅感應異步電機+后驅永磁同步電機的技術方案,二者互補,在日常行駛中以永磁同步電機為主,在加速工況下雙電機最大輸出。

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    該平臺落地了全球首個八合一動力總成(整車控制器、電機控制器、車載充電器、驅動電機、電池管理器、高壓配電箱、直流變換器、減速器),高性能版本最大功率270KW(E平臺3.0有前后兩個八合一動力總成,后驅峰值功率270KW,前驅峰值功率150KW),系統綜合效率89%。其中,扁線驅動電機最高效率可達97.5%,電機功率提升了40%。

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    基于高度集成的電驅動系統,整車的熱管理系統也得以進一步集成,寬溫域高效熱泵系統得以落地,實現了整車熱量綜合利用,-30℃~60℃的寬域熱泵工作溫度,動力電池的直冷直熱技術熱效率最高提升20%。

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    得益于優異的電驅動系統設計,E平臺3.0的零百加速可達到2.9S,續航里程可達到1000KM,百公里電耗比同級別車型低10%,冬季續航里程增加10%。

    在插混系統方面,比亞迪的DMI超級混動的EHS電混系統采用了雙電機(發電機+電動機)雙電控的集成化設計,串并聯架構,集成了雙電機、雙電控、單檔減速器、直驅離合器、電機油冷系統,體積和重量減小了30%。

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    EHS電混系統搭載的扁線油冷電機最高轉速可達16000rpm,峰值功率160KW,峰值扭矩325N/M,領先市場上大部分競品。電機的最高效率可達97.5%,效率>90%占比90.3%,直噴式轉子油冷技術超強散熱,提升電機功率密度32%至44.3KW/L。配合比亞迪第四代IGBT技術,電控綜合效率高達98.5%。

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    在具體的設計工藝方面,根據國家知識產權局披露的比亞迪專利文件,2021年下半年以來,比亞迪在電機總成、散熱結構、定子設計、轉子設計上均有新技術突破。我們將對最具代表性轉子設計進行簡單介紹。

    在上文中我們提到,永磁同步電機在高轉速工況下存在弱磁控制問題,需要輸入額外電流削弱轉子磁場。針對這個問題的一種解決方案是,采用移動式永磁體的轉子組件,通過驅動機構驅動可移動永磁體在規定的可移動空間內來回平移,可改變可移動永磁體到轉子表面的距離,以此來改變氣隙磁場。但這個解決方案存在一些缺陷:

    1)驅動永磁體自動平移的驅動機構成本高;

    2)驅動機構組件復雜;

    3)轉子空間利用率低。

    比亞迪設計的轉子組件包括轉子鐵芯、齒圈及至少兩個永磁體,所述齒圈轉動連接在所述轉子鐵芯的一端,所述轉子鐵芯與所述齒圈同軸,所述永磁體沿著所述齒圈的內圈呈環形間隔排布;每一所述永磁體包括安裝柱及連接在所述安裝柱的齒輪,所述安裝柱與所述齒輪同軸,所述安裝柱可轉動地設置在所述轉子鐵芯內,所述安裝柱的軸向平行于所述轉子鐵芯的軸向,所述齒輪與齒圈內嚙合。通過齒圈來帶動永磁體的轉動,以此來改變氣隙磁場的強弱,處理弱磁控制問題。相較于移動式或抽拉式的方案,不需要額外的移動空間,設計簡單且結構可靠。

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    精進電動:專注電驅動系統,打入小鵬供應鏈

    精進電動是新能源汽車電驅動系統國內領軍企業之一,從事電驅動系統的研發、生產、銷售及服務,已對驅動電機、控制器、傳動三大總成自主掌握核心技術和實現完整布局。公司 2008 年于北京成立,創始人余平先后畢業于清華大學、密歇根大學、麻省理工學院,并在通用汽車美國總部的混合動力工程技術及戰略規劃崗位任職多年;聯合創始人蔡蔚在國際電機領域的學術與產業界任職及工作二十余年,曾任美國雷米電機混合動力技術總監,主持過多個國際品牌新能源車型的量產項目。

    完整的電驅動系統(驅動電機、控制器、減速器)方面,公司產品主要有三合一(驅動電機+控制器+傳動),油水復合冷卻,適合乘用車,配套B級及以上轎車、SUV、跑車;前驅串并聯混動箱(驅動電機+傳動),油冷,適合乘用車,配套A級轎車,SUV;二合一(驅動電機+傳動),適用于商用車純電動系統的公路客車及中、大型貨車。

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    在乘用車驅動電機方面,公司產品主要有感應電機、水冷永磁電機和油冷永磁電機。公司的感應電機分SD220_335 Nm和SD220_290 Nm兩種型號,屬于三相感應電機,具有轉矩密度、功率密度高,電機系統效率高,電機電磁噪聲低,NVH性能好,低轉矩紋波等優勢。電機配有壽命長、耐電暈電機漆包線、加重型驅動電機輸出軸承,整機全面防腐蝕表面處理。

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    公司的水冷永磁電機有SD220_270Nm、SD220_310Nm、SD220_315Nm、SD220_360Nm和SD220_390Nm。公司的水冷永磁電機屬于三相永磁同步電機,具有系統效率高、電磁噪聲低、NVH性能好、低齒槽轉矩及轉矩紋波等。公司采用壽命長、耐電暈電機漆包線、加重型驅動電機輸出軸承,整機全面防腐蝕表面處理。

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    公司的油冷永磁電機有SD210、SD240、SD220和SD220。公司的油冷永磁電機屬于三相同步電機,具有轉矩、功率密度高,系統效率高,電磁噪聲低,NVH性能好,齒槽轉矩及轉矩波動較小,并配備專有的全壽命耐變速箱油材料。

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    2020年,精進電動的前五大客戶的主營業務收入占比為61.27%,分別是菲亞特克萊斯勒/小鵬汽車/比亞迪/北汽集團/廈門金龍,營收占比分別為33.95%/9.47%/6.24%/5.81%/5.79%。

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    根據高工鋰電的數據,2021年1-11月,在主要車企中,精進電動的前五大客戶是上海汽車/小鵬汽車/吉利汽車/中國一汽/華晨鑫源,裝機量分別為43538/42129/8254/6978/2142臺,占比分別為40%/39%/8%/6%/2%。

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    巨一科技:從智能裝備切入電驅動系統

    公司產品主要包括智能裝備整體解決方案和新能源汽車電驅動系統產品。2021年上半年,新能源汽車電驅動系統產品的占比為16.87%。針對新能源汽車的動力需求,公司建立了電磁設計與仿真分析平臺、散熱結構和仿真分析平臺、電機結構靜動力學分析平臺等開發平臺,采用永磁同步電機方案,開發出了 30kW 至 200kW 系列電機產品。通過對定轉子沖片的創新設計,新型材料的選用和創新的冷卻設計,實現了產品外特性、重量、最高效率等指標有顯著提升,滿足不同車型需求并進行批量生產。

    在集成式電驅動系統方面,公司主要有iEDS-2100FR和iEDS-4000FR兩種型號的產品,將電機、電機控制器、減速器三個單獨的分體單元,通過高度集成技術方案,開發出一款小體積、大功率、高度集成化的電橋總成產品,電磁噪聲低,NVH性能優異,滿足前后驅全時驅動需求。

    在驅動電機方面,公司的JEE高功率密度驅動電機類型為永磁同步電機,由專業的電磁、熱、結構及NVH團隊開發,具備高功率密度、高轉矩密度、高轉速運行能力的優點,可與高傳動比齒輪箱相配合應用。超過10年的連續生產,累計供貨已超過20萬臺,質量可靠,成本低。目前已量產搭載于奇瑞小螞蟻EQ1、江淮iEV4、江淮iEV5、江淮iEV6、江淮iEV6EL等。

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    在新能源汽車電驅動系統領域,圍繞電驅動系統技術發展趨勢,已開發兩個新型集成式電驅動系統平臺產品并批量應用,通過研發項目形成了一系列的技術儲備,包括16,000rpm水冷扁線電機的設計開發、混合動力汽車雙電機控制器等;同時進行了碳化硅模塊、多合一電力電子系統等方面的技術預研;未來,發行人將繼續圍繞電驅動系統集成化、高效化的發展趨勢,開發油冷扁線電機、24,000rpm 高速電機、高壓碳化硅器件電機控制器、260kW/5000Nm 大功率大扭矩集成化電驅動、多合一電力電子產品等,提升公司在電驅動系統產品整體性能、NVH、EMC 等領域的開發、驗證以及生產交付能力。

    根據高工鋰電的數據,2021年1-11月,在主要車企中,巨一科技的前五大客戶是東風本田/廣汽本田/江鈴汽車/江淮汽車/云度新能源,驅動電機裝車量分別為6124/2778/2108/20/13臺,占比分別為55.5%/25.2%/19.1%/0.2%/0.1%。

    推薦標的:優質的第三方電機供應商

    我們推薦自主研發、布局全面、客戶質量較高、在手訂單充足的優質第三方電機供應商,主要有精進電動-UW(688280)、方正電機(002196)、巨一科技(688162)、大洋電機(002249)。

    精進電動:專家治企,自主研發,全面布局

    精進電動是新能源汽車電驅動系統國內領軍企業之一,從事電驅動系統的研發、生產、銷售及服務,已對驅動電機、控制器、傳動三大總成自主掌握核心技術和實現完整布局。精進電動為客戶提供電驅動系統的整體技術解決方案,堅持自主研發與持續創新,建立了國際化的研發團隊和全球化的組織架構,目前已在北京、上海、正定、菏澤、余姚以及美國底特律設立了研發和生產基地。公司與菲亞特克萊斯勒、吉利集團、廣汽集團、小鵬汽車、比亞迪、東風集團、廈門金龍、北汽集團等知名整車企業建立了長期的合作關系,并正在積極推進與美國、歐洲著名整車企業的進一步合作。

    公司 2008 年于北京成立,創始人余平先后畢業于清華大學、密歇根大學、麻省理工學院,并在通用汽車美國總部的混合動力工程技術及戰略規劃崗位任職多年;聯合創始人蔡蔚在國際電機領域的學術與產業界任職及工作二十余年,曾任美國雷米電機混合動力技術總監,主持過多個國際品牌新能源車型的量產項目。

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    公司公開發行股票募集資金將主要用于高中端電驅動系統研發設計、工藝開發及試驗中心升級項目,新一代電驅動系統產業化升級改造項目,信息化系統建設與升級項目和補充營運資金項目。“高中端電驅動系統研發設計、工藝開發及試驗中心升級項目”,將幫助公司在大功率高集成度電驅動系統、基于第三代半導體的控制器、生產工藝優化以及試驗條件等方面,實現業內領先的技術儲備?!靶乱淮婒寗酉到y產業化升級改造項目”,將進一步優化公司生產制造環節的生產效率與產品性能?!靶畔⒒到y建設與升級項目” 將提升公司信息化建設水平,提高公司生產過程的數字化管理水平?!把a充營運資金項目” 將增加公司流動資產規模,大幅降低公司資產負債率,為公司業務發展創造有利基礎,提高財務安全性和靈活性。

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    2022年1月,公司發布了業績預虧公告,預計2021年年度實現營業收入75,000萬元到78,000萬元,與上年同期相比將增加17,177.52萬元到20,177.52萬元,同比增加29.71%到34.90%。歸屬于母公司所有者的凈利潤與上年同期相比,將出現虧損,實現歸屬于母公司所有者的凈利潤-42,000萬元到-38,000萬元,與上年同期相比將減少84.45萬元到4,084.45萬元,虧損同比增加0.22%到10.77%。歸屬于母公司所有者的扣除非經常性損益后的凈利潤-46,000萬元到43,000萬元,與上年同期相比將減少15,366.88萬元到12,366.88萬元,虧損同比增加40.37%到50.16%。

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    1)營業收入增長,主要是 2021 年受新冠疫情影響較小,及乘用車項目增長所致。2020 年新冠疫情期間,受延期復工和下游客戶對公司的新能源汽車電驅動系統采購存在訂單取消或延后。2021 年,訂單恢復正常,且公司乘用車業務部分項目在 2020 年底進入量產后,產量在 2021 年有所提升,銷量增加,從而進一步提高了公司的營業收入。

    2)公司歸屬于母公司所有者的凈利潤下降主要由于:首先,公司主營業務毛利率較上年同期下滑,主要原因是原材料成本增長所致。自 2020 年底,公司主要原材料中硅鋼片、漆包線、磁鋼及殼體等大宗商品(下同)采購價格開始普遍上漲。2021 年,大宗商品價格仍然持續上漲,全年價格居高位,提高了公司采購成本,從而導致公司效益下降。其次,公司持續積極投入研發,以及全力建設北美基地,拓展海外市場,導致銷售,管理和研發費用較去年同期增加。

    根據乘聯會的數據,2021年中國新能源乘用車銷量為331萬輛,同比增長181%??紤]到外部政策刺激(雙積分考核、路權政策等)與各主流整車廠的新能源車型規劃,我們預計2021-2025年,新能源乘用車的滲透率有望從15%提升至40%,新能源乘用車的銷量有望從331萬輛增長至967萬輛,年均復合增長率為31%。

    同時,根據公司招股書的披露,公司的前五大客戶中:1)小鵬汽車,配套 G3 和 P7 的相關產品未來 5 年訂貨量計劃已獲客戶需求確認;2)吉利汽車,PHEV 車型配套產品 2021年迎全面量產,未來 3 年訂貨量計劃已獲客戶需求確認;3)比亞迪,公司通過同步開發和市場拓展,切入比亞迪配套供應商的項目增多。公司下游客戶市場份額較大、銷量增速較快,有望拉動公司業績以高于市場整體增速的水平增長。

    2021-2023年,我們預計公司的營業收入為7.67/10.19/14.01億元,分別同比增長33%/33%/37%。2021年由于原材料價格大幅上漲,公司毛利率與凈利率顯著下滑。2022-2023年,我們預計,隨著原材料價格企穩,公司在手訂單進一步放量,生產成本隨規模擴大而下降,公司的盈利能力有望持續改善。我們預計2021-2023年公司的歸母凈利潤為-3.99/-3.24/-2.29億元,給予“增持”評級。

    方正電機:客戶開拓順利,電機龍頭加速成長

    公司堅持以“成為節能與新能源汽車領域一流的核心零部件供應商,實現技術、產品及客戶升級。有能力、有技術服務世界一流客戶,未來靠專利、標準占領市場”的戰略目標。公司主要從事微特電機、新能源汽車驅動電機、汽車電子(發動機控制器)及家電智能控制器的研發、生產和銷售。

    1)微特電機:2021年上半年,公司努力克服疫情帶來的不利影響,縫紉機應用類產品收入同比增加62%,公司在該業務領域繼續占據市場主導地位。越南方德的電動工具用電機已經正式投入批量生產,并且進入更多的客戶,包括TTI、史丹利百得等電動工具行業龍頭企業。該產品的批量生產將進一步拓寬公司在微電機領域的下游應用市場,成為公司在微電機行業內的新的業績增長點。

    2)新能源汽車驅動電機:2021年上半年,公司新能源驅動電機出貨19多萬臺,出貨量繼續位居行業前列,并且市占率進一步提升。公司量產驅動電機主要應用于上汽通用五菱MINIEV、小鵬P7、吉利帝豪EV等車型。公司為蔚然動力、上汽乘用車、奇瑞汽車開發的新能源汽車驅動電機進展順利。此外,公司還獲取了上汽通用五菱GSEV項目和兩個混動項目定點,其他新客戶和新項目的開發也進展順利。公司至2021年底驅動電機產能50萬臺/年,目前處于滿產階段。為滿足客戶需求,公司已啟動新增年產100萬臺驅動電機項目,該項目預計投資5億元,項目2024年達產后預計年新增營業收入25億元。公司進一步提升和優化內部制造體系和外部的供應鏈管控體系。公司已和太鋼、寧波韻升等優秀零部件合作伙伴達成戰略合作關系,通過共建聯合實驗室等措施,進一步深化合作關系,提升合作效率。公司繼續加大技術研發投入,在800V高壓電機、扁線電機、油冷電機等新能源驅動電機新技術方向持續投入,并且已獲得某新能源汽車頭部企業800V高壓電機開發合同和項目定點。

    3)汽車電子:公司子公司上海海能的主營產品包括柴油機控制器ECU、氣體機控制器GCU、后處理器控制器DCU、AMT及其控制器等系列產品。公司正積極拓展客戶,一方面爭取擴大現有客戶的市場份額,一方面爭取進入新的主機廠客戶,目前已取得積極進展,公司國六排放標準的氣體機和柴油機新客戶項目,預計將于年底量產。

    4)智能控制器:由于下游戰略客戶科沃斯、伊萊克斯等需求旺盛,公司全資子公司深圳高科潤的智能控制器(PCBA)業務表現較好,營業收入同比增長78%。同時,公司通過制造過程優化、產品技術方案的改進和新項目產品的研發及產業化等諸多措施,克服了進口電子元器件價格上漲、供應鏈持續緊張、人民幣升值等諸多不利因素的影響,較好的完成了業績目標。2021年上半年,公司在越南投資成立的越南高科潤電子科技有限公司,目前正處于籌建階段。由于新冠疫情的影響,建設和投產進度預計將略晚于預期。

    考慮到公司受益于新能源汽車加速滲透的大趨勢,扁線電機等新能源產品研發量產順利,下游客戶小鵬汽車等造車新勢力的銷量增長預期較高,預計2021-2023年營業收入分別為18.66/29.60/47.89億元,歸母凈利潤分別為0.22/1.22/2.81億元,給予“增持”評級。

    巨一科技:智能裝備與電驅動系統齊頭并進

    公司產品主要包括智能裝備整體解決方案和新能源汽車電驅動系統產品。

    公司智能裝備整體解決方案主要包括汽車白車身智能連接生產線、汽車動力總成智能裝測生產線、動力電池智能裝測生產線,融合了公司自主研發的數字化運營管理系統,為汽車整車和零部件、動力電池等領域的客戶實現生產過程的自動化、柔性化和智能化提供解決方案。

    新能源汽車電驅動系統是新能源汽車的核心部件,公司擁有包含電機、電機控制器、集成式電驅動系統在內的完整的新能源電驅動系統產品研發、設計、生產、銷售和服務體系。目前,公司已成為行業內可以提供電機、控制器、減速器及其集成正向開發和產品服務的供應商之一。目前新能源汽車驅動系統主要應用客戶于東風本田、廣汽本田、江淮汽車、奇瑞汽車、江鈴新能源等。

    公司國際整車企業客戶包括英國捷豹路虎、特斯拉等;合資整車企業客戶包括上汽大眾、廣汽本田、東風本田、東風日產、奇瑞捷豹路虎等;造車新勢力整車企業客戶包括蔚來汽車、理想汽車等;國內整車企業客戶包括中國一汽、東風汽車、長安汽車、吉利汽車、長城汽車、廣汽集團、北汽集團、江淮汽車、奇瑞汽車等;外資零部件企業客戶包括大眾變速器、格特拉克、麥格納、本田零部件、利納馬等;國內汽車零部件企業客戶包括上汽變速器、青山工業、萬里揚、法士特、全柴動力等;動力電池生產企業客戶包括寧德時代、國軒高科等。

    2018-2020,公司的智能裝備整體解決方案的銷售收入從9.24億元增長至13.13億元,年均復合增長率19%;新能源汽車電驅動系統產品的銷售收入從3.10億元下降至1.68億元,年均復合增長率-26%。2019 年度公司電驅動系統產品收入較 2018 年度下降 14.94%,主要原因系2018 年起公司與江淮汽車電驅動系統業務由合營企業道一動力承接,在其設立初期部分電驅動系統產品仍向公司采購, 2019 年度逐步減少了對公司電驅動系統產品采購。2020 年度公司新能源汽車電驅動系統業務銷售收入較 2019 年度下降 36.40%,主要原因是疫情影響下,核心客戶奇瑞汽車、東風本田、廣汽本田的適配車型銷售變動。

    2021年上半年,公司的新能源汽車電驅動產品銷售收入1.64億元,同比增長343%,占比回升至17%。疫情逐步受控,公司主要客戶銷量恢復情況較好。

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    智能裝備業務方面,受益于未來幾年新能源乘用車行業有望超過30%的復合增速,同時公司在動力總成智能裝測生產線、動力電池智能裝測生產線等方面的技術實力快速進步,加速了國產化替代的進程,有望跑贏行業整體增速。我們預計2021-2023年,公司的智能裝備業務銷售收入分別為19/26/35億元,同比增速分別為43%/39%/34%,毛利率分別為28%/30%/32%。

    新能源汽車電驅動系統方面,公司主要客戶為東風本田、廣汽本田、江淮汽車、奇瑞汽車等整車生產廠商。2021年1-8月份已累計完成生產交付電驅動系統超過4.3萬套,滾動訂單總額為8.28萬套。在新能源乘用車行業高速成長、公司下游客戶質量較高、在手訂單充足的多重背景下,我們預計2021-2023年,公司的新能源汽車電驅動系統銷售收入分別為4/12/16億元,同比增速為210%/330%/140%,毛利率分別為15%/18%/20%。

    綜上,我們預計2021-2023年,公司的營業收入分別為21.18/30.45/45.43億元,歸母凈利潤分別為1.38/2.32/3.19億元,給予“增持”評級。

    大洋電機:全球電機及驅動控制系統優質供應商

    公司致力于成為全球電機及驅動控制系統綠色環保解決方案領域的卓越供應商,為全球客戶提供安全、環保、高效的電機驅動系統解決方案。

    公司新能源汽車動力總成系統團隊利用車輛事業集團的資源優勢,進一步整合技術、渠道、供應商等優質資源,在新品研發、客戶渠道開發、成本控制方面取得了良好的發展,完成了多項新品或平臺的設計及驗證,產品在長安汽車、長城汽車、北汽新能源、小鵬汽車、法國雷諾、印度塔塔、韓國現代、上汽通用等多家內資、外資、合資車企實現量產,為后續業務的持續快速發展奠定了堅實基礎。公司新能源汽車動力總成系統2021H1實現營業收入45,877.60萬元,同比大幅增長56.43%,其中純電動乘用車電驅動總成產品銷售提升迅速。

    乘用車純電驅動總成:應用于長安汽車、印度塔塔等不同車企多款車型的“三合一”電驅動總成以及應用于長城汽車、雷諾汽車等多款車型的“二合一”電驅動總成實現穩定生產及銷售;應用于上汽純電動汽車的電機控制器以及應用于小鵬汽車的高效驅動電機等多款產品獲得持續增量訂單;新開發的20kW-30kW電機及控制器開始量產,成功開啟小型電動車市場;120kW三合一電驅動總成和40kW增程發電機總成獲得國內客戶定點,持續為公司帶來新的業務增長點。

    商用車動力總成系統:商用車動力總成相關產品配套于申沃客車、萬象客車等車型,助力上?;ú?;雙行星排混聯動力總成系統獲得客戶認可,再獲批量訂單;加快海外市場布局,商用車動力總成相關產品出口泰國、俄羅斯、西班牙等國家,物流車產品配套于江淮汽車,批量交付巴西運輸公司。

    48V BSG:受芯片短缺的影響,公司為上汽通用混合動力汽車開發的48V BSG總成銷售數量有所下降,但累計市場銷量在48V混合動力汽車領域依然排名前列。同時,二代48V BSG開發項目完成樣機搭載整車驗證。

    新品開發:公司規劃的第三代深度耦合“三合一”電驅動總成平臺取得重大進展;基于碳化硅器件的高密度電機控制器完成樣機開發并應用于三合一電驅動總成;同時,在混合動力乘用車動力總成領域,公司利用多年技術和產品積累,正在加快開發混合動力總成驅動電機及控制器產品;基于新一代MCU控制器平臺的電機控制器完成樣機開發并應用于增程式發電機總成;多項新品完成了樣機開發,其中包括:卡車用ISG電機、高速電機系統、油冷扁線電機、800V高電壓平臺、客車用2500Nm直驅系統、歐洲汽車零部件廠家EV項目60kW及10kW A0樣機等;完成廣域高效驅動電機系統設計驗證。

    2020年,受新冠疫情影響,公司營業收入78億元,同比下降5%;歸母凈利潤1億元,同比增長93%。2021年,公司產品已在長安汽車、長城汽車、北汽新能源、小鵬汽車、法國雷諾、印度塔塔、韓國現代、上汽通用等多家內資、外資、合資車企實現量產,為后續業務的持續快速發展奠定了堅實基礎。我們預計2021-2023年,公司的營業收入分別為109/138/174億元,歸母凈利潤分別為5.13/5.35/7.53億元。首次覆蓋,給予“增持”評級。

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