中金|电驱动：下一个万亿长坡厚雪赛道

电驱动系统单车价值量超万元，全球市场空间超万亿元，华为、宁德时代相继入局。随着电池技术的进步，新能源汽车行业的焦点从续航转向了对整车动力性能、操控体验的追求。电驱动系统成为新能源汽车的核心系统，单车价值量超万元。按照全球每年近亿辆汽车的销量计算，电驱动系统市场空间超过万亿元。华为、宁德时代已经相继布局电驱动，我们认为，电驱动产业链有望与新能源汽车上行周期形成共振，是下一个万亿市场的大赛道。

系统集成化、工艺优化、材料量价齐升是三大投资主线。目前电驱动系统的技术升级，分为系统和部件两个层面。我们认为，系统层面的集成化具有降低成本、提高效率、优化车企流程等诸多优势，是产业升级的必由之路，见效也最快；部件层面的工艺优化，例如扁线电机、SiC模组替代、油冷电机等技术变化，可以实现对应单体部件的降本增效；材料端例如永磁体、硅钢片等，在部件销量和单体价值量共振之下，有望迎来量价齐升。

自供+外采长期共存，独立第三方电驱动系统供应商或将成为市场主力。我们认为，电驱动系统的集成化趋势，符合主机厂对于降本增、优化体系、整车架构演进等方面的诉求。集成化从硬件融合向电气融合、芯片融合快速演进，主机厂供应链也越来越开放。我们认为，具有技术积累、客户资源等方面优势的企业将占据较大市场份额，以特斯拉为代表的主机厂自供体系和以汇川技术、英搏尔、欣锐科技等为代表的独立集成供应商将长期共存；而随着整车市场快速起量以及技术迭代的加速，自供独立供应商有望成为市场的主力参与者。

新能源汽车销量不及预期，电驱动系统集成化进度不及预期。

电动化是未来，电驱动系统成为整车核心构成。汽车产业正在发生百年变革，电动化是趋势，也是智能化、网联化等技术进步的基石；汽车动力来源从最开始的蒸汽驱动，到内燃机驱动，再到目前电力驱动的新能源汽车。不论采用何种电动化技术路径（纯电动、插电混动、增程式等），不论使用何种动力电池（磷酸铁锂、三元、燃料电池等），每辆新能源汽车都需要电驱动系统实现动力输出与控制，电驱动系统逐渐成为汽车的核心系统之一。

图表1：汽车动力模式的演进路径

资料来源：中金公司研究部

从燃油车到电动车，整车动力零部件发生了深刻变化。燃油车的心脏“发动机+变速箱”，被“电机+电机控制器+减速器”取代。由于电机工作的高效区覆盖范围远优于内燃机高效区范围，以及电机本身的驱动特性等，减速器仅需单档/双档即可实现燃油车多档变速器的输出特性。电池包取代油箱后，相应也增加了电子电气控制模块，诸如：车载充电机（OBC）、直流转换器（DC/DC）、整车电压分配单元（PDU）以及电池管理系统主控模块（BCU）等。

图表2：整车驱动系统演进对比与电驱动系统企业生态构成

资料来源：华为官网，威迈斯官网，电动邦，中金公司研究部

电池对油箱的替代只是整车智能化、电动化演进的基础，而电驱动系统对发动机、变速箱的替代，才是整个动力体系升级的核心。驱动电机作为驱动单元有许多优点，比如零起特性、电能/动能双向转化特性、宽范围的恒功率调速特性、广域的高效万有特性、安静平稳的运转品质等。目前市面上同价位的燃油车和新能源车，驱动电机相较于发动机，在输出功率、最大扭矩、百公里加速等性能指标的优势非常明显。以特斯拉Model Y四驱版本为例，其百公里加速仅需3.7秒，最高车速达250km/h。

图表3：不同价位燃油车与纯电动车的动力性能参数对比

资料来源：汽车之家，中金公司研究部

永磁同步电机系统是趋势，双电机布置占比上升。目前市场上的新能源车型，不论是纯电动、插电混动还是增程式，基本都配置了永磁同步驱动电机。单驱动电机多见于低配版车型，纯电动车将驱动电机前置或后置，混动车型一般将驱动电机前置。双驱动电机一般为高配版车型，纯电动、插混和增程式都涉及，前后各部署一个驱动电机，其中永磁同步驱动电机的占比在迅速上升。我们认为，随着行业对车辆动力性能的不断追求，双电机车型的市场占比或将进一步上升。

图表4：主要量产新能源车型的电机系统性能参数对比

资料来源：汽车之家、中金公司研究部

终端市场的销量是主机厂的核心目标，而终端消费者对最高车速、爬坡性能、加速性能等车辆性能的追求是持续的。具体到新能源汽车驱动系统，就是对高转速、大扭矩、高功率密度的追求。电驱动系统的优化升级，主要有两个方向：

►     部件层面：以单体部件为目标进行升级优化，主要通过工艺改进、材料替代等实现。例如，永磁同步电机、扁线电机的应用，SiC元器件的应用等。

►     系统层面：以集成化为主，实现多部件融合的系统级改造、优化；例如，将电机、电机控制器、减速器、OBC、DC/DC、PDU等独立部件融合为“三合一”、“多合一”，并逐步从硬件融合，向电气融合、芯片融合演进。

目前新能源车电驱动集成系统单车价值量超过1万元，我们按照全球汽车每年销量近亿辆的规模测算，新能源汽车电驱动系统将成为继动力电池之后的又一个万亿元市场。华为成立智能电动业务部，宁德时代公告成立电控系统合资公司，科技双巨头下场布局。2021年7月，按中汽协口径，新能源汽车当月渗透率达到14.5%，乘用车渗透率到达16.5%，创历史新高。我们认为主要系驱动力从政策补贴主导，转为供给端改善刺激 C 端市场释放带来，新能源车普及加速。同时，叠加新能源车型价格下降和续航提升带来的内生性增长，我们上调2021年新能源车销量预测至280万辆。我们预测2025/30年中国新能源汽车销量达到810/1,660万辆，电动化将催生电驱动系统成为继电池系统之后的第二个长坡厚雪赛道，预计2025/30年中国新能源汽车电驱动市场规模将达866/1,572亿元。

图表5：新能源汽车电驱动主要部件市场空间

资料来源：盖世汽车，公司公告，中金公司研究部

从主机厂的视角来看电驱动系统，集成化是将原有的多个独立部件通过重新设计、排布进行融合，相比于从各个部件自身的原理出发进行工艺和材料优化，通过集成化来提高驱动系统的效率，见效更快、操作性更强。集成化是目前主机厂和Tier1供应商优化新能源汽车电驱动系统的主要方式。本报告通过介绍电驱动系统的部件构成以及从系统集成化的视角进行研讨分析，梳理投资逻辑；部件层面的行业变革，我们将在后续的系列报告中详细呈现。

驱动电机

驱动电机的主要功能是将电能转化为转子转动的机械能，并通过减速器向下传导，进而驱动车辆行驶。电机主要构成包括定子、转子以及传感器、连接件、壳体等，工作原理是电磁感应定律。在电动车行业的发展早期，直流电动机被广泛应用，但由于体积、过载能力、最高转速、维护成本等短板，直流驱动电机被行业淘汰，目前市场上新能源量产车型的驱动电机都是交流电机，有交流异步电机和永磁同步电机两种。

图表6：永磁同步电机构成图

资料来源：大众汽车官网，中金公司研究部

相比于交流异步电机，永磁同步电机在电机效率、功率密度、灵敏度、体积等方面具有优势，成为市场主流。以永磁同步电机为例，电机工作时，利用电机控制器输出的可变三相交流电，通过在定子上产生旋转变化的磁场，进而带动转子旋转，完成电能到机械能的转化，驱动车辆运行。

图表7：永磁同步电机（左）和交流异步电机（右）内部结构简图

资料来源：知网，中金公司研究部

电机控制器

电机控制器（MCU）是电驱动系统的核心控制单元，将来自动力电池的直流电转换成三相交流电，根据档位、油门、刹车等指令来控制驱动电机的运转。电机控制器主要由主控板、驱动板、功率器件、薄膜电容、电流传感器等构成。电机控制器是电驱动系统的核心。电机控制器的本质是集成电路，通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间等进行工作，它包含了大量的控制理论、滤波算法、空间矢量控制、PID控制器、传感器理论等核心技术。电机控制器的技术门槛高于电机单体，是电驱动系统的灵魂，我们预计其未来的系统地位和单车价值量将进一步提升。

图表8：华为电机控制器MCU

资料来源：华为官网，中金公司研究部

图表9：电机控制器示意图

资料来源：电动汽车资源网，中金公司研究部

减速器

减速器是位于驱动电机之后的传动装置，用来降低驱动电机轴的转速并增大扭矩，属于精密机械部件。减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、差速器、箱体及其附件组成。电驱动系统最简单的架构是电机直驱，但目前的技术水平要做出大扭矩、低转速、重量轻的电机，既贵且难；高速电机与减速器的组合，目前是行业主流方案。要实现电机高转速下的大传动比、小体积，对减速器的设计、制造水平等要求很高。转速在6000rpm-15000rpm之间的减速器，噪音、发热、密封、轴承等都是技术难点。以Tesla的Roadster为例，设计之初是“180kW电机+2档减速器”，最终因减速器质量问题被迫改用固定齿比减速器，为达到相同性能不得不将电机功率提到240kW。

图表10：减速器结构示意图

资料来源：驱动视界，中金公司研究部

车载充电机（OBC）

车载充电机的作用，是在交流充电时，将外界的三相交流电转化为直流电，为动力电池充电。新能源汽车的充电方式，分为直流充电和交流充电。OBC是涉及充电体验、效率和功率的核心部件，主要由PFC电路、隔离DC/DC和低压辅助电源构成。低压辅助电源用来在充电过程中给汽车电子电气系统供电。目前OBC功率主要有3.3kW和6.6kW两种，随着整车高压..化、快充技术发展等，OBC在向更高功率发展。

图表11：车载充电机OBC

资料来源：欣锐科技官网，中金公司研究部

图表12：OBC结构示意图

资料来源：意法半导体，中金公司研究部

DC-DC转换器

DC-DC变换器（DC-DC Convertor）是将来自某一直流电源电压转换成任意直流电压的变换器。新能源车的DC-DC，它主要为车内的低压用电器（动力转向系统、空调等）以及低压蓄电池提供电能。DC-DC也是集成电路，主要由主控板和功率器件（IGBT、电感等）组成。

图表13：DC-DC 转换器

资料来源：欣锐科技官网，中金公司研究部

图表14：DC-DC电路结构图

资料来源：清研车联，中金公司研究部

高压配电单元

高压配电单元PDU（Power Distribution Unit），负责新能源车高压系统解决方案中的电源分配与管理。通过母排及线束将高压元器件电连接，为整车提供充放电控制、高压部件上电控制、电路过载短路保护、高压采样、低压控制等功能等，保护和监控高压系统的运行。结构上看，PDU主要由铜排、继电器、熔断器、预充电阻、电流采集器等构成。由于和整车电子电气布置密切相关，每个车型的PDU都有差异，难以成为标准品。PDU配置灵活，市场上主流方式有两种：一种是针对具体车型定制开发PDU产品；另一种是将PDU功能集成到其他零部件中，开发集成化产品。

图表15：电压分配单元PDU

资料来源：威迈斯官网，中金公司研究部

图表16：PDU电路结构图

资料来源：兆舜科技官网，中金公司研究部

新能源汽车的续航问题被逐渐解决后，开始向整车智能化加速迈进。对于整车零部件厂商而言，软件定义汽车、软硬件解耦的发展节奏加快，硬件的集成化、..化成为趋势。相比于独立部件的各自优化，系统层面集成的效率会更高。我们认为，对于电驱动产业的升级来说，相比于分部件优化，系统集成化将是见效最快的途径。具体到整车动力系统，原有的驱动电机、电机控制器、减速器从独立单体开始向“二合一”、“三合一”演进，称为驱动总成。与此同时，整车电压电控的相关模块，例如车载充电机（OBC）、DC-DC转换器、电压分配单元（PDU）等也开始向集成化发展，出现独立的“三合一”电源总成（OBC、DC-DC、PDU），以及与电机、电机控制器等融合的“五合一”、“七合一”等。

集成化的推动因素主要包括降低成本、提高效率、优化车企流程、智能化演进等：

►     多个独立部件的一体化，可以减少壳体铸件、连接件、线束的使用量，降低成本的同时，助力整车轻量化。

►     降低原有多个零散部件对于车身、底盘空间的占用，加之相应减少的车内线束连接，可以为车身、底盘的设计优化腾出空间。

►     一体化的紧凑设计，可以减少传输损耗，提高整个系统的效率。

►     车企可优化供应链管理，降低内部总装时间、售后服务、工位配套等成本，集成化也使整车开发和验证等流程加快。

►     硬件集成化，进而通讯接口的归一化，为整车电子电气架构从分布式向域控制、中央计算的演进铺路。

图表17：新能源车动力系统集成化发展趋势

资料来源：《全球新能源汽车供应链发展白皮书（2019）》，中金公司研究部

随着终端用户在成本、空间、效率等方面的综合要求持续提高，相关企业从分立部件供应商向集成系统供应商布局，以具备系统级别的设计研发生产制造集成能力，从而进一步提升企业的竞争力。

图表18：国内外电驱动相关企业的集成化布局情况统计