全球驱动电机、逆变器市场及供应商分析，规模效应显著

电车资源讯：

随着全球汽车电动化渗透率的不断提高,驱动电机行业将会迎来整体规模的迅速扩张。在这一过程当中,具备规模效应和技术优势的第三方电机制造商将有机会迅速扩大市场份额,收获业绩的大幅增长。

1、全球驱动电机市场趋势

根据估测,随着全球汽车电动化快速推进,新能源汽车电机系统市场将随之快速扩张,市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。

新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分,虽然同其他大部分汽车零部件一样,这两部分部件长期都面临降价压力,但是由于新能源汽车总量的上升,行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。

系统单价方面,电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。

根据估测,在中性假设条件下,2030年电动车销量将达到2000万台,约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而,如果放到乐观情景下,即电池价格大幅下滑,且环保政策更加严厉的条件下,电动车销量增长的速度有可能大幅上升,我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平,约占当年汽车销量的25%-27%。

预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300),双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000),纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。

燃油车的插电混、纯电动、混动车 2015-2030销量

(百万台)

来源:中汽协

2、电动机市场情况

我们预计到2030年电动机(不包括逆变器)的销量年均增速将达到18%,到2030年行业整体销量达到$195亿,相较2015年$12亿的水平扩展近17倍。

预期电动机的销量将从2015年的360万上升到2030年的4900万,同时,单车电机数量预计将有所下滑,从1.8下降到1.4,主要是由于单电机的纯电动车销量占比提升。

但电动机单价方面我们预期将进一步提升,从目前的$350上升至$380,主要是受高价大功率电机的更广泛应用所拉动。

电机、逆变器销量(2015-2030销售收入)

来源:网络资料

从市场份额情况看,丰田集团在2016年的数据中遥遥领先(集团主要生产电机的公司包括电装公司和爱信精机),本田集团位居第二,而同时这两大集团也都在混动领域占据全球领先地位。之后是比亚迪以及给特斯拉供货的台湾电机制造商富田电机。

电机行业在长期发展过程中,第三方供应商崛起将是大势所趋。如果我们观察当前日本汽车行业产业链情况,不难发现占据龙头地位的前三强(丰田、本田、日产)都倾向于自供电机产品,这除了和日本制造企业的传统基因相关外,也同行业发展的阶段有关。

如果对照一下PC和手机行业的发展史,我们不难发现,这两个行业在初期都是高度上下游整合生产,无论是PC行业的惠普、苹果、硅图公司,还是手机行业的诺基亚、摩托罗拉都在产业链中高度整合生产,因为在初期产品更新换代速度较快,需要上游零部件供应商迅速做出反应相互配合,所以整合生产的模式具备较高的性价比;

然而到了行业发展中后期,由于整个市场规模扩充,同时产品更新换代速度不需要像初期那样快,此时第三方供应商以整个市场为客户对象的规模效应便体现出来,这也催生了富士康、美光、海力士等一系列第三方供应商的崛起。

新能源汽车电机行业也不例外,从当前时点看,本田已经宣布将与日立合作生产电机。同时日产也在投资者交流会上提到将来可能开始外采电机。

2017年10月,三菱电机宣布将为戴姆勒奔驰提供电机和逆变器。随着第三方电机厂商高效能、低成本产品的普及,电机行业市场份额从主机厂自供向第三方企业转移是大势所趋。

目前日本的电机企业已经相继开始对电动化所带来的趋势转变做出了应对。我们预期电装和爱信精机将会首先利用他们现有的规模优势,用较低的成本占有市场份额,而紧随其后的电产和明电舍也将迅速跟进。

目前电机行业的平均毛利率在30%左右,而生产规模是决定毛利率高低的主要因素之一。

汽车行业产业链整合情况

来源:网络资料

PC产业链整合情况

来源:网络资料

手机产业链整合情况

来源:网络资料

2017全球电机行业分会份额占比图

来源:网络资料

主机厂与对应电机供应商

来源:网络资料

3、逆变器行业情况

我们预测逆变器行业也将迎来高速增长,根据估测,逆变器市场销售收入规模将从2015年的$12亿上升至2030年的133亿。

从销量上来看,因为逆变器与电机的比例基本是1:1,所以预计其销售总量将从2015年的360万上升到2030年的4900万。

同时单车配套价格将从$300-$400下降到$200-$300,主要是来自于上量之后的成本规模效应。

2017全球逆变器行业分企业份额占比图

来源:网络资料

主机厂与对应逆变器供应商

来源:网络资料

与电机领域相似,在逆变器行业丰田集团目前同样也是居于领先地位。同时丰田集团下属的电装集团目前正在大规模扩展其逆变器客户。在丰田之后,三菱电机也占据相当大的市场份额。

4、技术演变

从电机的分类来看,主要有直流、交流感应、永磁同步和开关磁阻四种,新能源汽车电机主要用到后三种。

目前,永磁同步由于其较优的性能,是主流的电机类型。交流异步电机的价格适中,但性能稍差,在美国及中国有部分厂商使用。而开关磁阻电机的主要优势在于其较低的价格,但同时也存在着杂音和震动的技术问题,如果这些问题能够解决的话,开关磁阻电机将具备很大的市场。

交流异步电机:虽然从目前看,交流异步电机(额定功率在79-85左右)相比永磁同步功率方面不具备优势,但是其成本较永磁同步电机低出不少。在体积方面,交流异步电机比永磁同步电机更大,主要是受设计构造的限制。

永磁同步电机:电机内部有包裹永磁体的转子,整体系统功率较大(在90-92左右),同时体积较小。造价方面较为昂贵,主要由于永磁材料价格较高。目前关于降低永磁体使用的研究正在开展,研究同时也关注提升磁体的输出效能。永磁电机是当前电动车电机行业中应用最广泛的电机类型。

开关磁阻电机:开关磁阻电机价格非常具有竞争力,主要由于其转子中没有高成本的永磁体,同时其功率适中(额定功率在80-86左右)。由于是利用定子和转子的拉力来提供动力,过程中导致的震动和噪音是其主要问题。由于电动车电机目前正处在迅速上量的时间段,我们相信需求的提升会加快技术的革新替代。

5、电机技术提升方向

通过研究过去20年电机的技术演进趋势,我们发现电机技术还有较大的继续提升的空间。首先看机芯用钢的厚度情况。对于定子和转子来说,其主要是由薄电磁钢层叠加组成,1997年第一代的丰田普锐斯使用的是0.35mm的钢层,随后减到0.3mm,最近2016年降到0.25mm。一般来说,薄钢层数的提升能够增加电机效率,同时也对控制电机温度有帮助。

目前,制造薄钢是行业的一大技术难题。主要的难点在于控制压铸中的回弹,以及钢片材料的一致性保持。从当前情况来看,旋锻加工技术由于其成本和生产效率方面的优势将会越来越成为行业的主流制造方式。

其次,在绕线密度方面,总体上定子中绕线的量是决定电机功率大小的重要因素。而决定绕线量的则主要是在有限空间内铜线可以绕机芯的圈数。技术方面目前插入器的使用由于适合高功率的定子加工,并有逐渐成为行业生产标配的趋势。

而线圈类型方面,主要有方形和圆形两种,目前主流厂商使用的是圆形,但是方形技术由于具备较高的空间利用率,正逐渐替代圆形成为行业大方向,而丰田和本田目前已经开始批量采用方形绕线技术。其他厂商这边,安川电机已经开始研发电子绕线技术,目的是提升控制和效率(马自达已经开始试用)。

最后,在冷却系统方面,分电机和逆变器两部分:电机这块,由于随着电机温度升高永磁电机的磁力会减弱,所以冷却系统的效率对于电机高功率运行至关重要。

主要电机、逆变器生产厂商

来源:网络资料

从技术演变趋势看,主流的冷却技术已经从风冷、水冷,发展到目前油冷的阶段。其主要技术手段是将电机浸入到油冷室中来达到降温的目的。虽然有专家认为与油的摩擦会降低电机的效率,但是综合各方面情况,油冷依旧是目前技术条件下最有效的冷却模式。

逆变器方面,冷却系统对于逆变器的表现也同样重要,日产最近声称在聆风2017新车型中,依靠提升逆变器冷却系统,将电机的输出功率从80kw提升至110kw,而电机其他部分均和上一代相同。

这体现出了逆变器冷却系统的重要性。虽然碳化硅的使用将会使得电机的抗热和抗压性有所提升,但是其较高的成本,其大规模应用的时间点可能很难在短期内到来。

新能源汽车电池正极材料解析

一、正极材料产业简介

1.作用

锂离子电池分布在生活中的每一个角落,其应用领域包括电动汽车、手机、平板电脑、无人机及其他各类电动工具。作为电能的载体和众多设备的动力来源,可以说,离开了锂离子电池,当今的物质世界就会受到很大影响。

正极材料作为目前锂离子电池里面主要的储存锂离子的地方,其性能直接影响锂离子电池的性能(正极材料的质量比一般为3:1-4:1,因此正极材料起到决定性影响),其成本的高低也决定锂电池成本的高低。

在新能源汽车成本构成中,电池占了很大的比重,大约在40%左右。其中电池主要由正极材料、负极材料、电解液以及隔膜构成。正极材料成本占整个电池的比例最高,约占35%,同时也是提升续航里程的最主要部分。

2.几种常见正极材料对比

正极材料主要分为三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂四大类。

三元材料是镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂为代表的多元金属复合氧化物,能够充分发挥三种金属的优势,电池容量较高,是动力电池主要正极材料之一,主要用于乘用车。

磷酸铁锂原材料低廉,循环性和安全性好,但容量较低,主要用于动力电池当中的客车和物流车。

锰酸锂资源丰富,价格便宜,安全性好,但循环性差,高温中衰减严重,少量用于动力电池中。

钴酸锂能量密度高,但价格高且不环保,目前主要用于3C产品数码电池中。

3.行业产业链

正极产业链包括:上游的原材料厂家;中游的材料制造商;下游消费电子、动力电池等各个应用领域。

二、国内正极材料产业现状分析

1.产量分析

得益于国内终端新能源汽车增长持续、高端3C数码市场需求稳定和钴酸锂、三元材料海外需求加大,国内正极材料产销得以增加。

其中三元材料2017年总产量8.6万吨,同比产量增加了58.38%,主要受新能源乘用车和专用车、锂电自行车、低端数码电池等市场带动。

钴酸锂材料产量4.5万吨,同比有增长28.9%。其主要受国外3C数码市场的需求拉动,同时国内高端智能数码电池需求增长。

锰酸锂材料产量2.1万吨,同比增长16.6%。在新能源客车市场、电动自行车、电动工具、数码三元混合锰酸锂等增长明显。

磷酸铁锂2017年总产量5.8万吨,同比增长基本持平,只有1.75%。从产值来看,2017年国内正极材料产值413亿,约21万吨,同比增长了98.56%。

2.价格走势

2017年锂电正极四大材料价格有较大幅度波动,其中三元材料与钴酸锂上涨幅度最大,锰酸锂其次,而磷酸铁锂最小,四大材料各自波动不一。

主要原因有:

1)上游原材料碳酸锂、钴金属、镍金属价格同比大幅上涨,涨幅超过15%,导致三元材料、钴酸锂价格跟随上涨;

2)无水磷酸铁国内产能过剩,市场竞争激烈,其价格同比每吨下降超过20%,因此使得碳酸锂价格上涨的情况下,磷酸铁锂材料出现下滑趋势;

3)以当年磷酸铁锂电池需求量来看,其材料国内产能已严重过剩,加上动力电池补贴与能量密度挂钩,因此大部分电池企业转型三元,并对铁锂材料价格形成压力;

4)锰酸锂价格历年波动情况相对稳定,其价格波动主要受碳酸锂价格影响较大。

3.存在的问题

目前,由于我国正极材料产能主要集中在低端产品,在一些高端产品,比如高性能三元材料等领域目前产能仍有不足。

国内正极材料领域低端产品竞争比较激烈,毛利率也较低;高端产品的毛利率则较高且竞争相对平稳。现在高端的三元材料与钴酸锂仍以进口为主。

因此,锂电正极材料行业目前整体来看处于供大于求的阶段,未来主要驱动力来自于动力电池的需求增长情况。并且在产品分布方面,低端产品产能过剩,高端产品供给不足。

三、行业企业2017年状况

在2017年度,前十大正极产能中,湖南杉杉资本遥遥领先其他公司,达到年产总量4.3万吨,最低的巴莫科技也达到1万吨的产量。

十家企业当中,杉杉股份实现营业收入827,054.09万元,同比增长51.07%;实现归属于上市公司股东的净利润89,611.51万元,同比增长171.42%。主要系本期公司锂电池材料正极业务经营业绩同比大幅增长,同比增长179.54%,占据总营收的51.5%。

格林美2017年实现营业收入107.52亿元,同比增长37.22%;实现净利润6.1亿元,同比增长131.42%。报告期内,与邦普循环签署了建设2万吨/年三元正极材料产线合作协议,进一步夯实了公司向国内最大动力电池企业CATL提供三元材料的能力,保障了格林美三元电池材料在国内的市场地位。

厦门钨业2017年度报告显示,公司当年度实现营收141.88亿元,同比增长66.37%;实现归属上市公司股东净利润6.18亿元,同比增长320.66%。其中,以正极材料为主的锂电池材料相关业务电池材料营收40.81亿元,同比增长99.02%,占总营收比重达28.76%。符合此前业绩预期。

而在其中,各家的主要产品类型如下(排名不分先后):

四、三元材料的未来预测

1.市场占有

2017年全国正极材料产量为21万吨,同比增长3成,其中三元材料8.6万吨、磷酸铁锂5.8万吨、 钴酸锂4.5万吨、锰酸锂2.1万吨,三元材料接替2016年磷酸铁锂成为2017年增速最高的正极材料,受益乘用车接替客车成为新能源车重要增量。

在2018年首批公示的36款新能源乘用车配套电池类型中,三元锂电池25款,占比达69%,相比2017年增加了46%。

从以上数据可以看出, 当前新能源乘用车的动力电池采用三元材料电池正成为新趋势。而从今年初工信部公布首批推荐目录以来,市场内的锂电企业从推荐目录的差别中,灵敏地嗅到了新的商机——三元材料电池将成为主流。如沃特玛、比亚迪、国轩高科、力神等部分大企业在今年年初也纷纷开始布局三元材料的产能。

从上游原材料企业布局的大动作,和中游锂电企业的加大三元材料的产能布局,再到推荐目录上乘用车采用三元材料电池的比例突增,都在释放着三元材料电池的春天或将到来的信号。

值得一提的是,随着国家对新能源汽车的能量密度要求逐年提高,未来三元材料的市场比重将有望持续提升。由此可预见,三元材料的趋势已基本明确。

2.技术走向:高镍三元材料未来趋势明显

三元材料是指镍钴锰,它们具有高比容量、长循环寿命、低毒和廉价的特点,此外,三种元素之间具有良好的协同效应,因此受到了广泛的应用。在氧化还原储能中,镍是主要的成分,通过提高材料中镍的含量以有效提高材料的比容量,是三元材料再往前迈进的关键问题。

一般来说,高镍的三元正极材料是指材料中镍的摩尔分数大于0.6的三元材料,这样的材料具有高比容量和低成本的特点,但也存在容量保持率低,热稳定性差等缺陷。但通过制备工艺的改进可以有效改善材料性能。颗粒的微纳尺寸以及形貌结构,在很大程度上决定着高镍三元正极材料的性能。因此目前主要的制备方法是将不同原料均匀分散,通过不同生长机制,得到比表面积大的纳米球形颗粒。

高镍三元锂离子电池正极材料凭借比容量高、成本较其他两种元素低和安全性优良等优势,成为研究的热点,被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。