汽车行业新能源汽车产业趋势系列报告之八:功率半导体,驭电者之歌-191122_30页_1mb
报告摘要
新能源汽车产业趋势系列报告之八:功率半导体,驭电者之歌
核心内容
新能源汽车的发展依赖于电池、电机和电控系统的协同作用。其中,功率半导体作为电控系统的核心组件,承担着开关、逆变、变频和变压等关键功能。随着新能源汽车对能效和性能要求的提升,功率半导体在整车系统中扮演着越来越重要的角色。
主要观点
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功率半导体的重要性
新能源汽车在续航、动力性能和充能效率等方面具有优势,但其电池容量仍不及燃油车,因此需要高性能电机和电控系统来弥补。功率半导体是实现这些功能的核心。 -
硅基IGBT与碳化硅基MOSFET的优劣势
- 硅基IGBT:综合性能均衡,成本较低,是当前新能源汽车功率半导体的主流选择。
- 碳化硅基MOSFET:具备更高的综合效率(约98%),耐高压大电流,但成本较高,适用于中高端车型。
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新能源汽车市场发展趋势
- 2019年新能源汽车销量增速放缓,但结构优化,品质提升。
- 长期来看,新能源汽车仍保持高增长,功率半导体产业将随之受益。
- 2025年,我国新能源汽车功率半导体市场规模预计超过100亿元,其中硅基IGBT占比约70%,碳化硅基MOSFET约40%。
关键信息
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硅基IGBT:
- 发明于上世纪80年代,技术不断迭代,生产工艺复杂但稳定。
- 全球主要供应商包括英飞凌、三菱、富士、安森美、ABB等,CR5约70%。
- 中国企业在技术突破和产业链建设方面取得进展,如比亚迪已实现IGBT4.0芯片的批量应用,上汽与英飞凌成立合资公司。
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碳化硅基MOSFET:
- 2018年全球车用市场规模不足2亿美元,但增速较高。
- 主要供应商包括Cree、罗姆、意法半导体等,国内衬底企业如天岳、天科合达,设备企业如北方华创。
- 特斯拉Model3是其在新能源汽车中的成功应用案例,使用24个650V、100A的碳化硅功率模块。
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市场与政策驱动
- 2019年新能源汽车补贴全面退坡,销量暂时放缓,但产品结构持续优化。
- “双积分”政策作为长期扶持手段,推动新能源汽车销量增长和电耗降低,功率半导体长期受益。
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投资建议
- 关注上汽集团(与英飞凌合资生产硅基IGBT)
- 关注新能源汽车龙头(独立开发硅基IGBT并布局碳化硅基功率半导体)
- 关注碳化硅单晶炉设备龙头(可批量供应高性能碳化硅单晶炉)
风险提示
- 新能源汽车销量及结构不及预期
- 硅基IGBT成本降幅不及预期
- 碳化硅衬底技术进步不及预期
- 功率半导体自主替代受阻
- 新能源汽车基础设施建设滞后
- 新能源汽车安全性风险
市场表现
- 本报告发布于2019年11月22日
- 当前评级为“买入”
- 投资者需注意风险,股市有风险,入市需谨慎
相关研究
- 本报告为中信建投证券研究发展部行业深度报告系列之一
- 后续研究可关注新能源汽车电机电控技术发展、三电系统优化、碳化硅技术突破等方向
图表目录
- 图表3:燃油/纯电动乘用车能量及续航对比
- 图表4:丰田DynamicForceEngine 2.0L发动机效率map图
- 图表5:宝马i3永磁电机(升级版)效率map图
- 图表6:典型发动机、电动机动力性能对比示意
- 图表7:大众MQB整车平台
- 图表8:大众MEB整车平台
- 图表9:典型EV/HEV电路结构图
- 图表10:半导体能带模型(以本征硅材料为例)
- 图表11:N型半导体形成原理示意
- 图表12:P型半导体形成原理示意
- 图表13:典型半导体基体材料及性能
- 图表14:功率半导体器件分类
- 图表15:硅功率半导体器件的额定电流、额定电压、开关频率范围
- 图表16:MOSFET和IGBT的基本结构
- 图表17:IGBT的工作原理和静态转移/输出电气特性
- 图表18:各代IGBT及主要技术指标
- 图表19:区熔法制备高纯硅晶棒示意图
- 图表20:典型IGBT芯片的制造工艺流程
- 图表21:典型IGBT模块的封装工艺流程
- 图表22:历年全球IGBT市场规模
- 图表23:2017年全球IGBT市场份额情况
- 图表24:比亚迪车规级IGBT4.0芯片示意
- 图表25:碳化硅半导体产业链简图
- 图表26:碳化硅单晶的典型同素异形体、PVT法生产碳化硅单晶的典型设备示意
- 图表27:碳化硅晶片(4H导电型)、制造工艺流程及设备
- 图表28:碳化硅衬底、功率器件制造工艺流程及设备示意
- 图表29:碳化硅MOSFET封装工艺
- 图表30:全球导通型碳化硅衬底销量估计(单位:万片)
- 图表31:碳化硅功率器件市场规模估计
- 图表32:Cree发布的SiC产能扩大计划
- 图表33:特斯拉Model3使用的搭载碳化硅MOSFET模块的逆变器
- 图表34:2018-2019年我国纯电乘用车补贴标准(系数-倍;金额-万元)
- 图表35:2019年以来我国新能源汽车产销情况
- 图表36:2019年以来我国纯电、插混乘用车销量情况
- 图表37:2019年以来我国纯电动乘用车销量结构
- 图表38:2019年以来我国纯电动乘用车销量结构占比
- 图表39:典型纯电动乘用车性能指标
- 图表40:2019年1-9月全球销量超过2万辆的纯电动乘用车
- 图表41:2021-2023年“双积分”政策对标准车型新能源积分上限的规定
- 图表42:典型新能源汽车积分基础值和EC系数
- 图表43:我国新能源汽车功率半导体价值量估计(万元)
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