1、 请务必阅读正文后的重要声明部分 Table_IndustryInfo 2020 年年 01 月月 22 日日 强于大市强于大市(维持维持)证券研究报告证券研究报告行业研究行业研究电气设备电气设备 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 特斯拉特斯拉：创新源自于对本质的思考创新源自于对本质的思考 投资要点投资要点 西南证券研究发展中心西南证券研究发展中心 分析师：谭菁 执业证号：S1250517090002 电话：010-57631196 邮箱： 分析师：陈瑶 执业证号：S1250519080003 电话：0755-23914886 邮箱： 行业相对指数表现行业相对指数表现 数据来源：聚源数据 基础数据
2、基础数据 股票家数 193 行业总市值（亿元）18,136.72 流通市值（亿元）17,852.73 行业市盈率 TTM 30.7 沪深 300 市盈率 TTM 12.5 相关相关研究研究 Table_Report 1.电力设备新能源行业：新能源汽车补贴不退坡传闻可能影响市场预期 (2020-01-13)2.特斯拉专题报告：特斯拉强势开启电动汽车海外需求 (2020-01-08)3.电力设备新能源行业 2020 年投资策略：新能源中游窗口期打开 (2019-12-03)坚定不移地以电动化为基点。坚定不移地以电动化为基点。特斯拉引领了全球电动汽车行业电动化，智能化，商业模式的三大变革。我们梳理特
3、斯拉历史的时候，发现其实他的商业模式更多是面对燃油汽车构建壁垒的一种无奈的突破，其降低成本的直销模式，自建充电桩等都不是核心。核心的优势仍然是三电技术给消费者带来的信心。我们认为电机电控是电动汽车的“发动机”和“变速箱”，直接决定着电动汽车的功率、爬坡、加速等关键性能指标，其产业格局和未来的发展趋势对于新能源汽车产业有着重要影响。特斯拉的特斯拉的 Model 3 是第一家采用碳化硅是第一家采用碳化硅 SiC MOSFET 来做逆变器的车厂。来做逆变器的车厂。主要是与意法半导体合作，相较于市面上的电动车多是使用硅基底芯片如 IGBT、MOSFET 等来制作。Model3 使用了 SiC MOSF
4、ET 模组后，AC/DC 的电流转换效率在长距离电动车市场上排名第一，也就是从 model S 的 82%逆变器效率提升到 model 3 的 90%，对续航提升显著，降低传导和开关损耗。Model 3 计划在计划在 2020 年底实现零部件年底实现零部件 100%国产化国产化。目前特斯拉上海超级工厂的零部件本地化率为 30%，计划今年 7 月份左右提升至 7080%。这一举措不仅可以避免进口件带来的关税，国产零部件在成本方面相较于进口件也有优势，长江三角洲一带齐全的零部件供应商可以让运输等方面的成本支出进一步减少，天时、地利、人和齐聚一堂，再次为国产特斯拉的价格打开了向下的空间。Model
5、Y 将受益于将受益于 Model 3 的的生产经验、零部件国产化的趋势以及生产经验、零部件国产化的趋势以及其其独有的多独有的多项专利技术，项专利技术，有望驱动其价格有望驱动其价格进一步下降。进一步下降。Model Y 作为中国工厂第二个投产的车型，将于 2021 年初投产。马斯克在上海 Model Y 项目启动仪式上表示，他认为 Model Y 最终销量将超过特斯拉其它所有车型之和，有望为公司打开新的增量市场。投资策略与重点关注个股：投资策略与重点关注个股：中游电池厂商相对于新能源汽车主机厂来说中游电池厂商相对于新能源汽车主机厂来说，是比，是比较弱势的。但是由于海外车企投放新能源汽车更加急迫，
6、所以目前的供需结构较弱势的。但是由于海外车企投放新能源汽车更加急迫，所以目前的供需结构是供小于求。中游电池厂商迎来绝佳的全球化发展窗口期。是供小于求。中游电池厂商迎来绝佳的全球化发展窗口期。重点推荐宁德时代（300750.SZ）、先导智能（300450.SZ）、恩捷股份（002812.SZ）、璞泰来（603659.SH）和宏发股份（600885.SH）。风险提示：风险提示：电动车销量不达预期的风险，特斯拉产能爬坡不达预期的风险。重点公司盈利预测与评级重点公司盈利预测与评级 代码代码 名称名称 当前当前 价格价格 投资投资 评级评级 EPS（元）（元）PE 2018A 2019E 2020E 2
7、018A 2019E 2020E 300750.SZ 宁德时代 133.82 持有 1.54 2.08 2.86 87 75 64 300450.SZ 先导智能 45.32 买入 0.84 1.17 1.65 40 39 27 002812.SZ 恩捷股份 61.78 买入 0.64 1.00 1.36 50 62 45 603659.SH 璞泰来 92.99 持有 1.37 1.63 2.14 40 57 43 600885.SH 宏发股份 36.50 持有 0.94 1.13 1.32 27 32 28 数据来源：Wind，西南证券 -3%4%12%19%26%34%19/119/319/
8、519/719/919/1120/1电气设备 沪深300 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 目目 录录 1 坚定不移地以电动化为基点坚定不移地以电动化为基点.1 1.1 电驱动系统：驱动电机（电机）.2 1.2 电控制系统：电机控制器（电控）.5 1.3 模块化、标准化、高功率密度为未来发展趋势，零部件厂商迎来机会.6 1.4 碳化硅技术发展.12 2 中国供应链支撑特斯拉的未来中国供应链支撑特斯拉的未来.15 2.1 Model 3 将于年底实现零部件 100%国产化.16 2.2 Model Y 开启电动化 SUV 之路.17 2.3 Model Y 成本有望进
9、一步下降.18 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 图图 目目 录录 图 1：特斯拉 Model S/X，Model 3/Y.1 图 2：新能源汽车核心三大部件.2 图 3：电动动力总成系统“三电”.2 图 4：传动机构.2 图 5：变换器.2 图 6：驱动电机.2 图 7：驱动电机产品结构.3 图 8：驱动电机分类.3 图 9：永磁同步电驱动系统（水冷电机）.4 图 10：永磁同步电驱动系统（油冷电机）.4 图 11：交流异步电驱动系统.4 图 12：特斯拉 Model S 后驱车型电机和控制器.4 图 13：特斯拉 Model S 双电机全驱车型构造图.5 图 1
10、4：整车控制器.5 图 15：特斯拉 Roadster 电池管理系统.5 图 16：电机控制器原理图.6 图 17：大众 MEB 平台化推动成本下降.7 图 18：大众 MEB 平台概况.7 图 19：Hair-pin 电机与传统漆包线绕组对比.7 图 20：圆线电机与扁线电机对比.7 图 21：EV 电控爆炸图.8 图 22：SiC 电阻、频率、工作温度上比 IGBT 有优势.8 图 23：国内新能源汽车电机竞争格局.8 图 24：国内新能源汽车电控竞争格局.8 图 25：Model 3 价值量拆分.9 图 26：P0 应用车型：奥迪 SQ7 TDI.9 图 27：P0 应用车型：马自达 i
11、-Eloop.9 图 28：P1 应用车型：本田思域混动、Insight 的第一代本田 IMA 混动、奔驰的 S400 混动.10 图 29：P2 应用车型：奥迪 a3 e-Tron.10 图 30：舍弗勒的 P2 构型.10 图 31：P0-P4 混合动力方案.11 图 32：国内某品牌 A 级车动力总成成本结构.11 图 33：国外某品牌 A 级车动力总成成本结构.11 图 34：电机控制器各部件成本占比.12 图 35：驱动电机各部分成本占比.12 图 36：DC-DC 转换器.13 图 37：model 3 inverter.14 图 38：2023 年全球碳化硅功率半导体市场规模将达
12、到 14 亿美元，6 年 CAGR 29%.14 图 39：特斯拉产业链.16 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 图 40：我国政策支持特斯拉历程.17 图 41：特斯拉超过 4 成零部件供应商所在地在江浙沪.17 图 42：特斯拉 Model Y 产能分布.18 图 43：Model 3 和 Model Y 售价及参数对比.18 图 44：Model 3 白车身.19 图 45：Model Y 白车身.19 图 46：特斯拉中国工厂蓝图.19 图 47：特斯拉专利全新布线结构（1/2）.20 图 48：特斯拉专利全新布线结构（2/2）.20 图 49：特斯拉专利多
13、向一体式铸造机（1/2）.20 图 50：特斯拉专利多向一体式铸造机（2/2）.20 图 51：特斯拉专利结构电缆（1/2）.21 图 52：特斯拉专利结构电缆（2/2）.21 表表 目目 录录 表 1：驱动电机参数表现.4 表 2：功率半导体材料.12 表 3：Si、GaAs、GaN 和 SiC 半导体材料特性对比.13 表 4：碳化硅使用情况.15 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 1 特斯拉特斯拉：创新源自于对本质的思考创新源自于对本质的思考 我们在谈及特斯拉的创新和颠覆的时候，往往都有事后诸葛亮的嫌疑。连马斯克本人都说，我不是为了颠覆而颠覆，我是为了人类有更
14、美好的生活。美好的生活，远大的理想到产业化是巨大的鸿沟。而我们去探究特斯拉创新力的时候，仍然能够发现，特斯拉的产品力基于对物理学定律的本质理解，基于对汽车产业的本质理解。本文我们会对特斯拉的技术创新做一些梳理，透过他的创新来探究他的发展趋势。2006 年，马斯克写给员工的宏伟蓝图中就有对于能源本质的深刻理解，并且以数学的形式简单地展示：天然气循环发电机发电效率 60%，天然气采气效率为 97.5%，加工效率97.5%，电网输电效率 92%，从气井到电力用户的效率是 97.5%*97.5%*60%*92%=52.5%。特斯拉的全周期充放电效率为 86%，每兆焦耳电力可以行使 2.53 公里，其最
15、终品质为：2.53公里/兆焦耳*86%*52.5%=1.14 公里/兆焦耳。其能源效率高于任何一辆未来持续优化之后的其能源效率高于任何一辆未来持续优化之后的燃油汽车。燃油汽车。基于这样的理解基于这样的理解，特斯拉的目标是特斯拉的目标是：直面直面、击败燃油汽车击败燃油汽车。1 坚定不移地以电动化为基点坚定不移地以电动化为基点 特斯拉引领了全球电动汽车行业电动化，智能化，商业模式的三大变革。我们梳理特斯我们梳理特斯拉历史的时候，发现其实他的商业模式更多是面对燃油汽车构建壁垒的一种无奈的突破，其拉历史的时候，发现其实他的商业模式更多是面对燃油汽车构建壁垒的一种无奈的突破，其降低成本的直销模式，自建充
16、电桩等都不是核心。核心的优势仍然是三电技术给消费者带来降低成本的直销模式，自建充电桩等都不是核心。核心的优势仍然是三电技术给消费者带来的信心。的信心。截至 2020 年 1 月 3 日，特斯拉已经创纪录的实现了近 10.5 万的车辆产量和 11.2万台车辆交付，获得市场极大认可。目前 Model 系列的四款主要车型包括：在 2012 年推出的首款豪华电动汽车 Model S，2015 年推出的 SUV 车型 Model X，2016 年推出的首款大众型电动汽车 Model 3，以及 2019年最新发布的 Model Y。图图 1：特斯拉：特斯拉 Model S/X，Model 3/Y 数据来源
17、：特斯拉官网，西南证券整理 电动汽车为传统燃油汽车的替代品，其主要电气系统即为在传统汽车“三小电”(空调、转向、制动)基础上延伸产生的电动动力总成系统“三大电”（电池、电机、电控），其中电池是基础能源和动力来源，而电机则将这种车载的能源转化为了行驶的动力，电控系统则如同 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 2 大脑控制着整个汽车的运行和动力输出。目前对于提升新能源电动汽车的性能而言，市场给予了动力锂电池高度关注，而对电机和电控的关注度不高。我们我们认为电机电控是电动汽车的认为电机电控是电动汽车的“发动机”和“变速箱”，“发动机”和“变速箱”，直接决定着电动汽车的功率、
18、爬坡、加速等关键性能指标，其产直接决定着电动汽车的功率、爬坡、加速等关键性能指标，其产业格局和未来的发展趋势对于新能源汽车产业有业格局和未来的发展趋势对于新能源汽车产业有着着重要影响。重要影响。图图 2：新能源汽车核心三大部件：新能源汽车核心三大部件 图图 3：电动动力总成系统“三电动动力总成系统“三电”电”数据来源：EVLOOK，西南证券整理 数据来源：公开资料，西南证券整理 新能源汽车的驱动电机（电机）将车载的动力锂电池中的电能转换为机械能，从而驱动车辆行驶的部件，电机实现了电能与机械能之间的转换。新能源汽车对驱动电机的要求较高：需要能够适应频繁起停、加减速并同时具备高速宽调速和低速大扭矩
19、，以提供不同场景下的功率性能。对于乘用车而言，驱动电机还需要轻量化和小型化，以适应有限的车内空间。新能源汽车的电机控制器（电控）是指控制电动汽车驱动电机的装置，其主要作用是控制驱动电机的电压和电流，完成对电动机转矩、转速和转向的控制。通常可分为主控制器和辅助控制器两大类。主控制器控制汽车驱动电机，即通过控制驱动电机的电压和电流，实现对电机转矩、转速和转向的控制，辅助控制器主要控制汽车的助力转向泵电机、空调电机、BSG 电机等辅助电机。电动汽车驱动控制技术是电动汽车的核心技术，电机控制器的设计及控制算法的开发决定整个驱动系统性能的关键因素。1.1 电驱电驱动动系统：系统：驱动驱动电机电机（电机）
20、（电机）电动汽车动力驱动系统是能量存储系统与车轮之间的纽带，直接决定了汽车运行性能的好坏，包括传动机构、变换器和驱动电机三个部分。图图 4：传动机构：传动机构 图图 5：变换器：变换器 图图 6：驱动电机：驱动电机 数据来源：西南证券整理 数据来源：西南证券整理 数据来源：西南证券整理 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 3（1）传动机构指的是将电机输出的扭矩和转速传递到汽车的主轴上，从而驱动汽车行驶的机构，主要包含减速器和差速器的两个部件。差速器的主要作用是汽车转弯时使得两侧车轮转速不同，而减速器一般由高速轴承和不同齿数的齿轮组成，通过输入轴上齿数少的小齿轮，啮合到
21、输出轴上的齿数多的大齿轮，达到减速和增大转矩的目的。电动汽车的减速器可以看成燃油汽车的变速箱，由于电机本身具有足够宽度的调速性能，因而减速器一般都是固定传动比的单级减速器，也就是只有一个档位的变速箱。（2）变换器（Converter）指使电气系统的电压、电流、波形、相数、频率等特性发生变化的装置。对电动汽车来说，主要包含逆变器和 DC/DC 变换器两个器件。逆变器主要作用是将直流电转换为交流电，将电池的直流电转变为交流输出以驱动电机，将电能转变成机械能驱动电动汽车行驶。逆变器直接关系到驱动电机可靠和高效的运行，其中 IGBT 模块是逆变器的核心器件。DC/DC 变换器将直流电源电压转换成任意直
22、流电压，主要用于直流高低压转换，例如把动力电池的高压电（大于 400V）转换位低电压，为多媒体系统、空调等设备（12V）供电。（3）电机（Electrical Machine）主要包括电动机（电能转换为机械能）和发电机（机械能转换为电能）两种类型，电机对电动汽车而言一般指电动机，也叫驱动电机。在电驱动系统中，驱动电机主要是把储存到动力电池的电能转换为机械能，为电动汽车提供前进的动力。电机主要由定子和转子两部分组成，分为直流电机和交流电机两种大的类型。对电动汽车来说，驱动电机需要满足宽调速范围、快速响应、轻量化、高效率、能量回收、高可靠性、安全性、成本可持续降低等要求。图图 7：驱动电机产品结构
23、：驱动电机产品结构 图图 8：驱动电机分类：驱动电机分类 数据来源：信质电机，西南证券整理 数据来源：公开资料，西南证券整理 由于电力电子技术的发展，对交流电机的控制能力已经日趋完善，直流电机尽管控制性能较好，但是存在体积大、可靠性低等劣势，已经基本被淘汰。目前驱动电机的主流是永磁同步电机，占装机量的 90%以上；交流异步电机在特斯拉等车型中仍在应用，其具备转速高、可靠性好等优势，适合运动型乘用车；开关磁阻电机尽管在多项性能指标上有优势，但是由于其结构导致的转矩脉动会导致电机的噪音和振动较大，目前仅在少量工程车辆中有应用。特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 4 图图
24、9：永磁同步电驱动系统（水冷电机）：永磁同步电驱动系统（水冷电机）图图 10：永磁同步电驱动系统（油冷电机）：永磁同步电驱动系统（油冷电机）图图 11：交流异步电驱动系统：交流异步电驱动系统 数据来源：北斗航天汽车，西南证券整理 数据来源：北斗航天汽车，西南证券整理 数据来源：北斗航天汽车，西南证券整理 表表 1：驱动电机参数表现驱动电机参数表现 项目项目 直流电机直流电机 交流异步电机交流异步电机 永磁同步电机永磁同步电机 开关磁阻电机开关磁阻电机 功率密度 低 中 高 较高 峰值效率（%）85-89 90-95 95-97 15000 可靠性 一般 好 好 好 结构坚固性 差 好 一般 优
25、秀 外形尺寸 大 中 小 小 电机质量 重 中 轻 轻 电机成本 中 较低 较高 较低 控制性能 好 好 最好 好 数据来源：信质电机，西南证券整理 特斯拉所使用的电机和双电机四轮驱动布局，国产特斯拉 Model 3 的配置用的是单电机后驱车型，而全驱车型的配置一半会配备双电机。例如 Model S 后驱车型根据动力电池容量的不同分为 70Kwh（单电机）和 85Kwh（双电机）两个型号，续驶里程分别为 420km 和502km。图图 12：特斯拉：特斯拉 Model S 后驱车型电机和控制器后驱车型电机和控制器 数据来源：新能源汽车技术，西南证券整理 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读
26、正文后的重要声明部分 5 全驱车型采用一前一后两个电机，分别驱动前轴和后轴，根据动力电池容量和电机功率的不同，又分为 75D、85D 和 P85D 三个型号，其中 85D 的续驶里程高达 528km，P85D的 0100km/h 加速时间为 3.0 秒。图图 13：特斯拉：特斯拉 Model S 双电机全驱车型构造图双电机全驱车型构造图 数据来源：新能源汽车技术，西南证券整理 1.2 电控制系统：电控制系统：电机控制器（电控）电机控制器（电控）电控系统是电动汽车的总控制台，如同“电动汽车的大脑”，它的发挥决定了电动汽车的能耗、排放、动力性、操控性、舒适性等主要性能指标。一般来说电动汽车的电控系
27、统主要包含三个共性子系统：整车控制器，电机控制器和电池管理系统，这些控制器之间都是通过 CAN 网络等实现相互通信。图图 14：整车控制器整车控制器 图图 15：特斯拉：特斯拉 Roadster 电池管理系统电池管理系统 数据来源：北斗航天汽车，西南证券整理 数据来源：新浪汽车，西南证券整理 整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU），是电动汽车各个电控子系统的调控中枢，它协调和管理整个电动汽车的运行状态。它是与驾驶员互动主要接口，它接收来自驾驶员的各项操作指令，诊断和分析整车及部件状态，控制子系统控制器的动作，最终实现整车安全、高效行驶。特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务
28、必阅读正文后的重要声明部分 6 电池管理系统（Battery Management System，BMS），是动力电池系统的“大脑”，主要对电池系统的电压，电流，温度等数据进行采集并监测，实现电池状态监测和分析，电池安全保护，能量控制管理和信息管理功能。它主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。电机控制器（Motor Control Unit，MCU），是电动汽车特有的核心功率电子单元，通过接收整车控制器的
29、行驶控制指令，控制电机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。图图 16：电机控制器原理：电机控制器原理图图 数据来源：英飞凌、ANL，西南证券整理 1.3 模块化、模块化、标准化标准化、高功率密度、高功率密度为为未来未来发展趋势，零部件厂商发展趋势，零部件厂商迎迎来机会来机会 零件的标准化可以最大限度的减少零件的种类，方便降本增效，并且可以使单件小批量生产转化为批量生产，降低制造成本和周期，从制造运营的角度可以最大限度减少库存种类和数量。部件的模块化可以缩短研发、设计周期、迅速开发出满足用户需求的产品，实现标准化生产，提高产品质量。电机电控系统目前正向开发平台广泛应用，整个电机电控系统呈现出模块
30、化和标准化的特征。模块化需要工程师在设计的过程中，把车拆成一个个可组合、可分解、可更换的单元，并且使得这些单元，能够组装在不同的车型上，模块化已经在许多燃油车上普及。现在电动车正向开发平台如大众 MEB、奔驰 MEA 也已开始应用，电池、动力总成等多个关键部件呈现模块化趋势。根据大众汽车发布的“Together Strategy 2025”战略，计划将电动化作为未来 10 年锂最核心的战略基石之一，其中 MEB 项目将要满足未来中国和欧洲的排放要求，计划 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 7 2020-2028 年间在同一个平台上投放 6 款平台的电动车（Golf，
31、Polo,Tiguan,Tuarag 等），目标销量 640 万辆，其中 65%长期产能投放在中国，35%长期产能投放在波兰。MEB 平台的模块化生产可以有效降低生产成本和制造成本，根据大众集团估算，2020 年相比于 2016年，模块化使得单位制造成本及物料成本总和下降 48%。图图 17：大众：大众 MEB 平台化平台化推动推动成本下降成本下降 图图 18：大大众众 MEB 平台平台概况概况 数据来源：大众官网，西南证券整理 数据来源：大众官网，西南证券整理 电机：Hair-pin 发卡电机是下一代技术，功率密度大幅提升。目前电机多为圆线电机，通过改进绕组形状和编排方式，相比原本略显凌乱的
32、漆包线绕组，Hair-pin 发卡绕组能在同样的体积里塞进更多的导线。这样，电机的效率和功率密度就上升了。扁线电机相比圆线电机的优势在于：1）槽满率 20%提升可使电机体积减小；2）宽截面使其电阻/温升减小 50%/10%左右，输出功率更高，峰值功率密度可达 4.4kW/kg，显著高于目前圆线电机的 3.2-3.3kW/kg，是达到“十三五规划”中对新能源电机峰值功率超 4kW/kg目标的主流技术路线；3）可实现全自动化生产。目前，雪佛兰 Volt 与丰田第四代 Pruis 已经开始应用 Hair-pin 电机，国内这方面的研究虽起步较晚，目前仅有少数厂商如华域汽车、精进电动率先实现量产。图图
33、 19：Hair-pin 电机与传统漆包线绕电机与传统漆包线绕组组对比对比 图图 20：圆线电机与扁线电机对比：圆线电机与扁线电机对比 数据来源：电车资源，西南证券整理 数据来源：电车资源，西南证券整理 电控：在电驱动系统集成化、高功率密度趋势下的，电控也将出现技术迭代。目前电控主要以 IGBT 为功率器件，其决定了电控性能和成本。SiC 作为新一代功率器件，其综合性能优于 IGBT，预计未来将逐步取代。SiC 的主要优势为：特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 8（1）性能优异：性能指标如耐压达 20kV、工作频率超 100kHz、工作结温逾 250，均优于传统硅器件
34、；（2）降低成本：模块体积减小到 1/10，系统物料成本下降；（3）降低能耗：据英飞凌的数据，SiC 由于电阻小而功率损耗降低 60-80%；根据采埃孚的数据，应用SiC 后车辆续航里程提高了 10%。图图 21：EV 电控爆炸图电控爆炸图 图图 22：SiC 电阻、频率、工作温度上比电阻、频率、工作温度上比 IGBT 有优势有优势 数据来源：Research Gate，西南证券整理 数据来源：ROHM，西南证券整理 电机电控有自供和外供两类供应形式。电机电控的行业竞争者可以分成整车厂自供和第电机电控有自供和外供两类供应形式。电机电控的行业竞争者可以分成整车厂自供和第三方外供两大类。采取自供的
35、整车厂有比亚迪、北汽新能源和宇通客车，国外如特斯拉和大三方外供两大类。采取自供的整车厂有比亚迪、北汽新能源和宇通客车，国外如特斯拉和大众也采用自供的模式。众也采用自供的模式。第三方外供可以分成三类：1）主营新能源车电驱动的公司，如精进电动、上海电驱动、上海大郡、天津松正、深圳大地和；2）在其他领域电机而切入新能源汽车电驱动的公司，例如做控制技术的汇川技术、麦格米特等，和做其他领域电机起家的卧龙电驱、大洋电机、方正电机等；3）切入电动化的传统汽车零部件厂商，如国内的华域汽车，海外的采埃孚、麦格纳、大陆、博格华纳等。目前随着合资车企的新能源车型逐步开始投放，国内的电机电控供应商还将面临来自博世、大
36、陆等外资供应商的竞争，预计在今后一段时间电机电控市场将维持红海竞争的格局。图图 23：国内新能源汽车电机竞争格局：国内新能源汽车电机竞争格局 图图 24：国内新能源汽车电控竞争格局：国内新能源汽车电控竞争格局 数据来源：高工锂电，西南证券整理 数据来源：高工锂电，西南证券整理 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 9 2018 年，德国一家工程公司购买了 Model 3 并对其进行拆解。根据拆解结果，Model 3车型总价值量主要分成三部分，即三电（电机电控、动力电池、整车控制器）、汽车电子和车身底盘内外饰，各部分占比约 5:3:2。而电机电控约占三电总价值量约 20%
37、，动力电池占据三电总价值量的 60%，剩余为热管理系统、BMS 和整车控制器，占比分别为 5%、3%和3%。图图 25：Model 3 价值量拆分价值量拆分 数据来源：互联网Model 3拆解数据，西南证券整理 电机电控是新能源汽车动力总成的核心部件。而目前市面上的新能源汽车主要分为纯电动汽车和混合动力车。电驱动系统相比于发动机+变速箱具有结构简单、体积小、可有载启动的优势。混合动力车有内燃机和电机两种动力源，混动形式也与其电机在传动轴上不同位置和数量而异。动力源，混动形式也与其电机在传动轴上不同位置和数量而异。以字母 P代表电机位置，混动方案有：P0 是电机放在传统启动机位置。P0 系统一个
38、重要的优势是，有了功率较大的 BSG（Belt-driven Starter/Generator 皮带传动启动/发电一体化电机），再配合较大的蓄电池，就可以做到在等红绿灯发动机停机的时候，带动空调的机械压缩机运转。P0因此一般只应用于自动启停系统，以及 12-25V 微混和 48V 弱混。图图 26：P0 应用车型：奥迪应用车型：奥迪 SQ7 TDI 图图 27：P0 应用车型：马自达应用车型：马自达 i-Eloop 数据来源：驱动视界，西南证券整理 数据来源：驱动视界，西南证券整理 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 10 P1 是电机放在发动机后离合器前原来飞轮位
39、置。其实与 P0 相仿，只不过 P1 是将ISG（Integrated Starter and Generator 盘式一体化起动机/发动机）固连在了发动机上，它取代了传统的飞轮，发动机曲轴则充当了 ISG 电机的转子，所以它同样支持发动机启停、制动能量回收发电。P1 曲轴相连的好处：与皮带轮相比更节油。实际应用中，较高的驱动力矩使得驾驶性能更佳；坏处是由于力矩密度高，成本较高。目前 P1 级多为中混汽车为主，由于可靠性高而且成本较低，国内公交车和自主品牌多采用 P1。图图 28：P1 应用车型：本田思域混动应用车型：本田思域混动、Insight 的的第第一一代本田代本田 IMA 混动混动、奔
40、驰奔驰的的 S400 混动混动 数据来源：驱动视界，西南证券整理 P2 布局在发动机和变速箱中间。和 P1 相比，P2 有两个优势：第一，电机因为和发动机之间有离合器，因此可以单独驱动车轮，在动能回收时也可以切断与发动机的连接；第二，电机因为和轴之间可以有传动比，因此不需要太大的扭矩，可以降低成本和电机的体积。图图 29：P2 应用车型：奥迪应用车型：奥迪 a3 e-Tron 图图 30：舍弗勒的舍弗勒的 P2 构型构型 数据来源：驱动视界，西南证券整理 数据来源：驱动视界，西南证券整理 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 11 P3 模式是将电动机挪到了变速箱的末端
41、。相比在电机在变速箱前的 P0、P1 和 P2布局，P3 最主要的优势是纯电驱动和动能回收的效率。P3 会比 P2 少一组离合器，且纯电传动更为直接，更高效。P3 代表车型：本田 i-DCD、比亚迪-秦、长安逸动。现代的混合动力采用这种系统，此外法拉利的 LaFerrari 混动超跑也是 P3。P4 是电机放在后桥上，另外轮边驱动也叫 P4。P4 布局最大的特点是，电机与发动机不驱动同一轴，这意味车辆可以实现 4 驱。比亚迪唐是 P2+P4，这种混动模式主要用于跑车和越野 SUV 上。例如保时捷 918 Spyder、讴歌 NSX、宝马 i8 等跑车，它们的前轮就是由电动机直接驱动的。所以简单
42、讲，从 P0-P4 这所有的模式，有个共同点就是保留了传统档位的变速箱。混合动力车的优点在于动力总成形式多样，电机电控的用量非常可观。图图 31：P0-P4 混合动力方案混合动力方案 数据来源：驱动视界，西南证券整理 从目前的情况来看，国内外动力总成的成本结构稍有差异，国内电机相比国外价格低，但电控由于核心部件 IGBT 受国外垄断，因此国内电控价格相比国外高。但大体上来说，电机电控在新能源汽车动力总成成本结构中的占比相当，并没有太大的差异。图图 32：国内某品牌：国内某品牌 A 级车动力总成成本结构级车动力总成成本结构 图图 33：国外某品牌：国外某品牌 A 级车动力总成成本结构级车动力总成
43、成本结构 数据来源：高工电动车，西南证券整理 数据来源：高工电动车，西南证券整理 特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 12 从电机控制器制造成本来看，目前功率半导体主要使用 IGBT 模块，因此 IGBT 对电机控制器整体性能和成本有直接影响，其在电机控制器总成本中占据近一半的比重，但由于IGBT 模块技术含量较高，具有很高的市场壁垒，主要由欧美及日本企业占据，我国 IGBT模块约 70%以上依赖进口。从驱动电机各部分成本来看，各部件成本较为分散，单一部件的价值量没有超过 20%的，这些部件主要包括用于制造定转子的硅钢片、用于转轴和轴承制造的钢材、用于绕组的漆包线、用
44、于外壳和机座等部分的铸铁件等。因此，上游硅钢材料、铜材的价格变化对电机制造成本有较大的影响。图图 34：电机控制器各部件成本占比：电机控制器各部件成本占比 图图 35：驱动电机各部分成本占比：驱动电机各部分成本占比 数据来源：英飞凌，西南证券整理 数据来源：信质电机，西南证券整理 1.4 碳化硅技术发展碳化硅技术发展 碳化硅属第三代宽禁半导体材料，可在更高温度、电压及频率环境正常工作，同时消耗电力更少，持久性和可靠性更强，将为下一代更小体积、更快速度、更低成本、更高效率的电力电子产品提供飞跃的机遇。碳化硅功率半导体器件的进步及产业化，将在高压电力系统开辟全新应用，对电力系统变革产生深远影响。表
45、表 2：功率半导体材料：功率半导体材料 功率半导体材料功率半导体材料 代表材料代表材料 特点特点 第一代半导体材料 锗（Ge）、硅（Si）等单晶半导体材料 硅的带隙宽度为 1.1eV，氧化后非常稳定。第二代半导体材料 砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSn）等复合半导体材料 砷化镓的带隙宽度为 1.4 电子伏特，电子迁移率是硅的 5 倍。第三代半导体材料 碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料 具有较高的饱和漂移速度和临界击穿电压，适用于大功率、高温、高频、抗辐照等场合。数据来源：西南证券整理 第三代半导体材料可以满足现代社会对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等新要求，且其拥有体
46、积小、污染少、运行损耗低等经济和环保效益，因此第三代半导体材料正逐步成为发展的重心。相比于第一代的硅、第二代的砷化镓，碳化硅具备高禁带宽度、高热导率、高击穿场强、高电子饱和漂移速率等优势，从而能够开发出更适应高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的小型化功率半导体器件，可有效突破传统硅基功率半导体器件及其材料的物理极限。特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 13 表表 3：Si、GaAs、GaN 和和 SiC 半导体材料特性对比半导体材料特性对比 材料属性材料属性 Si GaAs GaN SiC 禁带宽(eV)1.12 1.43 3.37 3.3 击穿电场强度(M
47、V/cm)0.3 0.06 5 3-5 电子迁移率(2/V)1350 8500 1200 400 空穴迁移率(2/V)480 400 200 90 热导率(W/cmK)1.3 0.55 2 4.9 偏流速度(107cm/s)1 2 2.5 2.5 数据来源：Semikron Application Manual Power Semiconductors，西南证券整理 整体看来，碳化硅材料具有优良的热力学和电化学性能。在热力学方面，碳化硅硬度在20时高达莫氏 9.2-9.3，是最硬的物质之一，可以用于切割红宝石；导热率超过金属铜，是 Si 的 3 倍、GaAs 的 8-10 倍，且其热稳定性高，
48、在常压下不可能被熔化。在电化学方面，碳化硅具有宽禁带、耐击穿的特点，其禁带宽度是 Si 的 3 倍，击穿电场为 Si 的 10 倍；且其耐腐蚀性极强，在常温下可以免疫目前已知的所有腐蚀剂。碳化硅电力电子器件 优异的高效、高压、高温和高频特性，使其在家用电器、电机节能、电动汽车、智能电网、航天航空、石油勘探、自动化、雷达与通信等领域有很大应用潜力。碳化硅器件应用于电动车充电模块性能的提升主要体现在：（1）提高频率，简化供电网络；（2）降低损耗，简化供电网络；（3）缩小体积，提升效率。碳化硅在汽车领域，尤其是电动汽车领域应用前景广泛。图图 36：DC-DC 转换器转换器 数据来源：infineon
49、 DC/DC converter、西南证券整理 基于 SiC 的功率半导体用于电动汽车的车载充电装置，而这项技术正在进入系统的关键部分牵引逆变器。牵引逆变器为电动机提供牵引力，以推动车辆前进。SiC 正在进军车载充电器、DC-DC 转换器和牵引逆变器。车载充电器通过电网为车辆充电。DC-DC 转换器具有获取电池电压，然后将其降低到较低的电压的功能，用于控制窗户、加热器，以及其他方面。特斯拉专题报告特斯拉专题报告 请务必阅读正文后的重要声明部分 14 特斯拉的特斯拉的 Model 3 是第一家采用碳化硅是第一家采用碳化硅 SiC MOSFET 来做逆变器的车厂，主要是与意来做逆变器的车厂，主要是
50、与意法半导体合作，相较于市面上的电动车多是使用硅基底芯片如法半导体合作，相较于市面上的电动车多是使用硅基底芯片如 IGBT、MOSFET 等来制作。等来制作。Model3 使用了使用了 SiC MOSFET 模组后，模组后，AC/DC 的电流转换效率在长距离电动车市场上排名的电流转换效率在长距离电动车市场上排名第一，也就是从第一，也就是从 model S 的的 82%逆变器效率提升到逆变器效率提升到 model 3 的的 90%，对续航提升显著，降，对续航提升显著，降低传导和开关损耗。低传导和开关损耗。图图 37：model 3 inverter 数据来源：www.IND、西南证券整理 根据市