一、电容概况
电容的基本结构是间隔对置的 2 个电极(金属板)。施加直流电压(V)到2 个电极上,电子瞬间聚集到其中一个电极上,该电极带负电,另一个电极则处于电子不足的状态,带正电。该状态在撤去直流电压后依旧存在,即在 2 个电极之间蓄积了电荷(Q)。在电极间插入电介质(陶瓷、塑料薄膜等),通过电介质的极化,蓄积的电荷增加。表示电容器蓄积多少电荷的指标叫做电容量(C)(简称容量)。
通过采用大面积的电极构造以及高电容率的电介质,能够蓄积大量电荷。接通电源施加直流电压,则电流瞬间流向导线,对电容器进行充电;当电极间的电位差与电源电压相等,则电流不再流动,充电结束。
电容的电极被电介质阻隔,施加直流电压后,在充电过程中电流瞬间流过导线,但不会流到电介质的内部,即电容器具有阻断直流的性质。连接交流电源,则电极板周期性地反复进行充电与放电,电场方向也会相应地发生改变。虽然不是在绝缘体内部出现电子移动,但实际上与流过交流电流相同,因此可视为电容器使交流电流通过。
按照材料不同,电容器可分为陶瓷电容器、薄膜电容器、电解电容器等,其中薄膜电容具有耐高压、自修复、可靠性高的特点。
二、薄膜电容行业概况
薄膜电容器是利用塑料薄膜为电介质的电容器。其技术起源于 19 世纪后半期所发明的纸介质电容器,在 20 世纪 30 年代开发出来的。其具有耐高压、可靠性好等特点,被广泛用于家电设备、车载电子设备、工业设备、电力电子设备等。
薄膜电容器根据内部电极的形成方法不同而大致分为箔电极型与蒸镀电极型(金属化薄膜型)。蒸镀电极型薄膜电容的蒸镀电极具有自我修复功能,当薄膜因施加过电压导致被击穿时,击穿点附近的蒸镀膜会瞬时氧化,令其重新恢复绝缘状态。此外,为了进一步提高可靠性,在蒸镀膜上还可以附加安全功能的设计。与传统整面蒸镀方法不同,通过分割成网格状,不同网格相互以狭窄的熔断部相连接的模式进行蒸镀。当发生超过薄膜电容自我修复功能极限的绝缘击穿时,熔断部会熔断从而避免此等破坏性的绝缘击穿。
根据结构的不同分为卷绕型、积层型、有感型与无感型等。
根据电介质所选取的薄膜材料的不同,薄膜电容器又可进一步划分为:
根据 Allied Market Research 统计,2021 年全球薄膜电容市场规模约为 32 亿美元,预计至 2025 年将增长至 52 亿美元,2021-2025 年 CAGR 达 13%。
三、车规级薄膜电容行业概况
薄膜电容具有耐高压、大电流、低杂散电感等优点,通常应用在逆变器直流支撑(DC-Link)电路中。薄膜电容以其优异的快速充放电性能为高速开关器件快速补能,并吸收直流支撑电路中的瞬时过电压,从而对高速开关器件 IGBT 或SiC MOSFET 进行保护。直流支撑(DC-Link)电容在新能源汽车的电驱动系统中得到广泛应用,典型电路图如下所示:
车规级薄膜电容主要由电容芯体、电容母排、绝缘件、灌封胶和外壳组成,具体结构如下:
车规级薄膜电容产品与其他应用领域的薄膜电容产品,在主要功能、开发周期、原材料、工作温度、行业标准等方面均具有显著差异。非车规级薄膜电容企业需要经过持续的技术改进和工艺突破才能满足汽车行业严苛的要求。相关情况简要介绍如下:
根据国金证券于 2022 年 5 月发布的研究报告《新能源需求旺盛,薄膜电容迎发展良机》,2022 年中国新能源汽车领域薄膜电容市场规模约为 23.4 亿元(包括应用在电驱动系统、车载充电机、其他电子负载的各类车规级薄膜电容)。车规级薄膜电容主要应用在新能源汽车电驱动系统中,起直流支撑(DC-Link)作用。
新能源汽车领域的薄膜电容核心应用场景为电驱动系统的直流支撑电路。作为新能源汽车电驱动系统关键元器件,直流支撑电容市场规模与新能源汽车市场呈高度正相关关系,在新能源汽车行业需求提升驱动下也呈现较快增速。
薄膜电容由于具有耐高压、自修复、可靠性高等特性,已成为高压场景下新能源汽车直流支撑电路中的主流电容方案。在全球汽车电动化浪潮的推动下,车规级薄膜电容的市场需求快速增长。
四、行业技术发展趋势
1、更高的工作电压
新能源汽车为了进一步提升续航里程、改善使用体验,必须通过将现有电气架构的工作电压从 400V 提升到 800V 才能实现。一方面随着单车带电量的上升使得整车动力电池功率提高,若仍然维持 400V 电压规格,则高功率下提高的电流将带来一系列的功率损耗和热管理问题;另一方面为了在较低功率损耗下实现对新能源汽车更快速的充电,也需要进一步提高母线电压。因此,相关电气元器件也需要具备在更高电压下稳定工作的能力。
2、更小的体积
汽车持续电动化、数字化、智能化的过程中,相关电气系统将更为复杂,因此需要更为紧凑的设计与实现,从而对被动元器件进一步提出了小型化的要求。近年来,松下(Panasonic)薄膜电容产品的体积变化过程,已经呈现出明显的小型化趋势。
3、更高的可靠性
新能源汽车行驶过程中,特别是在城市工况下,经常需要加速与刹车,其电驱动系统中的电容需要承受瞬时大电流的导通与关断的频繁冲击,进一步提升了对电容等相关被动元器件的可靠性要求。
五、行业发展趋势
1、下游新兴产业快速释放需求,引领被动元器件技术变革
被动元器件行业由电容、电感、电阻、变压器、控频元器件等组成。近年来,以新能源汽车、风力发电、光伏发电为代表的新兴产业快速发展,推动了电力电子被动元器件技术的变革。例如随着新能源汽车、风电光伏及储能产业快速发展,系统电压不断升级,传统被动元器件已不能满足市场需求;新能源汽车在汽车轻量化和优化空间布局等指标上要求越来越高,以实现降低能耗、提高乘坐舒适性和储物便利性,从而对被动元器件小型化、集成化发展提出了更高的要求;新能源汽车的振动大、变速急等特点要求被动元器件可靠性强。
受此推动,能够满足新兴产业应用场景要求的技术路线,能够快速迭代不断改进工艺、推出新产品的企业,正加速脱颖而出。丰田 Prius 汽车的电驱动系统控制器就经历了从使用电解电容到使用薄膜电容的演进。
2、中国企业迎来发展机遇
(1)复杂的国际政治经济形势为中国被动元器件企业带来历史发展机遇
复杂的国际政治经济形势,为中国被动元器件行业的进口替代与全面赶超带来外部压力的同时,也催生了内部需求。越来越多的企业出于供应链稳定性、排产安全性等因素的考虑,对中国被动元器件供应商持有更加开放的心态。
(2)新兴产业国产化进程推动被动元器件企业快速发展
随着中国经济的快速发展,我国已成为新能源汽车第一大市场,光伏发电装机量、风力发电装机量也排在世界前列,庞大的市场需求将带动被动元器件的快速发展。同时,已经有一大批中国企业成长起来,在新能源汽车、光伏发电、风力发电等新兴产业领域占据优势竞争地位,对上游核心元器件的国产化需求不断上升。我国被动元器件企业将凭借在快速响应、运输成本、协同开发等方面的天然优势成为最直接的受益者,迎来快速发展的市场机遇。
六、面临机遇与风险
1、行业发展面临的机遇
(1)国家产业政策大力支持提供了良好的政策环境
国家高度重视电子元器件行业的发展,2021 年 1 月工信部发布的《基础电子元器件产业发展行动计划(2021—2023 年)》提出,信息技术产业是关系国民经济安全和发展的战略性、基础性、先导性产业,也是世界主要国家高度重视、全力布局的竞争高地,电子元器件是支撑信息技术产业发展的基石,也是保障产业链供应链安全稳定的关键,这为电子元器件产业的发展创造了良好的政策环境。
(2)能源结构转型不断加速为下游行业发展提供契机
2020 年 12 月中央经济工作会议首次将“碳达峰”和“碳中和”作为重点任务。明确加快调整优化产业结构、能源结构,大力发展新能源,加快建设全国用能权、碳排放权交易市场,完善能源消费双控制度。力争我国二氧化碳排放 2030年前达到峰值,2060 年前实现碳中和。
“碳中和”作为未来四十年的国家战略,将从各个层面上深刻改变企业行为和居民生活方式,同时也将在经济结构转型上产生巨大的影响,与“碳中和”直接相关的行业将迎来巨大发展机遇。“碳达峰、碳中和”愿景为新能源汽车、风电、光伏等产业发展指明了方向、拓展了空间,也为上游电力电子被动元器件行业发展提供契机。
(3)国产替代趋势为国内被动元器件厂商带来发展机遇
近年来,国产品牌车企紧抓新能源转型机遇,推动汽车电动化、智能化升级和产品结构优化,获得消费者青睐,上汽、一汽、东风、广汽、长安、比亚迪等一系列优秀国产品牌逐渐崛起。中国汽车工业协会统计显示,自主品牌乘用车占有率持续增长,2022 年自主品牌乘用车销量 1,176.6 万辆,同比增长 22.8%。占乘用车销售总量的 49.9%,上升 5.4 个百分点。自主汽车品牌市场份额的稳步提高必将为国内零部件企业的发展带来机遇。
同时,我国乘用车市场日益激烈的竞争对整车厂成本控制提出了更高的要求。在产品质量和性能相同的情况下,国内汽车整车企业逐渐开始选择更具价格优势和服务响应优势的本土供应商,国内汽车零部件厂商把握这一机遇进入此前被国际厂商所垄断的细分领域,逐步扩大市场份额。另一方面,随着国际贸易摩擦加剧,重要零部件依赖进口对国内产业链安全构成了威胁,汽车零部件的国产化替代趋势将不断加快。
汽车零部件国产化趋势将为具备先进制造工艺的本土企业提供历史性机遇。国内被动元器件企业将能获得更多的客户资源,促使企业发展壮大,从而提高市场竞争力。
2、行业发展面临的风险
(1)国内企业规模化程度偏低、资金实力整体较弱
以松下、TDK 为代表的日系生产厂商在被动元器件领域深耕多年,在高性能、高精度电容和电阻产品的研发创新、生产工艺成熟度和生产设备的自动化和控制精度方面仍存在一定优势,在国际市场的影响力和话语权较大。
目前,相比国际制造巨头,国内被动元器件制造企业普遍存在专业化和规模化程度偏低、资金实力较弱等问题,不利于形成品牌效应和规模效应,也不利于行业整体竞争力的提升。
(2)原材料价格波动影响行业盈利水平
被动元器件生产主要原材料包括铜、铝、硅钢等金属原材料及加工件、薄膜基材、绝缘类原料、灌封材料、包材料、五金件等。上述主要原材料的采购价格受大宗商品价格变动、市场供需关系等因素的影响,如果未来价格大幅波动,将直接影响生产成本、进而影响行业盈利水平。
(3)下游行业政策调整对企业技术和规模化生产水平提出更高要求
被动元器件下游包括新能源汽车、风电光伏等新能源行业。当前阶段,上述行业发展一定程度上仍受产业政策影响,尤其是补贴政策。补贴规模、补贴力度的宏观调控政策和措施将直接影响行业内公司的生产经营,引导行业发展方向,促进行业内企业整合升级。补贴政策的调整将促使产业链上下游不断加强技术攻关、降低成本,对企业的技术水平、规模化生产水平提出更高要求。
七、行业竞争格局
根据瑞银证券(UBS)于 2022 年 1 月发布的研究报告《Initiation of Coverage Xiamen Faratronic(厦门法拉首次覆盖报告)》,薄膜电容的市场竞争格局如下:
一般而言,用于消费品市场的薄膜电容电压相对较低(如家电、消费电子等),壁垒较低,市场因而更加分散,竞争也更为激烈。估计中国约有 420 家薄膜电容厂商,其中大部分厂商生产低压消费类产品;而用于新能源汽车、新能源、工业控制的高压薄膜电容(主要为直流电容)进入壁垒更高,市场也更加集中。在中国,仅少数几家供应商涉足这一高端市场,包括法拉电子、鹰峰电子、江海股份和铜峰电子。其中,仅法拉电子和鹰峰电子在车规级市场有一定地位。
根据东方证券于 2021 年 12 月发布的《电子行业深度报告:风光储及新能源车时代,逆变器核心的电子元器件深度受益》,“薄膜电容高端市场进人壁垒相对较高,一旦进入,规模化供应客户以后,企业盈利能力也比较明显。但随着逆变器终端厂商对国内薄膜电容厂商的扶持和国内供应链的支持,法拉电子薄膜电容已实现规模国内第一,全球前三,江海和鹰峰电子也发展迅速。
比亚迪、法拉电子、鹰峰电子都是车规级薄膜电容的先行者;鹰峰电子把握了 2019 年以来行业快速放量的历史机遇。比亚迪、法拉电子、鹰峰电子都是新能源汽车电驱动系统薄膜电容领域的先行者,布局或配套量产车规级薄膜电容的情况如下:
法拉电子自 1967 年就聚焦于薄膜电容领域,但在发展早期阶段并没有应用在新能源汽车领域。2002 年 11 月 20 日,《厦门法拉电子股份有限公司首次公开发行股票招股说明书摘要》显示,其主导产品薄膜电容器主要用于家电、通讯、计算机和绿色照明等领域。2009 年法拉电子公告:“该年度配套比亚迪的薄膜电容销售金额占同期全部销售金额的 0.1%以下,对法拉电子全年业绩影响不大,不会对公司目前及近期正常经营产生实质性影响。”目前,法拉电子薄膜电容产品下游应用领域丰富,包括工业控制、光伏、风电、新能源汽车、轨道交通、智能电网、家电、照明等。