Il mercato dell’auto si rivolge all’elettrico e condizionerà il mondo dei semiconduttori di potenza

17 Marzo 2017

Di Massimiliano Anticoli

di Franco Musiari

Le vendite di batterie per auto elettriche sono raddoppiate tra il 2014 ed il 2015. E le novità tra il 2015 e il 2016 confermano il pieno impegno dei produttori di auto e dei loro partner a sviluppare modelli sempre più innovativi ma sempre nella scia della elettrificazione.

Dopo il lancio del suo Model X nel 2015 Tesla Motors conferma la sua strategia di espansione annunciando il rilascio del Model 3 nel 2017.
Toyota, un pioniere della elettrificazione degli autoveicoli continua nella sua strategia e inizia lo sviluppo della tecnologia FCV (Fuel Cell Vehicle).
Daimler adotta l’approccio Toyota e presenta durante il Tokyo Motor Show 2015 un nuovo autoveicolo FCV.
Dopo il “Diesel-gate”, Volkswagen si muove verso l’elettrificazione e pianifica 20 nuovi modelli di PHEV prima del 2020.
…

Tutti questi avvenimenti mostrano come ormai l’auto elettrica sia entrata nell’orizzonte di produttori e consumatori.

Le diverse tipologie

Per comprendere meglio il potenziale e la crescita del mercato dei veicoli elettrici e ibridi, è indispensabile sapere a quali tipi di veicoli ci si riferisce. Nella loro relazione, “Hybrid Electric Vehicle Systems Demand Forecast 2007 to 2021,” Strategy Analytics classifica ciascun veicolo sotto l’ombrello EV /HEV in una delle quattro categorie:

Mild hybrid (MHEV)
Full hybrid (HEV)
Plug-in hybrid (PHEV)
Pure electric (EV)

Ciascuna di queste classificazioni prende in considerazione la potenza del motore elettrico del veicolo e quale funzione esso svolge all’interno del sistema. La tabella 1 elenca le categorie di sistema così come sono definiti nella relazione di Strategy Analytics e a cui si farà riferimento nel resto di questo articolo.

Come mostrato in tabella 1, è possibile avere da uno a quattro motori per ciascun veicolo. (Quattro motori prendono in considerazione che ogni ruota abbia un proprio motore). Ogni motore usato richiederà un sistema adeguato per controllarlo in modo sicuro ed efficiente.

Tabella 1 • Tipologie di veicoli ibridi.

Mild hybrid (MHEV)	Qualsiasi sistema in cui viene utilizzato un motore elettrico <20 kW per il recupero dell’energia di frenata e assister il veicolo con un po’ di coppia, in combinazione con un motore a combustione interna.
Full hybrid (HEV)	Qualsiasi sistema in cui uno o più motori elettrici >20 kW sono utilizzati per il recupero dell’energia di frenata e per offrire potenza propulsiva al veicolo, in combinazione con un motore a combustione interna.
Plug-in hybrid (PHEV)	Qualsiasi sistema in cui vengono utilizzati uno o più motori elettrici per il recupero dell’energia di frenata e per offrire potenza propulsiva al veicolo, in combinazione con un motore a combustione interna. Un più capace batteria ricaricabile (plug-in) consente una maggiore autonomia come auto solo elettrica.
Pure electric (EV)	Qualsiasi sistema in cui solo i motori elettrici, alimentati da batterie, sono utilizzati per muovere il veicolo.
Strategy Analytics

Un poco di previsioni

Chiarite le definizioni funzionali delle diverse tipologie di veicoli elettrici possiamo analizzare alcune previsioni sulle evoluzioni del mercato. Una prima analisi – riportata in figura 1 – è quella svolta dalla stessa Strategy Analytics.

In questo report si vede un mercato che nel suo totale passa dalle 4,3 milioni di unità del 2015 alle 12 milioni di unità nel 2021 con una crescita media annua (CAGR%) del +20%. Secondo Strategy Analytics nel 2021 più del 40% sarà in configurazione MHEV, ibridi (HEV) e ibridi plug-in (PHEV) si dividono quasi equamente – il 25% a testa – la metà del totale e rimane solo un 10% circa per i veicoli elettrici puri.

Una previsione coerente sul totale, anche se naturalmente leggermente diversa come distribuzione, è quella di Yole Developpement che è sintetizzata in figura 2. Secondo Yole nel 2021 su una produzione totale di 71 milioni di veicoli, 13,5 milioni sono elettrici e più precisamente 9,8 milioni, il 72% circa, sono ibridi, un milione, il 5%, sono ibridi plug-in e 2,7 milioni, il 20%, sono elettrici puri.

La differenza consistente tra le due previsioni si colloca nell’ibrido “mild” dove Strategy Analytics vede il 40% del mercato mentre Yole lo esclude completamente e concentra le sue previsioni sull’ibrido puro.

“Il mercato globale per i semiconduttori di Potenza utilizzati nelle auto e nei veicoli leggeri crescerà di più di tre miliardi di dollari nei prossimi sei anni passando da 5,5 miliardi nel 2016 a più di 8,5 miliardi nel 2022” è quello che racconta IHS Markit nel suo rapporto “Power Semiconductors in Automotive-2017.”

Nel presentare i suoi dati sul marcato automotive, IHS Markit suddivide le aree di questo marcato in cinque categorie: Body & Convenience; Chassis & Safety; Infotainment; Powertrain e ADAS (Advanced Driver Assistance Systems). Di queste l’area Powertrain ha pesato, nel 2015, per il 47% del marcato totale dei semiconduttori per l’auto.

La crescita delle vendite di veicoli ibridi ed elettrici farà sì che le vendite dei semiconduttori di potenza nei prossimi anni salirà ad un ritmo medio annuo (CAGR) del 9.6% tra il 2015 ed il 2022 portando il segmento powertrain a coprire il 54% del totale. IGBT e transistori di potenza saranno, all’interno dei discreti, le voci che trarranno il maggiore vantaggio ma il maggiore livello di integrazione dei discreti all’interno dei moduli farà crescere anche questa famiglia di componenti ad una velocità maggiore di altre famiglie di componenti.

Il contenuto medio per auto

Il grafico di figura 3 mostra la stima di IHS Markit sul contenuto medio di semiconduttori di potenza all’interno dell’auto. Viene stimato il totale mercato annuale per discreti di potenza, moduli e IC di potenza, espresso in valore monetario, che viene poi suddiviso per il numero totale di veicoli leggeri prodotti ogni anno.

Il grafico mostra che i semiconduttori discreti raccolgono il maggior contenuto medio per auto: dai 30$ del 2015 fino ai 40$ del 2022. La cosa non sorprende poiché sono utilizzati, oltre che nei sofisticati sistemi di trasmissione anche nelle unità più semplici e economiche come la pompa dell’olio.

Agli integrati (IC) di Potenza viene riconosciuto un contenuto medio per auto leggermente inferiore: dai 20 ai 30 dollari per auto. Pur essendo mediamente più costosi, e più nuovi, vengono prevalentemente utilizzati in modelli di fascia leggermente più elevata e di design più recente che offrono funzionalità più avanzate come, per esempio, i sistemi ADAS.

I moduli di potenza raccolgono il minore contenuto medio per auto, siamo sotto ai 10 dollari, visto che il loro uso è limitato ai veicoli di fascia più alta o altissima e ai veicoli ibridi ed elettrici.

In totale il contenuto di semiconduttori di potenza si muove nella fascia dai 57$ del 2015 ai 79$ del 2022 con una crescita media annua del +6%. Se ipotizziamo un mercato totale di 70/80 milioni di veicoli per i 79$ per veicolo otteniamo 5,5/6,3 miliardi di dollari non lontani dai valori dichiarati all’inizio ma forse un poco scarsi.

Un altro punto di vista

E’ rappresentato dal grafico di figura 4 che riporta una slide di una presentazione di Infineon, datata Agosto 2016, intitolata semplicemente “automotive presentation”. La presentazione focalizza l’attenzione sui settori trainanti di questo mercato: ADAS, elettrificazione o e-mobility e connettività. Guardando alla e-mobility Infineon ha fatto una stima del contenuto di semiconduttori nelle auto a seconda dei livelli di elettrificazione delle stesse. Nel primo riquadro di figura 4 si riporta il caso del passaggio alla distribuzione delle alimentazione a 48 volt. Al contenuto di elettronica stimato per il motore tradizionale a combustione interna (ICE = Internal Combustion Engine) di 338$ si aggiungono 47$ di semiconduttori di potenza e 29$ di altri componenti per un totale d 76$ che portano il contenuto totale di semiconduttori a 414$.

Ma più significativi sono il secondo ed il terzo riquadro che prendono il considerazione HEV/PHEV e i veicoli elettrici puri. Nel secondo riquadro partendo dal motore base ICE si contano 282$ di semiconduttori di potenza più altri 90$ di sensori, microcontrollori e altro per arrivare ad un totale di 709 dollari. Infineon stima il mercato degli HEV/PHEV di 5,4 milioni di unità (3,5 + 1,9 m) porta ad un mercato potenziale di 1,5 miliardi di dollari.

Nel caso di veicoli elettrici puri il contenuto di semiconduttori di potenza passa a 387$ a cui si sommano 77$ di sensori, 49$ di micro e 190$ di altri componenti che portano il totale a 704$. I 387$ di semiconduttori di potenza per 1,4 milioni di unità porta mezzo miliardo di dollari di potenziale nel 2020.

Ma se utilizzassimo le stime al 2021 di Yole Developpement di 13,5 milioni e moltiplicassimo per i 282$ di Infineon otteremmo 3,8 miliardi di dollari!

In estrema sintesi: un mercato che grazie alle auto elettriche in crescita esponenziale porterà un grosso contributo alla crescita dei semiconduttori di potenza e ne condizionerà lo sviluppo. Infineon con la sua presentazione si sta preparando a questo.