新能源车零部件专题(4)科技赋能,结构、材质和工艺的变革

新能源汽车零部件车身&底盘&内外饰:结构、材质和工艺的变革(相关A股公司)

新能源车零部件专题(4)科技赋能,结构、材质和工艺的变革

轻量化:簧下减重为重点方向

簧上:高强度钢仍为车身主力材料

簧上:高强度钢仍为车身主力材料

簧下:底盘布局简化,托盘为新增要点

簧下:铝合金替代初现端倪

放眼未来:广阔天地,铝镁大有可为

工艺:铸铝为主,新工艺与新品种为研发方向

剖析铸铝:应用广泛,历久弥新

内外饰:装饰、功能、安全是永恒主题

内外饰:轻量化、环保、高端化是前进方向

内外饰:市场集中度较低,国内一超多强

内外饰:科技赋能,车灯等功能件成主战场

结构件:相关上市标的

轻量化:簧下减重为重点方向

增加新能源汽车续航里程是核心要义,技术路线上除提高电池能量密度外,主要靠提升电池在整备重量中的占比,即保证汽车整体安全和强度前提下,提高车身其他部件的轻量化水平;

以悬挂系统为界,对整车质量分布可分为簧上和簧下质量。簧下质量是指不由悬挂系统中的弹性元件所支撑的质量,一般包括有轮圈、弹簧、减震器等相关部件(连杆、扭力梁、副车架等部件因与车身直接相连只计算其质量的一半),而簧上质量自然就是车辆剩余部分的质量,一般包括车身、内外饰等。其中,车身与底盘各占整车质量的40%和30%左右;

簧上与簧下质量之比越大,车辆拥有更好的动态舒适性(降低簧下运动惯性、行驶时车厢整体相对路面近似静止),以及操控性和经济性(降低簧下转动惯量)。

因此,从实际效果出发,应以簧下质量的减重为重点。

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车辆减重100kg带来排放降低、零部件耐久提升诸多效益

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簧下质量覆盖范畴

簧上:高强度钢仍为车身主力材料

减重可以通过结构、工艺、材料三方面实现,尤其以材料为本质实现手段。材料上,目前以结构件、加强件为主要应用领域的高强度钢仍占主导地位。第三代AHSS钢面世后,强度和延展性均大大提高,降低了加工难度和制造成本,结合薄壁化、结构优化等改进有效实现了轻量化目标;但这同时也侧面延缓甚至逼退了铝合金在车身材料占比的提升进程;

趋势上,结构件减重仍可能继续采用增加低密度(g/cm³)材料使用比例的途径,如铝(2.7)、镁(小于2)、钛(取代钢(7.9)在合金成分中的占比)或陶瓷、碳纤维等非金属材料。新兴材料在结构件上的普及难度主要在于强度不足(结构件和加强件承担车辆承担承载、受力、碰撞吸能等功能,对强度要求高)、成本价格高(高强度钢、铝合金较普通钢板成本分别增加约1.5倍、2~5倍)、成型和焊接难度大等;

除材料外,工艺上目前已逐步应用激光拼焊技术(不同位置匹配不同强度重量的材料并拼接)、内高压成形技术(空心替代实心)等,结构上采取打孔、薄壁等优化手段助力轻量化实现。

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以结构件、加强件为主要应用的钢材仍占车重大头

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“全铝车身”代表奥迪A8不惜以增重为代价,在结构件处 仍使用高强度钢

簧下:底盘布局简化,托盘为新增要点

新能源汽车较传统燃油车因动力总成变化,底盘布局简化较多。主要增加的部件为底部电池托盘,以及电机及减速器对燃油车动力总成的替代;

托盘的存在,是为保护和支撑动力电池,防止其受到过度冲击、振动及水、尘污染等外部影响,并搭配框架、加强结构形成完整的电池保护盒,约占电池整体重量的20%~30%;

现阶段,欧美电池托盘全部为铝合金材质,国内电池托盘主流为铝合金材质,也有部分不锈钢材质。其中,铝质托盘主要采用6系铝型材,其具备良好的塑性和优良的耐蚀性,辅以搅拌摩擦焊接等先进焊技术,保障产品一体成型。单车价值约1000-3000元,具体取决于尺寸、功能及结构复杂程度。

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新能源汽车较传统燃油车底盘简化明显

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新能源汽车较传统燃油底盘布局增减部件列示

簧下:铝合金替代初现端倪

除电池托盘外,其余底盘部件也均存在不同程度的铝合金渗透,尤其以海外和高端品牌车型为甚;

底盘可轻量化部件以副车架、摆臂、转向节等为主,其中在质量较大的副车架、摆臂上均存在高强度铝合金对传统钢材质的替代,涉及相关部件的单车价值总量近万元。转向节的铝合金材质转换后成本较低,目前已在较多中低端车型上应用。

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底盘主要部件轻量化技术路线

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高端电动车型对铝合金的应用比例更高

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新一代比亚迪唐更换了铝合金摆臂和转向节

放眼未来:广阔天地,铝镁大有可为

根据国际铝业协会《中国汽车工业用铝量评估报告》预测,到2030年汽车行业铝的总消费量将达到1070万吨,CAGR为8.9%。

乘用车是铝的主要市场,2017年的铝消费量为290万吨,占总消费量的74%;新能源汽车的平均铝消耗量估计为141.5千克(纯电动汽车128.4千克,混合动力汽车为179.6千克),预测到2030年纯电动汽车铝的单位消费量将达到283.5千克;

据估测2030年新能源汽车单车使用镁合金有望达到45kg。针对镁合金的应用,目前国内单车不到1kg,国外单车约5kg

镁合金相比铝重量再减40%,且近年来镁铝价格持续下降,我国作为产镁第一大国,未来提升空间可期;边际结构上,小型、低端电动车销量占比逐步走低,中高端产品涌不断现,铝镁等新兴金属材料有望提高单车渗透率。

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A0及以下中小低端电动车销量占比逐步降低

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方向盘和轮毂为目前镁合金主要应用场景

工艺:铸铝为主,新工艺与新品种为研发方向

铝合金在新能源汽车上的应用形式主要包括轧制材、挤压材、锻造材、铸造铝合金等。

目前各类铝合金在汽车上使用比例大致为:铸铝77%,轧制材10%,挤压材10%,锻压材3%。

未来研发方向主要为两块:

1)新工艺,完善铝型材、铝板材的加工、成形、连接工艺。

2)新品种,目前已开发出了快速凝固铝合金、粉末冶金铝合金、超塑性铝合金、纤维增强型铝合金、泡沫铝材等,另外高强度高韧性铸造铝合金、铝基复合材料等也在研究之中。

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新能源汽车铝合金四大应用形式、对应部件及特性

剖析铸铝:应用广泛,历久弥新

新能源车用压铸铝合金中,压铸件产量约占70%

重力铸造, 工艺特点是将液体金属通过重力浇入金属型形成铸件,铸件品味比铝合金砂型铸造好,是生产较高质量组建的传统方法。

像美国福特汽车公司就是采用金属型重力铸造方法,生产铝缸体和铝汽缸盖。

压力铸造简称压铸,在一定压力(非重力)作用下使熔提填充金属型腔,铸件组织致密、力学性能高、尺寸精密、加工余量小等。

目前,压力铸造主要应用在汽车变速壳、离合器壳、水泵壳、化油器壳、转向机壳等。

低压铸造是介于重力铸造和压铸之间的一种工艺,铝熔液在压力作用下沿升液管从设在底部的一二个浇口自下而上,并从远离浇口的地方开始凝固,逐步向浇口扩展。

低压铸造时铝熔体的利用率比金属型(重力/压力)铸造高得多,可达85%~90%,而金属型铸造仅40%~60%,且产品的力学性能较高,致密性更好,不过它的废品率比极高高,生产过程也相对复杂一些。

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新能源汽车铝合金主要铸造工艺

内外饰:装饰、功能、安全是永恒主题

相对于车身及底盘结构件来说,内外饰作用相对简单统一,但分布范围广、涉及细分种类较多。

内外饰成为汽车颜值的重要组成部分,是中国消费者购车考虑的重要影响因素,因此也成为主机厂迎合消费升级、豪华配置下沉的主要表现渠道之一。

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内饰主要包含部品

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外饰主要包含部品

内外饰:轻量化、环保、高端化是前进方向

材料与工艺是实现轻量化、环保化、高端化的主要途径。

材料上,PP、PC、ABS、PE、PVC等改性塑料占比超过九成,少部分使用铝合金、皮革、纤维等材料;工艺取决于材料流动性、成形特点、工艺要求等,包括注塑、压塑、层压、挤塑、吹塑、发泡以及金属材料对应的压铸、冲压等,此外为满足审美要求,成型后还需进行喷涂、电镀、印刷、皮纹腐蚀等工艺处理。

轻量化方面,同件部品“以塑代钢”可有效减重40%;

环保化方面,以目前传统的内外饰件溶剂型胶黏剂为例,容易产生小分子物质的挥发且挥发速度缓慢,是造成长时间车内空气污染的重要元凶,而热熔胶、水性胶黏剂等环保材料的替代,在保证可靠的粘接质量大大降低VOC的排放、提升环保性;

高端化方面,PU和PVC等多种仿皮材料对硬质塑料的取代在提升中低端整车质感上具有直观作用,透气性、透水汽性、吸湿性、抗拉伸性等性能持续接近天然皮革。

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标致新308尾门内外板、扰流板采用LGF+PP,重量减轻近4kg


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仿皮材质和缝线工艺的应用提升车内质感

内外饰:市场集中度较低,国内一超多强

以内饰件为例,全球内饰巨头包括延锋、弗吉亚、安通林、河西、丰田纺织、李尔等。

其中弗吉亚、安通林、李尔等均参与全球车企配套,丰田纺织等日韩供应商主要向日韩品牌的整车厂供货;延锋(华域全资子公司)作为国内龙头,下游客户覆盖了包括上汽大众、上汽通用、一汽大众、长城、吉利等国内主流品牌,此外实力较强的国产厂商还包括宁波华翔、拓普等。

整体上,除掉车灯、座椅等功能性较强的品类外,内外饰件行业格局仍较为分散,2016年CR3近24%,同期车灯、汽玻行业CR3为56%、60%。

造成集中度差异的原因主要为汽车饰件单品价值量低,而却因细分品类繁多、配套车型各异导致标准化程度极低,因此技术应用复杂、模具通用性差,导致相对单品价格来说开发成本较高、经济性差(18年头部企业平均毛利)。

零部件巨头无意整合甚至剥离相关业务,但也给了国内优秀的内外饰件厂商新的发展机遇。

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内饰件行业集中度低

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技术和工艺改进利于整合后规模效应提升

内外饰:科技赋能,车灯等功能件成主战场

功能性内外饰件是区分等级高低的重点领域。

以车灯为例,目前市场中低端车型以卤素、氙气、LED配置为主,多LED灯组、激光大灯则因价格限制应用于豪华车型。不同配置车灯除外观之外,在光线强度、色感、耐用性、照明效果、能耗上等功能性指标上均有显著差异,成为消费者区分车辆优劣的直观指标。

因较普通汽车饰件,构造复杂程度不在同一量级,承载功能特殊,智能化水平逐代增加。

内外饰整体整车配套价值约7000-18000元左右,区间较广主要系功能件单价差异较大;普通内外饰件受整车降本压力传导,通过提升技术材料通用性、规模效应,有效拓展高端客户的企业有望脱颖而出;

功能性饰件技术密集程度高,单品价值量与普通内外饰件差异显著且有逐代拉大趋势,成为核心汽零企业角逐重点领域。

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车灯价值量显著高于其他内外饰件 图:车灯和后视镜技术进步、结构和功能的复杂较普通内饰愈发明显

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车灯和后视镜技术进步、结构和功能的复杂较普通内饰愈发明显

结构件:相关上市标的

A股结构件相关上市公司格局较为分散,主要包括:

拓普集团(铝合金悬架部件龙头,深度绑定吉利汽车并布局特斯拉等新能源车企)、

旭升股份(特斯拉产业链纯正标的)、

爱柯迪(铝合金压铸中小件标杆)、

伯特利(精于轻量化制动零部件)、

文灿股份(中高端汽车铝压铸件供应商)、

广东鸿图(老牌铝合金压铸零部件企业)、

云海金属(镁合金龙头)。


部分内容来自中泰证券研究所研报

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