汽车行业转型发展的电动化、智能化与轻量化。
时间:2019-12-08 14:43 来源:雅延咨询 作者:雅延 点击:
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传统汽车零部件大体可以分为七大类。一辆轿车上不可拆解的零部件有上万个,传 统汽车由车身、底盘、动力总成(发动机、变速箱等)、内外饰、电子电器、空调、 车身附件等各个系统组成,零件多而复杂,分类方法也比较多,常见的分类方法是 将汽车零部件分为发动机、传动系统、转向系统、制动系统、行驶系统、车身附件 和电子电器七大类。电动化:拆分新能源汽车成本
传统汽车零部件大体可以分为七大类。一辆轿车上不可拆解的零部件有上万个,传 统汽车由车身、底盘、动力总成(发动机、变速箱等)、内外饰、电子电器、空调、 车身附件等各个系统组成,零件多而复杂,分类方法也比较多,常见的分类方法是 将汽车零部件分为发动机、传动系统、转向系统、制动系统、行驶系统、车身附件 和电子电器七大类。
电动化:
拆分新能源汽车成本来看,新能源汽车最大的成本在“三电”系统——电池、电机、电控,三电系统构成新能源汽车的动力系统,在成本中占比 50%,其中动力电池 成本首当其冲。除动力系统以外,新能源汽车的其余部件成本占比和传统汽车类似, 内饰成本占比 15%,底盘系统成本占比14%。
消失或受损的零部件——传统动力系统首当其冲
随着电动车市场的扩大,发动机、燃油喷射系统、变速器、启动电机及发电机、涡 轮增压、尾气处理系统、油箱及燃油系统以及各项减低排放技术都将逐步丢失市场。
电动车上消失的零部件体系主要是发动机、变速器及其伴生零部件(涡轮增压、启 动电机、燃油喷射及尾气处理等)。我们分别梳理各体系国内外相关上市公司见下 表,其中发动机关联上市公司数目最多,变速箱总成企业主要有万里扬、蓝黛传动、 中马传动。
增加或受益的零部件:主要是新能源三电系统
新能源汽车相对传统汽车,新增的零部件主要是三电系统及其附加产品、功率半导 体等,下图展现的是:假设 2025 年电动车全球市场占有率为 6%时,各个新增零 部件的成本。我们仍然可以看到众多传统供应商的名字,例如麦格纳(Magna)、 大陆汽车(Continental)等等。通过成功的业务转型,它们将集中在电池控制系统、 功率电子等领域巩固自己的市场。同时,如科世达(Kostal)、矢崎(Yazaki)等 非传统供应商依托多年的经验,将在电动车领域瓜分传统供应商的市场。
三电系统。新能源电池、电机、电控“三电系统”是最新能源汽车上最直接新增的“三 大件”,在新能源汽车中成本占比高达 50%,而三电系统中,动力电池又是成本大 头,占比60%-70%,其余电机电控在三电系统中各占约20%的成本。当前新能源 汽车动力电池行业集中度较高,CR5 接近 70%,其中龙头企业宁德时代 2018 年 市占率高达 40%(比亚迪接近20%,国轩高科6%);电机行业主机厂自供率高达 44%,第三方电机厂商市占率多数在 10%以下;电控方面行业也以主机厂自供为 主(前三比亚迪、北汽新能源、联合汽车电子市场份额占比分别为25%、9%以及7%)。关于新能源三电系统的更细化拆分,我们在前期《新能源汽车产业系列-需 求视角下新能源汽车产业链市场空间与投资机会》一文中已经阐述充分,这里不予 赘述。
功率半导体。作为新能源汽车的电动汽车,“三电”将取代了传统汽车的动力系统, 使得电动汽车的电子化程度更高。电动汽车新增 DC-DC 模块、电机控制系统、电 池管理系统、高压电路等部件,导致了电动汽车的半导体数量显著增加。其中IGBT 就是其中的重要一环。IGBT 是能源转换与传输的核心器件,是电力电子装置的 “CPU” 。采用IGBT 进行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿 色环保的特点,是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。IGBT 模块在 电动汽车中发挥着至关重要的作用,是电动汽车及充电桩等设备的核心技术部件。 IGBT 模块占电动汽车成本将近 10%,占充电桩成本约 20%。IGBT 主要应用于电 动汽车领域中以下几个方面:1)电动控制系统-大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱 动汽车电机;2)车载空调控制系统-小功率直流/交流(DC/AC)逆变,使用电流较小 的IGBT 和FRD;3)充电桩-智能充电桩中 IGBT 模块被作为开关元件使用。中国 功率半导体市场占世界市场的50%以上(预计2020年全球IGBT市场空间500亿, 2020 年中国 IGBT 超 200 亿市场),当前 IGBT 主流器件市场上,国内 90%主要 依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。国外研发 IGBT 器件的公司主要有英 飞凌、ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。国内IGBT 器件相关上市公司有扬杰 科技、法拉电子、华虹半导体等。
新能源热管理系统。传统车也具备热管理系统,但新能源汽车的热管理系统相较于 传统汽车具备更高的成本和更复杂的功能。比较来看:1)传统车的热管理单车价 值占整车价值的4-5%(2000元/套),新能源的热管理单车价值占整车成本的8-10% (4、5000 元/套),是传统汽车的价值量的两倍;2)传统车没有电池,新能源车 有电池,多了一套电池的冷却系统;3)新能源的电动电器部件更多,增加电动和 电器部件的冷却系统;4)传统汽车空调通过发动机的皮带轮来驱动,需要电动压 缩机;5)传统车的空调在冬天不耗电,主要依靠发动机的余热;新能源此时需要 耗电,新能源空调需要热泵系统;6)传统车空调系统和散热系统是分开的,新能 源汽车是耦合在一起的。目前国内在新能源热管理系统方面有产品布局的企业主要 是银轮股份(强项在散热器)、三花智控(强项在电控)和奥特佳(强项在空调压 缩机)。
智能化:
通常意义上来看,智能汽车要实现终极无人驾驶主要有两条路径,一条是依靠 车载传感器的自主智能(又称智能化),主要是由 ADAS 系统等车载装置实现, 目前国内外已经有相对成熟的发展;另一条路径是依靠车联网技术的协同智能 (又称网联化),主要是由 V2X 等通信技术实现,正在国内外示范区广泛测试 中,是未来十年的无人驾驶重要攻关方向。我们认为,自主智能与协同智能在 无人驾驶汽车发展进程中不是相互独立的,而是互相促进、相辅相成的,V2V (车车互联)技术可以为 ADAS 感知层提供重要的安全补充,ADAS 的精度瓶 颈又对 V2X 提出要求。无 人 驾 驶 依 照 “ADAS 装 配 实 现 车 内 智 能 ——LTE-V/DSRC 技术实现车际互联——车际互联的发展进一步推动车内智能 设备的研发——车内智能对车际互联要求的上升”的发展路径,呈现螺旋上升趋 势。
ADAS,即先进驾驶辅助系统。它是车内智能的基础,位于智能汽车产业链最前端, 是目前传统汽车厂商切入智能驾驶领域的主要方式。智能互联示范区的建设将首先 带动 ADAS 企业的发展,ADAS 主要由三大模块构成:环境识别、计算分析和执 行控制。通过传感层(摄像头、雷达等)获取环境信息,然后将这些信息转换为数 字信号输出给控制层(电子控制单元 ECU 等),由控制层分析处理之后做出命令, 最终由执行层(制动系统、转向系统等)执行相关动作(紧急刹车、转向变道、超 车等)。
1) 环境感知系统中激光雷达是前沿技术。智能汽车环境感知系统相当于智能汽车 的“五官”,智能汽车通过传感器感知车辆所处的各种路况及周边环境。一套完 善的智能汽车传感系统囊括了超声波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技 术、激光扫描技术,以及这些技术的算法融合。通过多种传感器的组合,进而 实现在不同的距离、不同的角度、不同的天气状况下对周边情况的全方面探测, 这是智能汽车自主判断、自主行动的基础。
2) 中央决策系统目前核心技术由国外巨头掌握。智能汽车中央决策系统相当于智 能汽车的“大脑”,主要功能是对经由“五官”(传感器)上传的数据及图像进行 分析处理,当前在单眼摄像头的图像识别技术领域,以色列的 Mobileye 公司 最为知名,主要给奥托立夫、康奈可、德尔福、法雷奥等一级供应商及奥迪宝 马等 OEM 整车厂提供算法支持或整套视觉驾驶辅助系统(占据汽车安全驾驶 系统全球 70%以上的市场份额)。国外在算法决策方面较为领先的其他公司还 有 ADI、德州仪器(TI)、 瑞萨、NXP;国内处于初创阶段,暂无相关上市公 司,较为知名的国内初创公司有 MINIEYE、前向启创、中科慧眼等。
3) 底层控制系统是我国多数零部件企业切入的首选项。智能汽车底层控制系统相 当于智能汽车的“手脚”,主要功能是对经由“大脑”(融合算法)下达的指令进 行执行,相较于传感器和算法控制,执行端功能更易于实现,所以国内大部分 零部件上市公司是从这个环节进行切入,表现为传统零部件的电子化升级,常 见的有耐世特的电动转向系统 EPS,博世和拓普的智能刹车系统 IBS。
V2X,即 Vehicle to everything“车联万物”。它是车内智能的补充,在无人驾驶 的过程中,车内智能和车际互联两条腿走路。V2X 主要产品:具备 AP、LTE 和 Connectivity 等连接芯片的V2X 模组。车辆上的模组装配可以实现V2V,要实现 V2I,需要在加油站、信号灯等基础设施上也装配模组。
轻量化:
各国对于燃油车的油耗限制逐步趋严,我国工信部制定了最新《乘用车燃料消 耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》两项国标,其中规定我国 乘用车的油耗水平需在 2025 年下降至 4L/100km。同时测试循环由 NEDC 测试 法改为 WLTC 测试法。按规定的降耗标准来看,2020 年相对 2015 年年均需要 下降 4.2%,2025 相对 2020 年年均需要下降 4.4%,而该标准目前对于主流的 汽车厂商而言均存在较大的难度。
汽车轻量化与发动机节油技术是两种主要的实现途径。对于汽车轻量化技术而 言,汽车重量每降低 100kg,燃油车每公里可以节约 0.5L 燃油,在汽油车减重 10%与 20%的情况下,能效分别提升 3.3%与 5.0%。新能源汽车减重对于能耗 提升更加显著,电动车减重10%与20%的情况下,能效分别提升6.3%与9.5%, 主要由于新能源汽车目前使用的动力电池与传统汽车使用的液体燃料的比能量 差距较大且动力源电池展整车总体质量较高,基本可以达到 30-40%。
汽车轻量化材料主要分为铝合金、镁合金、钛合金等,基于当前市场及技术水 平,镁铝合金以及碳纤维技术尚未完全成熟,市场价格昂贵不具备大面积推广 的条件,目前汽车轻量化主要是集中在铝合金材料。铝合金可以广泛应用与汽 车的发动机系统、传动系统、底盘系统、车身系统、热交换系统等。
根据中国汽车工程学会发布的节能与新能源汽车技术路线图可见,后期铝合金 将是在汽车轻量化推进过程中得到大力应用,2020 年单车用铝目标为 190kg, 2025 年单车用铝目标为 250kg,2030 年单车用铝量目标为 350kg。初步测算, 若是单车用铝量达到 250kg,相当于减少了 500kg 的汽车用钢量。对于一个 1.5 吨的乘用车则相当于减少了 30%左右的重量,从而使得燃油效率提高了 20%。