新能源汽车材料轻量化专题报告(内附PDF报告)

报告精选:

1.新能源汽车补贴新政落地,未来补贴审核将趋严

2018 年 2 月 13 日,由财政部牵头,四部委联合发布了《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,市场的不确定性落地,行业长舒一口气。相比 2017 年的补贴政策, 2018 年的政策主要有以下几点变化:

1) 补贴由全面补贴往细化性补贴转变:主要利好乘用型,轻量型和商用型;补贴标准细化, 对续航里程高的车型加大补贴。

2) 过渡期较短:过渡期是 2018 年 2 月 12 日到 2018 年 6 月 11 日, 由于过渡期只有四个月,给新能源汽车生产厂商调整产品结构的时间不多。

3) 缩短了非个人用户购买新能源汽车申请补贴条件,累积行驶里程由 3 万公里降到 2 万公里。

4) 补贴标准变化(正式版):乘用车(R<250km)补贴下降 33%~100%(VS 过渡版 30%); 250≤R<300km 补贴下降 23%;R>300km 补贴上升 2%~14%(不考虑补贴系数调整);客车补贴上限整体下降 30%~50%(VS 过渡期 30%);专用车补贴上限下降 33%(VS 过渡期 60%)

政策出台以后,解读声音颇多,但是主要还是聚焦于对锂电池产业链,如碳酸锂、三元材料、锂电池膜等最显而易见产业链的解读。

这次最大的改革是,对于续航能力小于 250 公里的新能源汽车,未来补贴可能完全取消,对于续航能力大于 300 公里的新能源汽车,补贴不会下降反而上升。所以可以看出,中央是要做大做强有竞争能力的新能源汽车,逐步淘汰那些竞争能力弱、纯粹为了拿到新能源补贴而生产的汽车。目标是做大做强,淘汰落后产能,防止整个产业链的过剩。

2017 年 12 月,新能源电动汽车月产量为 12.5 万辆,同比增长 89.39%。 2017 年新能源汽车全年产量 68.3 万辆。根据《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,预计到 2020 年,我国将累计推广新能源汽车 500 万辆。

随着新能源汽车产业规模的不断扩大和推广数量的快速增加,个别企业受利益驱动,违反相关法律法规骗取和违规谋取财政补贴,严重扰乱了市场秩序。

2016 年 9 月,财政部发布《关于地方预决算公开和新能源汽车推广应用补助资金专项检查的通报》,通报显示,一些新能源生产企业违反相关法律法规涉嫌骗取财政补贴,部分车辆未销售给消费者就提前申报补贴,不少车辆领取补贴后闲臵,还有一些企业存在“有车缺电”和“标实不符”等问题。

中央对新能源汽车骗补深恶痛绝,然而由于缺乏严格的监督机制,在高额补贴的诱惑下,骗补或者打擦边球的现象屡禁不止。

除了恶性骗补事件,续航里程不足也是新能源汽车发展的一大硬伤。目前大多数的纯电动汽车续航里程都在 100-200 公里,即使是对于宣称续航 300-400km 的纯电动车型而言,很多消费者仍然抱怨车辆续航里程不够用。传统的燃油汽车加满一次油,平均可以行驶 500km。尽管纯电动汽车暂时可以满足消费者日常使用,但是“里程焦虑”的存在让纯电动车根本无法取代传统燃油车的地位。

2017 年,纯电动乘用车市场上,比亚迪产量位居榜首、众泰、江铃等品牌产量也超过 30000 辆;纯电动专用车市场上,东风汽车位居第一,瑞驰、福建新龙马、大通等品牌产量也较高;纯电动客车市场上,产量较高的品牌有: 宇通、比亚迪、中通等。

2.“做大一批,淘汰一批,改良一批”将是这次新政出台后生产商面对的竞争格局

这次新政的一个特点就是过渡期非常短。 4 个月的过渡期对于很多生产商来说是一个非常短的时间,基本上没有可能对生产的汽车作大的性能上的提升。所以对于那些续航能力小于 250 公里的汽车来说,如果不能尽快提高续航里程,未来发展将受到极大的挑战。 既然这次新政的目的是将没有竞争力的企业通过差异化补贴将它们淘汰出这个市场,那作为企业来说,避免在这次新政落地之后被淘汰将是他们这几个月将要面临的最大挑战。

通过这次差异化补贴政策来看,中央的决心将是做大一批,淘汰一批和改良一批。如果某个企业面临被淘汰的局面,那在短时间内改良设计,增加续航里程,争取挤入“改良一批” 的企业中将是他们的唯一战略目标。同理,那些原本有一定竞争能力的企业也将改良他们的汽车设计,争取进入续航 300 公里俱乐部,在未来的竞争格局中占有竞争优势。

根据目前新能源汽车发展情况,提升续航里程有三种方法:提升电池能力、增加电池数量、减轻汽车重量。在下文中,我们将仔细讨论这三种优化方案的优势和劣势。

提升电池能力

能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度,基本单位为 Wh/kg(瓦时/千克)。电池的能量密度越大,单位体积内存储的电量越多。

目前主要有两种锂电池:三元锂电池磷酸铁锂电池

三元锂电池使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn) O2)三元正极材料,具有容量大,能量密度高等优点,电池的标称电压已达到3.7V, 循环寿命一般是 500-1000 次。

磷酸铁锂电池所用材料为磷酸铁锂,简称铁电池,工作电压适中,一般为 3.2V。磷酸铁锂电池主要以循环寿命长和安全性著称,循环寿命高达 2000 次以上。另外磷酸铁锂电池比三元锂电池要稳定许多,电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧。

国内电池企业曾经的技术路线是磷酸铁锂,虽然在安全性和寿命有优势,但不能满足新能源汽车越来越高的能量密度要求,正逐步转向三元正极材料的锂电池。目前我国主要几家动力电池生产企业的锂电池能量密度如下:

增加电池数量

动力电池数量越多,续航能力就越强。但是电池数量增多也会导致汽车整备质量更大,且占据更多的空间。

一般来说,插电式混动车是基于燃油版所升级而来,比燃油车多出了电池组。混合动力车的电池组一般设计在后排座椅的背部。例如比亚迪秦,由于动力电池位于后排座椅后面,后排座椅就不能放倒,一定程度上限制了后备箱储物的灵活性,行李箱容积为 300L。对于本就狭小的后备箱来说,增加电池组数量会使其空间进一步被挤占。

纯电动车的臵物空间比混合动力车要大一些。一般来说,纯电车的电池组摆放在底盘处,如果放臵比较大件的物品,可以将后排座椅全部放倒。但是对于续航里程低于 150km 的汽车,若要保证补贴不减少,续航里程至少需要增加一倍,这意味着电池组的数量也要增加一倍。因此,即使是空间相对较大的纯电动车,增加电池数量的方法仍然会对于其臵物空间造成严重的挤占。

另外,新能源车的锂电池重量较大。以特斯拉 ModelS 为例,一次充电续航能力为 426km,整车质量为 2100kg,锂电池重量500kg,占整车质量约 25%。对于续航里程较低的新能源汽车,增加电池数量会导致电池重量占比大幅上升。

减轻汽车重量

汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量。汽车轻量化有以下优点:

第一, 轻量化可以通过减轻车辆的质量来减少新能源汽车的惯性,使汽车的运动状态更容易改变,进而提升汽车的加速性能、制动性能和操控性能,有利于应对危急情况。

第二,根据轻量化技术领域的相关研究,重量的减轻可以增加续航里程。如纯电动汽车整车重量若降低 10kg,续驶里程可增加 2.5km。

第三, 在装备等条件一致的情况下,只改变质量,新能源汽车的能耗会随着质量的减轻而减少,可以在一定程度上达到节省电力、燃料等的结果。

一般来说,发动机、底盘、车身及内外装占轿车总质量的比例较大。轿车车身是轿车中重量较大的部件,约占汽车总重量的30%,底盘的质量占比也较大,大约可以达到 25%。汽车的主要材料是钢铁,占比超过 50%。虽然钢铁制造技术成熟、材料成本低,具有强度高、耐磨性好等多种优点,但是钢铁的密度大(7.86g/cm3),远高于镁合金(1.7g/cm3)、铝合金(2.7g/cm3)、塑料(1.2g/cm3)等。

汽车轻量化作为一个系统化的工程,并不是简单地针对某个零件的单独减重,局部重量的变化在很大程度上会影响汽车的其他部位,因此汽车轻量化是指在汽车制造过程中集设计、制造、材料技术等一起的系统性工程。在对汽车进行轻量化设计时,主要有以下三个途径:

材料轻量化

材料轻量化即通过使用轻量化材料来达到减轻新能源汽车质量的目的。目前,应用于新能源汽车的轻量化材料主要是有高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等。

结构轻量化

轻量化的另一手段就是在汽车零部件概念设计、初始结构设计、产品工程设计及样车制造过程中做相关结构的分析和优化,或去除零部件的冗余部分、或减少搭接(如花边形设计)、或改变结构, 在不影响车身强度和安全性能的基础下尽量减少对零件的使用,有用则保留,无用则放弃,使车内布局达到最佳的效果,以实现对汽车零部件的精简化、整体化和轻质化。

制造工艺轻量化

为进一步达到减重降本的目的,除了开发应用轻量化材料外,一系列适应这些新材料的先进工艺,如热成型、激光焊接、液压成型、差厚轧制、径向锻造、半固态成型等应运而生。

 

 

 

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