新能源整车厂拿回话语权?电池包及汽车底盘演进路线展望
(报告出品方/分析师:中泰汽车&机械 冯胜)
随着新能源汽车集成化与线控技术加持,供应链的格局也就进一步重塑。从CTP到CTC,车企主导权进一步增强。由于CTP没有突破Pack,技术未曾延伸到下游,电池企业仍然可以独立完成开发。而CTC的出现直接涉及汽车底盘,是整车最为关键的核心部件,电池厂或者专业PACK企业难以独立开发。与CTP技术相比,CTC技术需要电池制造商在更早的阶段介入车型设计中,则要求电池厂具备更强的研发设计能力,配合主机厂深度开发。
首先,我们来聊聊:由CTP到CTC,集成化、模块化进一步加强。
电池发展路径如下: CTM到CTP,再到CTC
所谓CTM,即传统电池包形式,是由电芯组成模组,再组成电池包,从下部与车身地板组装。而CTP是指电池集成方案中取消模组结构,由电芯直接组成电池包,电池包集成到车身地板上作为整车结构件的一部分。CTC相当于电池的终极方案:直接将电芯集成在地板框架内部,将地板上下板作为电池壳体。电芯增加一个功能,作为整车结构件的一部分。
为什么车企要推动技术升级?驱动原因是:提升电池利用效率,同时减少零件数量,增加空间,减轻电池组的质量,由此提高电池能量密度和降低成本。
当前市场主要以CMT为主,而技术升级的下一站则是以CTP为主。宁德时代是大模组CTP方案的主要推手之一。
2019年9月,由北汽新能源与宁德时代携手打造的全球首款CTP电池包——中国蓝谷正式发布,搭载于北汽EU5车型。较传统电池包,其CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,能量密度可达到200Wh/kg以上。
2022年6月,宁德时代正式发布了CTP 3.0麒麟电池,系统集成度创全球新高,体积利用率破72%,能量密度可达255Wh/kg,可实现整车1000公里续航,将于2023年量产上市。通过全球首创的电芯大面冷却技术,麒麟电池可支持5分钟快速热启动及10分钟快充。
作为新能源汽车的龙头整车企业,比亚迪一直是电池技术的引领者。比亚迪已经全面拥抱CTP技术。
2020年3月,比亚迪发布其创新技术刀片电池。比亚迪刀片电池将电芯宽度无限拉长,厚度做薄,实现900mm甚至将近1m的超长电芯,与传统方形电池相比,呈现扁平和长条形状。比亚迪CTP技术能将电池容量提高20%~30%,电池寿命延长20%~30%。
刀片电池基于磷酸铁锂技术的创新,具有启动放热温度高、温升慢、产热少、不释氧等优点。同时,刀片电池安全性较高,通过针刺实验,穿透后无明火、无烟,电池表面温度在30°至60°C。而三元电池针刺瞬间表面温度超500°C,且剧烈燃烧。
未来:电池进一步与整车融合,但融合的方式又分为车身、底盘两种路线。
第一种是地板面板与电池包上壳体合二为一,集成于电池,相当于电池上壳体替代了中地板的一部分结构。
第二种是地板面板与电池包上壳体合二为一,集成于车身,相当于将电池包的结构分为上壳体和电池本体两个部分。通过密封胶实现车身与电池本体的密封,底部通过安装点与车身组装。
未来的CTC将不单是电池集成,而是融合三电系统、动力域、热管理、电子电气及智驾等系统的高度模块化的集成体。
CTC方案不再仅限于电池重新排布,还将纳入电驱电控系统,使得电池、电机、电控、车载充电机、DC/DC、底盘高度集成,通过智能化动力域控制器,优化动力分配、降低能耗。这是未来的发展趋势,要求主机厂、电池供应商等必须具备多项跨域的能力,车企大多要有具备电芯设计、三电系统高度集成的能力。
CTC技术路线一:取消车身底板
2022年5月,比亚迪发布了CTB电池车身一体化技术,其原理为电池包上盖替代车身底板,减少底板零部件。这款CTB电池特点:比亚迪CTB刀片电池包的结构灵感来源于蜂窝铝结构,刀片电池相邻电芯先是紧密排列在一起,一排排的刀片电芯组成的结构就如蜂窝芯,再通过上盖板和底板组成类蜂窝结构。能够顺利通过50吨重卡碾压的极端测试,车身扭转刚度轻松超过40000N·m/°,动力电池的系统体积利用率提升至66%,系统能量密度提升10%。
特斯拉CTC方案,电池上盖兼具密封电池和车身地板两大功能。2021年,特斯拉在柏林工厂展示了4680 Structural Battery(CTC)方案——4680电池包,取消了模组设计,电芯密集排布在车辆底盘中,电池上盖肩负密封电池与车身地板两项功能,座椅则可直接装在电池包上。
特斯拉CTC方案具有减少支撑件、减轻整车质量、提升整体电池容量等优势,为车辆降低10%车重,增加14%续航里程,减少370个零件,单位成本下降7%,单位投资下降8%,大幅提升汽车生产制造的效率。
CTC技术路线二:取消电池包上盖板
其原理是车身底板当电池包上盖板。2022年5月,零跑汽车正式发布CTC电池底盘一体化技术,该技术自2016年开始研发,由此成为国内首发、全球第二家发布的CTC技术。
零跑汽车的自研化成果,利用车身设计实现电池密封,CTC技术借用底盘基本结构,利用车身纵梁、横梁形成完整的密封结构,解决气密难题,相对于传统汽车是一大创新。
我们知道,现在电池企业的话语权还是非常大的,牛者如宁德时代,甚至让主机厂都没有了话语权。但随着集成化化&线控技术加持,滑板底盘重塑供应链格局,汽车主机厂有望重夺话语权。
传统的非承载式车身:车架承载着整个车体,发动机、悬挂和车身都安装在车架上,车架上有用于固定车身的螺孔以及固定弹簧的基座的一种底盘形式。即车辆在受到应力时由底盘的大梁车架来承受,车身不受力。
而滑板底盘并不等同于非承载式车身,但存在相似性:1)制造形式:同属于上下分体式制造;2)完整的刚性结构:底盘有独立的结构和强度;3)独立驱动能力:底盘集成了动力系统、悬架、制动和转向,可以独立行驶。且滑板底盘在以下方面优于非承载式车身:1)滑板底盘以低地板结构为主,重心更低、稳定性更强;2)滑板底盘中电池、电机与电控系统集成于底盘的中央。
实现上述技术的前提是:一体化、线控技术的发展。
线控底盘使新能源汽车的上下车体解耦,因此线控底盘不仅是实现自动驾驶的关键,更是滑板底盘落地的技术基础。滑板底盘借鉴了原先应用于航空的线控技术,将传统的机械液压转向、制动等操纵结构转为使用电子信号控制,线控底盘技术将是滑板底盘的核心技术之一。
线控制动在传统制动系统中加入了控制器、传感器,如ABS防抱死技术,ECU通过传感器判断车轮是否抱死,并通过制动调节装置防止车轮抱死。线控转向就是把依靠转向管柱连接转向机构实现转向转换成为通过传感器检测方向盘角度信号,并通过电脑控制伺服电机来实现驱动转向的转向系统。
线控底盘和底盘控制是实现滑板底盘的技术关键点。上下车体的完全解耦还要求在底盘中设置独立的中央处理单元,对行车姿态进行规范控制。同时,要将机械转向制动改为线控,是滑板底盘需开发推进的关键技术点。
电池/底盘一体化:CTC电池将电芯直接排布在底盘上,取消了电池包的概念。一方面,滑板底盘具备独立的结构和强度,所以电芯承载的载荷更小;另一方面,电芯直接集成在底盘的设计既可以安装更多的电芯从而提升整车的续航里程,也可以减少电池包的成本。
电池/底盘一体化将使得供应链格局重塑:滑板底盘或将助力整车厂加强话语权。从CTP到CTC,车企主导权进一步增强。由于CTP没有突破Pack,技术未曾延伸到下游,电池企业仍然可以独立完成开发。而CTC的出现直接涉及汽车底盘,是整车最为关键的核心部件,电池厂/专业PACK企业难以独立开发。与CTP技术相比,CTC技术需要电池制造商在更早的阶段介入车型设计中,则要求电池厂具备更强的研发设计能力,配合主机厂深度开发。因为CTC并非只是集成电芯,而是融合三电的动力域。
滑板底盘或将助力整车厂拿回话语权。整车厂滑板底盘、智能底盘的推进是主机厂发挥自身优势,入局新能源汽车“新三化”的重要切入点。在电动化的前半段,动力电池厂拥有Pack设计制造优势,但进入CTC、滑板底盘阶段,主动权逐步向整车转移,强势主机厂将借助这一趋势自主研发CTC技术和滑板底盘。
滑板底盘的落地也可能改变现有产业链形态。滑板底盘应用落地后,主机厂可能需要将目前主流的整车一体式开发模式转变为上下分体式开发,或将改变汽车的产业链形态。滑板底盘供应商承担底盘类的整体开发,而主机厂将更多精力放在上车体系统、用户交互系统、自动驾驶系统、以及品牌运营上。
最后,我们再来看看产业链受益标的。
阿尔特:投资壁虎科技入局滑板底盘,向平台型企业迈进。公司于2022年2月18日发布公告,拟与公司董事长宣奇武先生、刘江峰先生、Faristar (HK) Investment Holding Limited 共同投资设立深圳壁虎创新科技有限公司以布局滑板底盘。
在此基础上,公司拟通过股权转让方式受让持有天津博郡80.1%股权,积极探索整车ODM模式。未来,公司有望将整车设计能力、核心动力零部件制造能力应用于滑板底盘、ODM之上,从而整合其现有资源,由单一项目型企业向平台整合型企业迈进。
伯特利:One-Box线控国内率先量产,造就国产制动龙头
公司是国内首先实现One-Box的线控制动系统批量生产自主品牌企业,主要的竞争对手为博世、采埃孚、大陆等。据公司公告,公司年产30万套线控制动系统生产线已于2021年6月份投入使用,2021年共有3个车型批量生产,预计2022年将新增30万套/年WCBS总成组装生产线。
拓普集团:滑板底盘Tier0.5合作厂商,系统级量产经验丰富
公司可提供滑板底盘一站式解决方案,涉及底盘轻量化、电动化、智能化多个领域,产品包括线控转向、热管理、电动助力转向等。据公司公告,公司分别于2020年5月、2021年11月发布定增预案、可转债预案,拟募资不超过20亿、25亿元用于底盘轻量化系统开发,进一步提升底盘系统产能,增强公司竞争力。
风险提示
CTC电池推进节奏放缓;底盘发展方向的不确定性;电动车渗透率提升不及预期;研报使用信息更新不及时。
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