（报告出品方：长江证券）
新能源渗透带动轻量化提升
提高续航里程，轻量化大有可为
汽车轻量化是在满足汽车使用要求、安全性和成本控制的条件下，将结构轻量化设计技术与多种轻量化材料、轻量化制造技术集成应用，实现产品减重。1）汽车轻量化并非新兴概念，国外优秀的整车厂很早就已开启汽车轻量化进程。根据《中国汽车轻量化调查》，在-年间，受欧美各国法规政策影响，欧美汽车企业制造的产品重量就已减轻了20%-26%。2）我国有清晰的汽车轻量化发展规划，根据年由中国汽车工程学会发布的节能与新能源汽车技术路线图2.0，预计我国年纯电乘用车整车轻量化系数降低15%，年纯电乘用车整车轻量化系数降低35%。
随着新能源汽车行业的快速发展，汽车轻量化凸显出以下三个优点。
1）轻量化可提升新能源汽车的续航里程。目前续航里程是新能源汽车进一步发展的主要瓶颈，在电池能力提升逐渐达到极限的情况下，轻量化是解决该问题的另一手段。根据TheAluminumAssociation的研究，电动汽车减重10%和15%可分别减少6.3%和9.5%的电能消耗。根据比亚迪的研究，约有70%的能耗用在车身质量上，整车质量每减轻kg，每百公里电耗大约降低0.5~1kW·h。根据DRIVEALUMINUM的研究，在电动汽车中使用铝材可以将车辆的行驶里程增加与减轻重量大致相同的比例（如将重量减少20%可使车辆在同等电量下多行驶20%的距离）。
2）轻量化可提高新能源汽车加速性、制动性、操稳性等诸多车辆性能，并进而提升汽车使用寿命。一方面，减轻车重可以减少汽车轮胎和制动系统承受的压力，进而延长这些零部件的使用寿命，根据中国产业信息网统计，纯电动汽车每减重kg，续航里程可提高6%-11%的同时，日常损耗成本可降低20%。另一方面，减轻车重可以提高汽车行驶性能，有效降低刹车距离，使得转向和过弯的过程中更加灵活，同时在受冲击时铝合金等轻量化材料能吸收分散更多的能量，因此轻量化可提升汽车的舒适性和安全性。
3）轻量化可在一定程度上降低整车制造成本。行驶同样里程，车身越轻所需电池越少，根据DRIVEALUMINUM的研究，电动车采用全铝制车身结构后，每辆车可最多因此节省美元。
材料、设计、工艺是轻量化三种途径
汽车轻量化主要通过轻量化材料、轻量化设计和轻量化工艺三种途径实现。轻量化材料主要包括高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等，其中铝合金材料由于可回收、易成型、性价比高等等特点成为目前最有应用前景的轻量化材料。理论上铝制汽车可以比钢制汽车减轻重量达30%-40%，其中铝质发动机可减重30%，铝散热器比铜的轻20%-40%，全铝车身比钢材减重40%以上，汽车铝轮毂可减重30%。镁合金有更好的减重和减震效果，但由于强度相对较低且耐腐蚀性差等缺点，目前未在汽车上广泛使用。
未来十年内汽车的各个主要部件用铝渗透率都将明显提高。根据DuckerWorldwide的预测，铝制引擎盖的渗透率会从年的48%提升到年的85%，铝制车门渗透率会从年的6%提升到年的46%。具体反映在平均单车用铝量上，年北美地区每辆车平均用铝量为54kg，到年增长到kg，预计到年每辆车的平均用铝量将会达到接近kg。根据工信部委托、中国汽车工程学会牵头、位专家历时一年完成的大型联合研究项目——节能与新能源汽车技术路线图，单车用铝的具体的目标是：年kg；年达到kg；年达到kg。
以特斯拉为例。车身方面，定位高端的ModelS/X使用全铝车身，相比传统的钢材质车身，ModelS/X大幅地降低了重量，可以保证足够的续航能力。全铝车身减重效果明显，但是成本十分高昂，不单单是材料采购成本高，在汽车制造环节也更复杂，且全铝车身后期的维修成本也更高。Model3作为定位中端的车型，为平衡成本和重量，放弃了全铝车身，选择铝合金、低碳钢、高强度钢和超高强度钢的混合方案。Model3铝合金材质更多集中在尾部，来平衡前后重量分布，而在车身纵梁、A柱、B柱、车顶纵梁以及底板梁等位置使用超高强度钢，目的是保障车身主体框架的强度，提升车辆被动安全性。
从轻量化工艺角度，汽车上常用的铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上应用最多，如动力系统中壳体类的发动机缸体、缸盖等；底盘系统的转向器壳体、减速器差速器壳体、副车架、控制臂、车轮轮毂等。采用锻造工艺生产的零件主要为力学性能要求较高的零件，例如车轮、底盘悬架系统控制臂、转向节、空调压缩机涡旋盘等。
随着对强度和硬度的追求提升，其铸造工艺也在持续改进，形成了多种工艺。按照难度从易到难分类，分别为重力铸造、高压铸造、低压铸造、差压铸造、真空压铸、半固态压铸和挤压压铸。其中重力铸造是最原始的铸造工艺，成本低廉，但产品强度差，高压铸造是最常见的铸造工艺，相对于重力铸造其产品致密性得到提高，但容易产生气孔。低压和差压属于同一类，但差压在低压的基础上结合了结晶成型，产品强度相比低压更高。为解决压铸件内部存在的气孔和缩孔问题，能够生产出高强度、高密性、可焊接可热处理、可扭曲等各种高要求的压铸件，真空压铸、半固态压铸和挤压压铸是在普通压铸的基础上形成的新技术，对技术、设备提出了更高要求。
一体压铸改变行业生态，成为轻量化重大增量
降本增效，一体压铸有望成为制造主流
新能源车因车身结构差异，用铝量有显著提升。根据DuckerFrontier研究，新能源车单车铝合金使用量比传统燃油车多41.6%。其中由于减少了燃油车用发动机、传动系统以及其他看不见，使燃油车用铝量分别减少了24.0%、18.9%和2.2%。而纯电动车因动力系统和车身结构件铝合金用量更多，动力传动系统、结构件及其他零部件分别使单车用铝量提高了10.3%、48.7%、2.3%。
全铝车身具有出色的的轻量化表现，但过去受限于成本与技术未能广泛推广应用。早在年奥迪A8就采用全铝车身进行轻量化改进，全铝车身可降低车身重量实现油耗和排放大幅降低的同时，相较传统车身具有更高安全性和可操作性。但受限于技术与成本，全铝车身尚未成为目前车身主流。
一体压铸是轻量化材料、工艺和设计的有机结合，可有效降低全铝车身生产成本提升生产效率。一体压铸是指将车身一体化铸造，相较于传统全铝车身生产具有以下几个好处：
1）产品性能更好，且生产材料回收率高。一体压铸基础工艺是高压铸造，可实现生产的少切削、无切削,可避免冲压生产的回弹情况，且废料可以直接融化，材料的回收利用率较高。同时，相比传统的铸造技术,铸件性能有所提高的同时，压铸生产的原辅料消耗、能源消耗都有所降低。
2）模块化生产减少零部件数量，显著减少焊接工艺部件，解决铝合金连接技术要求高的问题并实现进一步减重。采用铝合金压铸件设计方案可实现高度模块化集成设计，有效减少零部件数量，款AudiA6的前减震器塔使用铝合金高真空压铸件设计，实现10个冲压件集成为1个铸件，且实现单车10.9kg的减重。根据年特斯拉电池日公布数据，采用了一体压铸后车底的ModelY相较Model3整块后车底缩减79个零部件，焊点大约由-个减少到50个，下车底重量降低30%。特斯拉的下一代车身底盘设计方案计划将电池盒整合进汽车底盘，用2-3个大型压铸件替换由个零件组成的整个下车体总成，并将10%的重量，由此可增加14%的续航里程。
3）精简生产流程，提高生产效率。ModelY相较Model3，减少了台工业机器人，简化生产和质检流程。
4）基于以上优点，一体压铸可以降低生产成本。特斯拉ModelY采用一体压铸后制造成本下降了40%。特斯拉下一代车身底盘设计方案可进一步降低7%的制造成本。
技术持续进化，一体压铸产品有望持续延展
目前铝合金铸件在全铝车身上使用较为广泛且下车体上应用较多，未来上车体应用铸件的车型有望逐步增多。参考相关文献及近十年ECB会议发布车型信息，统计了行业内主流车型铝合金铸件的应用情况，1）整体而言，铝合金铸件已经成为复合材料车身、全铝车身、钢铝混合车身的必备部件，甚至已在部分高端的钢制车身应用；2）铝合金铸件主要应用在下车体上，最为典型的部件为前减震器塔、后减震器塔和后纵梁；上车体应用铸件的车型逐步增多，典型部件为A柱模块以及A/C/D柱上接头等件。
随着压铸机吨位升级已经特斯拉带来的示范效应，国外企业也积极探索车身一体压铸的可能性。1）底盘：根据年特斯拉电池日信息，特斯拉将在年前实现下一代车身底盘设计方案。斯拉将用2-3个大型压铸件替换由个零件组成的整个下车体总成，最终白车身的下车体仅由三个零件组成——前下车体、中下车体（也是电池包）、后下车体。其中下车体设计采用结构化电池组（structuralbattery）的方案，即由底盘提供保护功能，充当电池盒的角色，电池直接内置在底盘结构中。结构化电池组的设计可以更密集的包装电芯并将电池移近汽车的质心，提高电池效率、整体结构的安全性以及汽车灵活性。
2）副车架：年6月，压铸企业汉特曼（Handtmann）研制出大型一体化压铸后副车架集成了更多的性能并降低了生产成本。3）电池盒：除了特斯拉将电池盒整合到彻底外，宝马、大众、本田等整车厂都有采用压铸的铝合金下壳体，但多为混动车所用，体积较小。年6月，压铸企业乔治费舍尔（GFCastingSolutions）与雷诺公司一起为雷诺两款车开发了一体压铸的铝合金电池外壳。该电池外壳尺寸为1.00x0.55x0.15米，重约15千克，并集成了冷却电路等功能。在传统生产工艺下，电池外壳需要组装多个单独的部件，如框架、型材或连接点等，GF的一体式压铸电池壳体将其整合为一个整体，并减少了装配步骤，避免了焊接和铣削等劳动密集型的连接和后工序。
3）电机电驱壳体：电驱动系统集成化发展已有时日，目前三合一电驱总成成为整车厂选配的主流方案，且逐渐整合更多功能，如比亚迪八合一、华为DriveOne七合一、上汽变速器威迈斯七合一电驱动等。目前电机壳体主要使用压铸工艺，随着电驱高度集成化发展，一体集成式电机壳体体积也越来越大，因此预期未来电机壳体所使用压铸件体积也将越来越大。
结合目前铝铸件使用情况，预期未来随着压铸机吨位的提升以及铝合金性能的提升，车企可以通过一体压铸生产更大的铸件。根据特斯拉“一体铸造”技术专利推测，未来特斯拉有可能会将车身底盘分为前车身、中间车身和左右侧围、后车身和底板几个大型部件一体压铸。1）一体压铸前车身可整合前纵梁、前隔板、前减震器塔、前保险杠等构件；2）一体压铸中间车身和侧围可整合立柱、门槛板、地板、车顶等构件；3）一体压铸后车身和底板可整合行李箱、后盖板、后侧板、后保险杠、后纵梁、后减震器塔等构件。（报告来源：未来智库）
一体压铸助力市场扩容，轻量化需求处于爆发期
电动车快速应用，一体压铸市场有望超百亿
目前对于市场空间测算，主要有以下四个假设：
1）单车铝合金一体压铸件使用量和铝合金价格
参考目前研发进展，未来一体压铸工艺除应用于后车底外，还将应用于电池盒、副车架、电机壳体等部件，根据前述部分重量计算，预计年新能源车一体压铸工艺部件重量可达KG。根据DuckerFrontier研究，纯电动车因动力系统和车身结构件铝合金用量更多，新能源车单车铝合金使用量比传统燃油车多41.6%，且无电机、电池盒等部件需要，假设年传统燃油车一体压铸工艺部件重量约为70kg。
2）使用一体压铸工艺的乘用车销量
国内新能源乘用车和传统燃油车销量和轻量化部分预测保持一致。根据目前有公布采用一体压铸工艺的国内整车厂（特斯拉、蔚来、小鹏、高合、小康汽车（仅考虑赛力斯））年销量约占国内新能源乘用车销量的22%，假设上述整车厂年所有车型标配一体压铸工艺，加之可能有其他整车厂后续也采用一体压铸工艺，假设年使用一体压铸工艺的纯电动车占比达30%。因目前国内尚无传统燃油车品牌宣布入局一体压铸，考虑到车型设计时间，假设年有5%的传统燃油车采用一体压铸工艺。
底盘、电池盒、电驱壳体放量,电动车轻量化整体空间有望达到0亿以上
除一体压铸外，新能源尤其纯电动汽车的结构升级推动轻量化单车价值提升，如底盘、电驱壳体等均形成较大的单车价值量，叠加需求快速提升，纯电动乘用车轻量化市场空间快速扩容。底盘：新能源汽车底盘与传统底盘对比来看，取消原有的传动轴、输油管等部件，增加了电池盒。纯电动汽车省却了发动机后，动力传动系统大幅优化。传统汽车一般采用发动机前置、同时驱动后置的构架，不可避免需要传动机构实现动力的传输。纯电动汽车采用电机驱动，电机的放置可以根据车型灵活调整，从而省去了传动机构。另一方面，纯电动汽车电池包未来将主要放置在汽车底盘部分，所以需要电池盒进行加固和保护。
电驱壳体：纯电动汽车采用电机驱动，电驱壳体是新能源轻量化中的重要增量部分。电驱壳料主要有铁质和铝质两种，也有少部分电机壳采用铜质的。铝合金电驱壳体相比铁铜材料的优势在于重量轻，导热性能好，可塑性强，可压铸可挤压，延伸率、稳定性、隔音性更高。随着电驱动系统集成化发展，电驱壳体由“分体式壳体”向“集成式壳体”再向“一体集成式壳体”，壳体中连接件数量逐渐减少，单车价值预计在1元左右。
基于以上分析，我们通过纯电动乘用车销量、单车用铝量等假设，计算出纯电动乘用车国内轻量化市场空间：核心假设：
1）年中国新能源乘用车销量为万辆，其中纯电动乘用车销量万辆，纯电动车销量占比82%。根据三部委印发的《汽车产业中长期发展规划》，合理假设年中国新能源乘用车渗透率达53%，销量达到万辆，其中纯电动乘用车销量万辆，纯电动车销量占比53%。
2）年铝合金使用量：全铝车身可比全钢车身减重40%，由此测算可得铝合金渗透率每提升2.5%，车身可减重1%。根据Dackfrontier统计，年北美汽车单车平均用铝量为kg，其中电动汽车单车用铝量为kg，非电动汽车单车用铝量为kg。而根据智研咨询数据测算，年我国平均单车用铝量为.2kg，根据《节能与新能源汽车技术路线图》设定我国年、年、年的单车用铝量达到kg、kg、kg。结合两方面信息表明，我国汽车铝代钢的进程落后北美约5年进度，假设年中国纯电单车铝合金使用量kg，年纯电铝合金使用量kg。
3）铝合金价格：铝合金价格假设同一体压铸市场空间测算保持一致。
4）年铝合金使用量：根据对目前国内主要新能源车型底盘和车身材质梳理测算，年电动车铝合金转向节、控制臂、副车架的渗透率分别约为47%、41%、13%（考虑到部分车型是部分采用铝合金副车架，对应销量除以一半），铝合金电池盒渗透率%。由此测算出，年单车铝合金价值约为元。
新材料应运而生，免热合金模具钢脱颖而出
免热处理合金：为一体压铸而生，批产空间释放
从上游材料环节来看，大型零部件压铸一体化工艺的横空出世，带动原料免热处理铝合金和高端模具钢等核心新材料亦进入产业链布局
转载请注明：http://www.0431gb208.com/sjszlfa/7511.html
