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三电如何催生了万亿“宁王”与“迪王”?

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汽车出行
作者:梅旭康
编辑:郝秋慧 2022-07-11 16:59
“国内唯一一家可以自主生产三电系统的新能源车企”,是比亚迪核心能力之一。
新能源汽车动力电池产业链漫长,上中下游企业供需关系和竞争态势错综复杂。本报告从全球角度扫描核心和潜力玩家,挖掘企业战略布局、分析技术研发路径,解析企业运营思路,并深层剖析关于特斯拉、宁德时代、比亚迪等企业的经典案例。结合全球能源革命的主旋律,报告分析了车企主动学习动力电池技术背后的原因,预测了美国新能源汽车市场的发展潜能,构建“锂自足、锂循环”的完美生态闭环,最终完成对未来产业链发展前景的预测和展望。
2022全球新能源汽车动力电池发展研究 报告

6月10日,比亚迪市值突破万亿,位列全球汽车企业市值前三,成为中国第一个跻身万亿市值俱乐部的整车企业。 

7月4日,比亚迪公布了其6月及上半年销量。其单月汽车销量13.4万辆,上半年累计销量达64.1万辆,比亚迪成功超过特斯拉上半年56.4万辆的销量成绩,一跃成为全球新能源汽车销量冠军。

 “国内唯一一家可以自主生产三电系统的新能源车企”,是比亚迪核心能力之一,这也是常被其用户津津乐道的一点。 

与传统燃油车的核心三大件——发动机、变速箱、底盘不同,新能源汽车的核心是三电系统——电池、电机、电控。 

新能源汽车三电系统等结构部件的变革,给了中国汽车产业一个打破国外重重专利与产业壁垒的绝佳机会。 

动力电池,中国企业稳居第一梯队

草蛇灰线,伏脉千里,靠手机等二次充电电池业务起家比亚迪,在动力电池赛道很早就崭露头角,虽被宁德时代后来居上,但依然是全球头部玩家之一。

据亿欧智库发布的《2022全球新能源汽车动力电池发展研究》报告数据,2021年全球动力电池厂商中,宁德时代、LG新能源、松下分别以全年96.7GWh、60.2GWh、36.1GWh的装机量,位列前三。比亚迪全年装机量为33.7GWh,排名第四。

2021年,在中国市场,宁德时代和比亚迪共同占据市场近七成的市场份额。

新能源浪潮袭来,比亚迪、宁德时代等中国电池厂商在动力电池领域发挥出了主场优势,在全球新一轮汽车产业变革中站稳了脚跟。

宁德时代的前身——ATL(新能源科技有限公司,Amperex Technology Limited),也是一家以苹果、微软、诺基亚等海外客户为主体的锂电池厂商。

在中国本土,中国动力电池厂商掌握绝对优势。放眼海外,宁德时代与LG新能源等国外厂商在海外市场贴身肉搏,为争抢2025年及以后更长远的市场空间做出努力,技术创新则是动力电池企业在这场竞争中的核心能力。

从纯电动车的制造成本来看,三电系统成本几乎占到整车成本的50%。三电系统中,电池制造成本超过了四分之三。

动力电池作为新能源汽车的“力量源泉”,与汽车续航里程、产品体验、政策补贴等方面均息息相关。

亿欧智库在《2022全球新能源汽车动力电池发展研究》报告中,将动力电池产业链分为上游、中游、下游三个部分。 

上游由正极、负极等原材料及零部件相关企业组成,中游包含宁德时代、LG、比亚迪等动力电池企业,下游主要是乘用车和商用车主机厂。

动力电池最初是锂电池的细分领域,中国在3C锂电池领域很早就形成了完备的制造产业链。动力电池厂商竞争格局基本形成,全球动力电池厂商前十名的市占率合计达91.2%。

就材料创新而言,动力电池厂商主要在电池正极材料上做文章,因为正极材料占据动力电池的40%左右的成本。

目前正极材料主要以磷酸铁锂和三元锂为主。

磷酸铁锂电池原料资源丰富,在成本、循环寿命等方面优于三元锂电池,三元锂电池则相对拥有更高的比容量和更快的充电速度,但成本更高。

新一代钠离子电池的研发被宁德时代等企业提上日程,若用其来替代磷酸铁锂,可将正极材料的成本占比从整车的40%降至17%。

但目前钠离子电池技术不够成熟,其能量密度较低,将其限制在了低速车应用领域。

此外,基于电解质材料创新的固态、半固态电池也逐渐走到台前。

电池形态也产生了诸多变化,比亚迪的刀片电池、特斯拉的大圆柱电池,都是一时风头无两的明星产品。

特别是今年以来,4680大圆柱电池话题持续发酵。除特斯拉外,比克电池、松下、亿纬锂能、宁德时代在此领域都有所布局。

亿欧智库认为,大圆柱4680动力电池依靠“无极耳”的创新性结构设计,有效地解决发热问题,使高镍低钴或高镍无钴电池的量产成为可能。亿欧智库预测,到2025年圆柱形动力电池的市场份额将达到30%左右。

总体来看,在动力电池这条细分赛道上,中国动力电池企业牢牢占据第一梯队,在面向未来的技术研发上均有所布局。

宁德时代稳居鳌头,但蜂巢能源等后起之秀的出现为中国动力电池的持续发展增添新生力量。 

我有资源,你有技术,却互相伤害

相较传统燃油车的发动机,新能源汽车的驱动电机承担着将电池电能转化为机械能的作用,是车辆动力的直接来源。

根据NE时代数据,2022年1-5月中国新能源乘用车市场驱动电机配套企业装机量TOP15中,比亚迪旗下弗迪动力以26.32%的市占率占据榜首,特斯拉则以7.94%的市占率位居第三。

位居第二的方正电机也是中国第三方电机供应商龙头企业,其合作车企包括长城、吉利等头部主机厂。 

在中国市场,国产驱动电机企业占据第一梯队,比亚迪、上汽等已经拥有自主研发生产能力的主机厂,和以方正电机、精进电动为代表的第三方供应商,已可以生产出媲美国际先进水平的新能源汽车驱动电机。

新能源汽车的驱动电机按整体技术可以划分为四大类:直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。

其中,直流电机和开关磁阻电机因为技术缺陷等原因逐渐被淘汰。交流异步电机和永磁同步电机是目前新能源汽车主要的电机类型。

交流异步电机在欧美车系里运用较多,以特斯拉作为主要代表,在中国最常见到的驱动电机种类是永磁同步电机。

相较交流异步电机,永磁同步电机体积更小,能耗较低,能量转换效率高,市面90%以上的新能源汽车都是使用永磁同步电机。特斯拉部分车型也开始采用永磁同步电机。

针对永磁同步电机,中国存在一个得天独厚的优势——稀土资源。

永磁同步电机核心零部件定子与转子的主要原材料为钕铁硼,钕铁硼永磁体具备高效率、小型化、轻量化等优势。

这种材料从稀土中才能提炼出来,公开资料显示,中国占据了全球60%以上的稀土产能,和85%以上的钕铁硼产能。

随着中国新能源汽车市场的进一步发展,钕铁硼产量还在不断增加。

4月29日,工信部发布公告称2022年一季度中国主要稀土功能材料产量保持平稳增长。其中,稀土磁性材料方面,烧结钕铁硼毛坯产量6.85万吨,同比增长30%;粘结钕铁硼产量2520吨,同比增长20%。

中国拥有完整的稀土产业链,针对烧结钕铁硼永磁材料产业,国内已发展出中科三环、金力永磁等一批中国厂商。

需要关注的是,烧结钕铁硼的相关高端技术专利,绝大部分被掌握在日立金属等国外企业中。日立金属保有600多项烧结钕铁硼的专利,中科三环等国内厂商也是在取得日立金属专利授权后,才得以将产品出口至海外。

中国和国外企业形成了在资源和技术两个领域互相卡脖子的尴尬局面。

不过近年来,中国在钕铁硼磁体制造技术上进步显著,在生产装备上也有所突破,烧结钕铁硼磁体已实现快淬甩带和氢破制粉工艺以及设备的国产化。

国外主机厂则想通过开发新技术或研发稀土含量更低的永磁电机,来减少对稀土材料的依赖,大众、宝马等均有过尝试。

痛并追赶着

去年8月,比亚迪发布第三代纯电专属平台e3.0,其电驱系统采用更加集成的八合一结构。

比亚迪八合一电驱总成包含驱动电机、减速器、电机控制器、高低压直流转换器、双向车载充电器、高压配电箱、电池管理器、整车控制器八大模块。

其整体性能较上一代功率密度提升20%,整机重量降低15%,系统综合效率达到89%。

广义上讲,电控系统则包括整车控制器、电池管理系统和驱动电机控制器等部分。其核心组件包含逆变器、驱动器、电源、控制器、保护模块、散热系统、信号检测模块等部件。

近年来,驱动电机、电机控制器与减速器“三合一”集成化,及至BMS、VCU等“多合一”的电驱动系统,成为新能源汽车的主要发展趋势。

原来的新能源汽车动力系统各部件“各自为战”,此类一体化集成电驱系统在整体体积、能量损耗等方面均有所优化,且利于新能源汽车动力系统形成标准化。

这也要求车企更高额的前期研发投入,以及更加精密的技术与生产标准,对车企与供应商之间的协作能力也提出考验。但其带来的轻量化、更低的成本、更高的效率等诸多优势,以及对车企平台化设计等方面的助力,注定让集成化电驱系统成为车企们争相抢夺的“香饽饽”。

当前量产的纯电动汽车领域中,“三合一”电驱系统已经成为主流。

针对电驱系统集成化的研发,国内外相关企业没有明显的“时差”。国外特斯拉、博世、大陆博格华纳等主机厂或供应商均推出了电驱动一体化总成产品。

中国则主要以比亚迪、蔚来、上海电驱动、精进电动等企业为代表。

NE时代数据显示,2022年1-5月中国新能源乘用车市场电驱动系统配套企业装机量top15榜单中,比亚迪弗迪动力、特斯拉两大厂商以23.92%和13.89%的市占率稳居前二,但其主要用于自供。

随着新能源汽车电子电气架构逐渐走向域控制和中央控制,作为动力域的核心,集成化已成为电驱总成技术升级的必然趋势。

电机控制器,电源管理系统BMS等电控系统组成成分,作为新能源汽车的核心控制板块,是主机厂的重点集成对象。

事实上,相较中国在电池、电机领域的发展,国内电控系统的自主化程度还有所不如。主要原因是中国车企和供应商在IGBT等核心零部件板块被扼住了咽喉。

整个电控产业链中,最关键的是上游的元器件供应,逆变器的核心模块:IGBT(绝缘栅双极型晶体管),成本可以占到整个电控系统的40-50%。

据Yole预测,2020年-2026年,新能源车用IGBT市场将会以23%的复合年增长率飞速发展。至2026年,新能源汽车IGBT市场规模将达到17亿美元。

但长期以来中高端IGBT主流器件英飞凌、三菱、ABB等国外厂商垄断,国内虽出现斯达半导、比亚迪等厂商,相较英飞凌等龙头企业技术,仍存在一定的差距。

但这种差距正在逐渐缩小,斯达半导在2021年成功研发出基于第七代微沟槽Trench Field Stop技术的新一代车规级650V/750V/1200V IGBT芯片,并于2022年开始批量出货。

针对更具潜力的第三代SIC半导体,6月20日,比亚迪半导体全新推出1200V 1040A SiC功率模块。

结语

中国新能源汽车凭借着三电系统、自动驾驶等技术的发展,正走向世界,并催生出比亚迪、宁德时代等龙头企业,但繁花锦簇之中也多带刺蔷薇。

车声鼎沸的新能源浪潮之下,比亚迪也只是中国新能源汽车市场飞速发展的一角剪影。

中国车企需继续发扬市场优势,也要认清劣势并加以补足,虽然半导体等核心技术研发不可一蹴而就,开拓海外市场困难重重,但至少比亚迪等企业还在坚持,宁德时代还在海外与LG新能源拳拳到肉地争抢市场。

未沉醉于一时的欢喜,这是中国汽车企业呈现给市场的最好形象。

本文来源于亿欧网,原创文章,作者:梅旭康。
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