2022年我國汽車輕量化及輕量化材料行業(yè)

市場綜合進展態(tài)勢圖文深度分析報告(2022.04.15)汽車輕量化這一概念最先起源于賽車運動，它的優(yōu)勢其實不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發(fā)動機輸出的動力能夠產(chǎn)生更高的加速度。由于車輛輕，起步時加速性能更好，剎車時的制動距離更短。汽車輕量化絕非是簡潔地將其小型化。首先應(yīng)保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標(biāo)地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時汽車本身的造價不被提高,以免給客戶造成經(jīng)濟上的壓力。試驗證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車進展的潮流。汽車輕量化技術(shù)目的。承受現(xiàn)代設(shè)計方法和有效手段對汽車產(chǎn)品進展優(yōu)化設(shè)計，或使用材料在確保汽車綜合性能指標(biāo)的前提下，盡可能降低汽車產(chǎn)品自身重量，以到達減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合指標(biāo)。一、汽車保有量持續(xù)上升，節(jié)能減排成各國重中之重經(jīng)過十余年的快速進展，汽車保有量持續(xù)上升。2022-2022年我國汽車保有和產(chǎn)量快速上升。2022年國內(nèi)汽車產(chǎn)量2819萬臺，同比增長13.5%,汽車產(chǎn)量仍處于逐步上漲趨勢中。另2022年8月末我國民用汽車保有量到達2.05億輛，汽車千人保有量為144輛/千人，與興旺國家每千人汽車保有量500輛左右相比，國內(nèi)汽車保有仍會持續(xù)上升。2022-2022H1國內(nèi)汽車產(chǎn)量（萬臺）2011 2012 2013 2014 2015 20162O17H1伴隨汽車保有量的增多，汽車排放污染引起留意。機動車大多是以汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機為動力，這兩類發(fā)動機均直接排放細顆粒物，其中汽油機排放的顆粒物相對較少，而柴油機排放量多，是城市PM2.5污染的主要排放源之一。北京市環(huán)保局公布的PM2.5來源解析報告顯示，在霧霾全部來源中，區(qū)域傳輸奉獻占28Q36%,本地污染奉獻，其中機動車污染占到31%,為主要來源。各國為把握汽車排放量，紛紛提出汽車能耗和排放目標(biāo)。到2022年，除美國之外的全球主要的汽車生產(chǎn)與消費國家和地區(qū)對乘用車燃油油耗的要求都將嚴(yán)格限制在5L/100km以下的水平，而且碳排放也更為嚴(yán)格（國內(nèi)在2022將承受國VI的排放標(biāo)準(zhǔn)）。汽車輕量化將成節(jié)能減排主攻方向。汽車行業(yè)的節(jié)能減排主要是指通過汽車制造商一些技術(shù)措施協(xié)作相應(yīng)的國家政策，建立起完善的機制等來削減能源鋪張和降低廢氣排放。主要技術(shù)措施為汽車輕量化技術(shù)、發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)、改善油品品質(zhì)和排放把握技術(shù)。其中，發(fā)動機技術(shù)與油品改善需要較長時間技術(shù)積存才能提升，而輕量化技術(shù)是目前最簡潔實現(xiàn)的技術(shù)，將成為減排主攻方向。汽車排放與汽車重量高度相關(guān)。在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，削減燃料消耗，降低汽車尾氣排放。汽車整備質(zhì)量降低lOOKg,汽車每百公里油耗將削減0.3?0.6L,汽車重量減低1%,油耗可減低0.7%,減排效果明顯。二、能源汽車為大趨勢，汽車輕量化助推續(xù)航里程我國能源汽車銷量快速增長。當(dāng)前我國的能源汽車進展主要由政策扶持，得到了飛速的進展。2022年，我國能源汽車銷量為50.7萬輛，同比增長53%0截止2022年11月，能源汽車11月當(dāng)月銷量11.9萬輛，同比增長106.7%o能源汽車銷量前景寬闊。到2022年，我國將形成能源汽車200萬輛的年產(chǎn)銷量規(guī)模，平均年復(fù)合增長率到達41幅市場前景寬闊；估量2022年我國能源汽車產(chǎn)量將到達242萬輛，CAGR到達46.88%；2022年能源汽車車型將達244款,較2022年55款增增加189款。能源汽車11月銷量11.9萬輛，同比+106.7%2022-2022年我國能源汽車產(chǎn)量（單位：萬輛）迫于環(huán)境的壓力局部國家出臺禁售燃油車時間表。荷蘭、德國、法國和英國等在內(nèi)等多個國家都給出了禁售燃油汽車的時間表，能源汽車的進展已經(jīng)勢不行擋。國際上已經(jīng)有多個國家表態(tài)將在不久的將來全面禁售燃油車從。目前工信部也啟動了停頓生產(chǎn)銷售傳統(tǒng)能源汽車時間表的相關(guān)爭辯，也將會同相關(guān)部門制訂我國的時間表。這也是工信部針對燃油汽車禁售的首度表態(tài)。雖然能源汽車銷量在各個國家持續(xù)走高，但是“里程焦慮”始終成為消費者購置能源汽車的關(guān)鍵阻礙。在目前的鋰電池技術(shù)限制下,假設(shè)是低價位電動車，續(xù)航只有100多公里；而續(xù)航里程大的，則價格較高，如特斯拉的續(xù)航達480公里，價格達約70萬元，遠超一般消費者的購置力量。一般能源汽車?yán)m(xù)航力量350公里以上，才能顯著消退消費者的焦慮。電池占汽車總重已達40%o通過加裝電池組數(shù)量來獲得里程數(shù)的提升，電池組總重達900Kg,已占總車質(zhì)量的42.7%,到達汽車總重的小半，想要連續(xù)增加電池組數(shù)以至較為困難階段。能源汽車電池能量密度短期內(nèi)較難提升。電池廠商欲通過提升動力電池密度提升從而提升電池里程數(shù)，目前，松下、三星、LG、CATL等第一梯隊動力電池廠商，電池能量密度在240-250Wh/kg區(qū)間，各家也在樂觀研發(fā)300Wh/kg以上動力電池處于測試研發(fā)階段，距離量產(chǎn)還有肯定時間，短期內(nèi)顯著難以實現(xiàn)。

Models電池組占總重各家三元動力電池密度比照（Wh/kg）輕量化是解決能源汽車?yán)m(xù)航難題的最有效途徑。通過汽車自身減重成為車場關(guān)注的方向。純能源汽車每削減100Kg重量，續(xù)航里程可提升還可以削減20%的電池本錢以及20%的日常損耗本錢。由于汽車輕量化可顯著提高電池續(xù)航力量，已形成量產(chǎn)的產(chǎn)品有:乘用車、商用車的外掩蓋件、內(nèi)構(gòu)造件等汽車輕量化車身件和能源汽車電池盒的外掩蓋件等?！跋拗婆欧拧悲B加“里程焦慮”，汽車輕量化成必定趨勢汽車輕量化優(yōu)勢明顯。所謂“汽車輕量化”，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，大幅降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性及續(xù)航里程，削減燃料消耗，降低排氣污染，甚至提升汽車操作性以及安全性。汽車輕量化優(yōu)勢凸顯，降低油耗和排放，汽車每減重10%,可削減油耗8%"10%,排放削減10%；操控性更強，汽車質(zhì)量降低，提升汽車轉(zhuǎn)向、加速及制動的機敏性；續(xù)航里程提升，電車每減重10%,續(xù)航力量增加5%?8%；提升安全性，有效削減事故時汽車勢能對外物的沖擊力。政策逐步落地推動國內(nèi)汽車輕量化產(chǎn)業(yè)進展。自2022年以來國內(nèi)接連公布汽車輕量化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃政策與支持政策。其中2022年公布的《中國制造2025》中，提出把握汽車低碳化、輕量化材料等核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，從關(guān)鍵零部件到整車的完整工業(yè)體系，推動輕量化產(chǎn)業(yè)進展；2022年公布的《材料產(chǎn)業(yè)進展指南》，指出應(yīng)加快調(diào)整先進根底材料產(chǎn)品構(gòu)造，擴展高性能復(fù)合材料應(yīng)用范圍，支撐汽車輕量化進展。汽車輕量化進展路線與目標(biāo)已確定。依據(jù)2022年10月26日，中國汽車工程學(xué)會節(jié)能與能源汽車技術(shù)路線圖公布會中，指出汽車輕量化技術(shù)將成為汽車行業(yè)將來重點進展目標(biāo)之一。其中要在2025年,力爭整車質(zhì)量平均減輕20%,汽車鋼鐵比例占汽車總重的30%,單車用鋁合金到達250kg,單車用鎂量到達25kg,碳纖維使用量占車輛比重的2%0節(jié)能與能源汽車技術(shù)路線圖—2022年2025年2030年整車質(zhì)量較2022年減軍10%:較2022年減520%至較2022年35%鋁合金用量190kg250kg350kg鎂合金用量15kg25kg45kg碳纖維增加復(fù)合材料有肯定使用量，本錢比2022年低50%與車重2%,本錢簞比上階段降50%與車重5%,本錢比上階段降低50%三、汽車輕量材料的進展輕量化材料的開發(fā)和應(yīng)用是當(dāng)前汽車輕量化技術(shù)的主要爭辯方向。汽車輕量化技術(shù)分為構(gòu)造優(yōu)化、材料升級和工藝創(chuàng)。其中，構(gòu)造優(yōu)化和工藝創(chuàng)側(cè)重于汽車前期設(shè)計與制造工藝層面，以目前國內(nèi)的技術(shù)水平來看，汽車輕量化程度提升空間不大，研發(fā)周期較長；而對汽車材料的更換和升級，能從根源削減汽車總重量，可行性更強，成為汽車輕量目前階段最主要方向。輕量化材料有著不同的特性。車身輕量化材料主要的技術(shù)路徑主要包括超強度鋼、鋁部件、復(fù)合材料玻纖碳纖等，不同國家選用的方向不同。歐洲選用的技術(shù)路徑主要是承受復(fù)合材料玻纖碳纖進展替代，美國根本是用鋁，比方特斯拉，國內(nèi)剛起步，技術(shù)路徑還未確定。不同材料在強度、質(zhì)量、耐蝕、抗熱、抗震和加工性等均有自身不同的優(yōu)勢，也決材料在不同汽車零件上的應(yīng)用。參考國外的技術(shù)路徑，復(fù)合材料與鋁合金將成為將來汽車輕量化的兩個主要材料方向。1、鋁合金汽車輕量化特性優(yōu)于鋼材鋁合金作為輕量化代表材料在整車制造上廣泛應(yīng)用基于如下優(yōu)點：1）重量大幅減輕。在強度、剛性滿足安全要求的同時，使用鋁合金可大大減輕車輛的自重，一般來說鋁合金車輛比鋼質(zhì)車輛輕30%~50%o2）優(yōu)良的耐火、耐蝕。鋁合金材料與鋼鐵相比具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，其散熱性比鋼更好。鋁合金外表易形成一層致密的氧化膜，因此鋁合金比鋼質(zhì)車體具有更好的耐腐蝕性能。3）吸取沖擊力好。鋁的吸取沖擊力量是鋼的2倍，在碰撞安全性方面有明顯優(yōu)勢。4）便于加工、制造、修理。鋁合金件的易于更換，不需除銹，適用于各種外表處理,便于維護,還可以回收的特點使制造工藝大大簡化,制造所需工作量也較鋼質(zhì)車體大大削減。鋁金屬用于汽車零件及車身技術(shù)已進展成熟。特斯拉、BMW以及Audi等皆運用了大量鋁材在整車設(shè)計中，大幅減輕了汽車的總重；國內(nèi)比亞迪、江淮、北汽等也將鋁材用于動力總成箱中，以降低汽車重量。2、復(fù)合材料汽車輕量化較傳統(tǒng)金屬材料優(yōu)勢明顯復(fù)合材料是由兩種以上不同性質(zhì)的材料經(jīng)過一系列物理、化學(xué)變化各種工藝進展復(fù)合的一種材料，它具有輕質(zhì)、高強、耐腐蝕、絕緣、耐溫、可設(shè)計性強、工藝性好等一系列特點。復(fù)合材料經(jīng)過70年的進展，在全球范圍內(nèi)已形成一個重要的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。碳纖維復(fù)合材料、玻纖維復(fù)合材料等先進材料和技術(shù)都在汽車復(fù)合材料中得到應(yīng)用。復(fù)合材料在汽車很多部件上已實現(xiàn)替代。輕量、安全、節(jié)能、環(huán)保是汽車工業(yè)的進展趨勢，而傳統(tǒng)的汽車金屬材料進展變化較小，已越來越難以滿足這些要求。復(fù)合材料特性可以適應(yīng)這種變化的趨勢，因而興旺國家汽車制造業(yè)始終把復(fù)合材料視為抱負的汽車輕量化材料。復(fù)合材料以其高性能及適應(yīng)性強的特點，滿足汽車部件的不同需要,已在很多部件上替代原來的鋼、鋁等傳統(tǒng)材料。復(fù)合材料曲面零件可設(shè)計性。汽車的外形從節(jié)能的角度考慮應(yīng)當(dāng)設(shè)計成空氣阻力最小的構(gòu)造，但必需兼顧其美觀性。具有肯定厚度的鋼板沖壓成型時，其曲面的外形往往受到限制，而使用復(fù)合材料時利用它的流淌性，比較易于制成各種外形的曲面，簡潔到達按空氣動力學(xué)設(shè)計的要求以及滿足美觀方面的需要。復(fù)合材料的零件性能可設(shè)計性強。通過調(diào)整纖維構(gòu)造、排列可以制成各向異性和不同厚度的制品，還可以實現(xiàn)夾芯構(gòu)造，以到達最正確輕量化方案。把纖維依據(jù)受力方向進展排布，可充分發(fā)揮復(fù)合材料強度不等向性來到達節(jié)約材料和減輕重量的目的。而金屬材料由于屬性均勻，在滿足受力最大方向上的技術(shù)要求后，另一個方向強度就會過剩。零部件一體化，縮短開發(fā)周期。復(fù)合材料制品一般是材料制造和產(chǎn)品成型同時完成。復(fù)合材料通過合理的模具設(shè)計，可以把不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一體成型，適合于制造用金屬板難于制造、生產(chǎn)效率低、難于保證精度的汽車零件。例如日產(chǎn)“布爾巴特”汽車前端板，用鋼板制造時由20多個零件組成，而用復(fù)合材料用7個零件就可以。總成、整體化則是汽車構(gòu)造的一種進展趨勢。四、中國輕量化材料發(fā)前景推測1、碳纖復(fù)合材料有望成為汽車構(gòu)造件輕量化材料主線1)＞碳纖維復(fù)合材料汽車輕量化碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用將成將來車身構(gòu)造輕量化的主要途徑。碳纖維復(fù)合材料之前主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，比方，波音787外表的90%都是碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料占構(gòu)造重量的50%0伴隨航空技術(shù)向乘用車領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，碳纖維復(fù)合材料在很多特性上超越傳統(tǒng)材料，將成為汽車車身機構(gòu)輕量化中材料的主要方向。在汽車眾多輕量化材料中，碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)輕、高強、抗沖擊和耐腐蝕等優(yōu)異特點。在滿足安全前提下，碳纖維車身削減的車身重量是鋁合金等材料減重的2倍；同時，碳纖維復(fù)合材料比重不到鋼的1/5但比強度卻是鋼的8倍，但擁有比金屬材料高5倍的能量吸取力量使其具有優(yōu)越的安全性能。用碳纖維復(fù)合材料構(gòu)造取代目前的鋼體車身，可大幅減重高達60%,進而提高30%以上的燃油效率，能源汽車上能平衡多裝電池所帶來的重量。汽車材料屬性比照—密度(g/cm3)比強度比剛度能量吸取(KJ/kg)較鋼材減重鋼7.8513125220%鋁合金2.8187252540%鎂合金1.79151393850%碳纖維1.59388112160%德國引領(lǐng)世界汽車碳纖維材料進展。由于歐洲在能耗和排放的政策上更加嚴(yán)格，使得汽車減重減排成為必定趨勢；并且，德國是目前豪華品牌車型最多的國家，材料、技術(shù)對于高端車型也會有著科技豪華感的加持作用，所以德國以為代表的車企對于材料的使用上顯得更為熱衷，尤其是寶馬在碳纖維車身方面都處于行業(yè)領(lǐng)先地位。2022年德國生產(chǎn)汽車鋁合金和其他材料在車身和底盤中的占比高達25%,是目前全球汽車輕量化材料使用比例最高的國家，到2022年材料的使用趨勢會連續(xù)上漲，將到達35%左右；同時，進一步降低低碳鋼在汽車車身中的使用比例至原來的一半20%,提上升強鋼的占比至45%o寶馬能源汽車引領(lǐng)全碳纖維車身進展大潮。寶馬能源電動車i3與i8整備質(zhì)量1224kg與1540kg,明顯領(lǐng)先雪佛蘭Volt、比亞迪e6、TeslaModeS與ModelX。寶馬i3與i8的超輕體重的核心技術(shù)就是大量使用碳纖維增加復(fù)合材料（CFRP）。寶馬i3上，寶馬承受創(chuàng)的LifeDrive模塊構(gòu)架，將車體分成Life和Drive兩個局部。車身不再負責(zé)傳遞承載的重任，這樣代表Life局部的乘坐模塊就有了更大的發(fā)揮空間，正好給寶馬i3的減重供給了時機：Life模塊承受的正是碳纖維增加復(fù)合材料CFPR構(gòu)成。通過大量使用CFRP,寶馬i3減輕了300kg,在很大程度上彌補了電池帶來的重量，這也是寶馬i3比別的電動汽車輕很多的緣由。碳纖維復(fù)合材料車身構(gòu)造給汽車帶來的好處不僅僅是減重。安全性。車身輕量化可以使整車的重心下移，提升了汽車操縱穩(wěn)定性，車輛的運行將更加安全、穩(wěn)定。碳纖維復(fù)合材料具有極佳的能量吸取率，碰撞吸力量量是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進一步保證了汽車的安全性。舒適度。碳纖維復(fù)合材料具有更高的震驚阻尼，輕合金需要9秒才能停頓震驚，碳纖維復(fù)合材料2秒就能停頓，故碳纖維應(yīng)用在汽車上，對于整車NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）的提升奉獻同樣很大，會大幅增加汽車行駛的舒適性。牢靠性。碳纖維復(fù)合材料具有更高的疲乏強度，鋼和鋁的疲乏強度是抗拉強度的30-50%,而碳纖維復(fù)合材料可達70-80%,因此汽車上應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料對于材料疲乏牢靠性有較大提升。2）、碳纖維復(fù)合材料總裝環(huán)節(jié)少，規(guī)?；瘧?yīng)用具備產(chǎn)業(yè)可行性碳纖維復(fù)合材料價格高和加工效率低是阻礙碳纖維復(fù)合材料大規(guī)模使用的主要因素。使用碳纖維復(fù)合材料的本錢到達20美元/kg,鋼的本錢是0.8?1.0美元/kg,鋁合金的本錢2.5美元/kg,鎂合金的本錢3.75美元/kg。汽車全屬零件承受沖壓制成，一般需要1分鐘內(nèi)即可完成，而碳纖維復(fù)合材料制品生產(chǎn)的編織、注膠和冷卻工序需要數(shù)小時，這也制約碳纖維材料的大規(guī)模量產(chǎn)。碳纖維復(fù)合材料將來空間巨大。2022年之后，碳纖維復(fù)合材料的本錢在將降至70元/kg,生產(chǎn)效率也大幅提升至2分鐘出一件，良品率也將大幅提升至95%；2022年以來我國汽車產(chǎn)量保持在2300萬輛以上每年。市場空間測算假設(shè)：假設(shè)2022年汽車產(chǎn)量將在2300萬輛每年，同時假設(shè)每輛車平均車重約為1500KG,估量碳纖維復(fù)合材料在汽車行業(yè)滲透率達2%；同時，假設(shè)碳纖維復(fù)合材每千克本錢為70元。測算2022年之后，汽車碳纖維復(fù)合材料市場空間達483億元。汽車產(chǎn)量［汽車總重［碳纖維重［市場空間?2300萬輛1?3450萬噸1-69萬噸 |?483億元目前國內(nèi)碳纖維汽車輕量化處于起步階段，主要碳纖維汽車零件廠商為海源機械和康得；海源機械的復(fù)合材料液壓成型技術(shù)主要為自己開發(fā)，而康德的復(fù)合材料成型技術(shù)主要依靠德國技術(shù)導(dǎo)入，海源機械擁有顯著技術(shù)本錢優(yōu)勢，有望領(lǐng)先啟動規(guī)模效應(yīng)。2、玻纖維復(fù)合材料將成汽車非構(gòu)造件輕量化主線1）、玻纖維復(fù)合材料汽車輕量化玻纖復(fù)合材料是改性增加塑料，是指在塑料中增加材料來玻璃纖維來提升力學(xué)性能，適合在汽車領(lǐng)域中對于局部金屬部件進展替代。玻纖維復(fù)合材料具有密度小、易成型、設(shè)計機敏美觀、耐腐蝕、耐沖擊、抗振、隔熱、隔電、易于涂裝、強度高、本錢低的特點，成為廣泛用于汽車內(nèi)外裝飾件和功能構(gòu)造件的主要材料。玻纖維材料在汽車零件中的使用。在整車制造中改性增加塑料占整車重量的9%；玻纖維增加塑料制造的前翼子板、發(fā)動機罩、尾板等在汽車車身上已普遍應(yīng)用；在座椅骨架、保險杠、電池托架、儀表板、地板、護板、發(fā)動機罩蓋、腳踏板、后背門等部件上得到運用。玻纖維復(fù)合材料較碳纖維價格廉價很多，但玻纖維較脆受到?jīng)_擊易斷裂，并且強度達不到碳纖維那么高，受熱較碳纖維變形程度較大,所以玻纖維更適合制成汽車非構(gòu)造件、裝飾件，