今日話題——新能源汽車電池盒

　　一、電動車全新增量，市場空間廣闊

　　1、電池盒是新能源汽車的全新增量

　　和傳統(tǒng)燃油車相比，純電動汽車省卻了發(fā)動機(jī)后，動力傳動系統(tǒng)大幅優(yōu)化。傳統(tǒng)汽車一般采用發(fā)動機(jī)前置、同時驅(qū)動后置的構(gòu)架，不可避免需要傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)動力的傳輸。

　　純電動汽車采用電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)的放置可以根據(jù)車型靈活調(diào)整，從而省去了傳動機(jī)構(gòu)。電池殼體是新能源汽車動力電池的承載件，一般是安裝在車體下部，主要用于保護(hù)鋰電池在受到外界碰撞、擠壓時不會損壞。

　　2、電池盒是電池包的“骨架”，是重要的安全件

　　電池盒結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由電池PACK上蓋、托盤、各種金屬支架、端板和螺栓組成，可以看作是電池PACK的“骨架”，起到支撐、抗機(jī)械沖擊、機(jī)械振動和環(huán)境保護(hù)（防水防塵）的作用。

　　其中電池箱下箱體（即電池托盤）承擔(dān)著整個電池組的質(zhì)量以及自身的質(zhì)量，并且抵擋外部的沖擊，保護(hù)電池模組及電芯，是電動汽車重要的安全結(jié)構(gòu)件。下圖是奧迪e-tron電池盒示意圖，采用網(wǎng)格型（或蛋形紙盒）結(jié)構(gòu)，以在框架和下蓋（既提供保護(hù)又提供機(jī)箱完整性）內(nèi)固定和保護(hù)電池模塊。

　　注：鋰電池電芯組裝成組的過程稱為PACK，可以是單只電池，也可以是串并聯(lián)的電池模組等。電池PACK組成重要包括電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、殼體和BMS幾個部分。

　　3、出于輕量化需求，電池盒材料從鋼向鋁演進(jìn)

　　電池Pack各主要部件中，質(zhì)量最大的是電芯本體，其次為Pack下箱體、上蓋、BMS集成部件等。對特斯拉Model3電池Pack拆解后稱量各部件質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計，下箱體重量占到6.2%，重量為29.5KG。電池包殼體是最原始的動力電池包殼體材料，一般采用鑄造鋼板焊接而成，強(qiáng)度高、剛性高，質(zhì)量重。

　　早期電動汽車如NissanLeaf、Volt采用鋼制電池箱體，但制約了電池Pack的能量密度，影響電動汽車的續(xù)航。目前比較多的采用的是鋁合金電池盒，相較鋼而言大幅減輕了重量。

　　二、技術(shù)：鋁擠壓+摩擦攪拌焊為主流，激光焊和FDS或成為未來方向

　　1、相比壓鑄和沖壓，鋁擠壓形成型材后再進(jìn)行焊接是當(dāng)前電池盒的主流工藝。

　　1）沖壓鋁板焊接電池包下殼體拉延深度，電池包振動、沖擊強(qiáng)度不足等問題，需要車企具備較強(qiáng)的車身、底盤集成設(shè)計能力；

　　2）壓鑄方式的鑄鋁電池托盤采用整體一次成型，缺點在于鋁合金在鑄造過程中易發(fā)生欠鑄、裂紋、冷隔、凹陷、氣孔等缺陷，澆鑄后產(chǎn)品密封性較差，而且鑄造鋁合金的延伸率較低，在發(fā)生碰撞后易發(fā)生變形；

　　3）擠壓鋁合金電池托盤是目前主流的電池托盤設(shè)計方案，通過型材的拼接及加工來滿足不同的需求，具有設(shè)計靈活、加工方便、易于修改等優(yōu)點；性能上擠壓鋁合金電池托盤具有高剛性、抗震動、擠壓及沖擊等性能。

　　2、具體來看，鋁擠壓形成電池盒的流程為：

　　將鋁棒擠出型材后采用攪拌摩擦焊工藝成型下箱體底板，并與4塊側(cè)板焊接成型為下箱體總成。目前主流鋁型材采用普通6063或6016，拉伸強(qiáng)度基本在220～240MPa之間，如果采用強(qiáng)度更高的擠出鋁型材，拉伸強(qiáng)度可達(dá)到400MPa以上，較普通鋁型材下箱體能再減重20%~30%。

　　3、焊接技術(shù)也在持續(xù)升級，目前主流為攪拌摩擦焊

　　由于需要將型材拼接，焊接技術(shù)對電池盒的平整度和精度有很大影響。電池盒焊接技術(shù)分為傳統(tǒng)焊接（TIG焊、CMT），以及現(xiàn)在主流的摩擦焊（FSW），更加先進(jìn)的激光焊、螺栓自擰緊技術(shù)（FDS）和膠接技術(shù)等。

　　鎢極氬弧焊（TIG焊）是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲，從而形成優(yōu)質(zhì)焊縫。但隨著箱體結(jié)構(gòu)的演變，箱體尺寸變大、型材結(jié)構(gòu)變薄、焊后尺寸精度要求提高，TIG焊處于劣勢。

　　CMT是一種全新的MIG/MAG焊接工藝，利用一個較大的脈沖電流使得焊絲順利起弧后，通過材料的表面張力、重力和機(jī)械回抽，形成連續(xù)的焊縫，具有熱輸入小、無飛濺、電弧穩(wěn)定以及焊接速度快等優(yōu)點，可用于多種材料的焊接。例如，比亞迪、北汽旗下多款車型所使用的電池包下箱體結(jié)構(gòu)，多采用CMT焊接技術(shù)。

　　4、傳統(tǒng)熔化焊存在熱輸入大引起的變形、氣孔、焊接接頭系數(shù)低等問題，因此更高效綠色、焊接質(zhì)量更高的攪拌摩擦焊技術(shù)開始大量被使用。

　　FSW是以旋轉(zhuǎn)的攪拌針以及軸肩與母材摩擦產(chǎn)生的熱為熱源，通過攪拌針的旋轉(zhuǎn)攪拌和軸肩的軸向力實現(xiàn)對母材的塑化流動來得到焊接接頭。FSW焊接接頭強(qiáng)度高、密封性好，被廣泛應(yīng)用于電池包箱體焊接領(lǐng)域。例如，吉利、小鵬旗下多款車型的電池包箱體均采用雙面攪拌摩擦焊結(jié)構(gòu)。

　　激光焊是利用能量密度極高的激光束照射在待焊材料表面，使材料熔化并形成可靠的連接接頭。由于激光焊設(shè)備前期投資成本高、回報周期長，以及鋁合金激光焊接困難等原因，激光焊尚沒有得到廣泛應(yīng)用。

　　5、為了緩解焊接變形對箱體尺寸精度的影響，出現(xiàn)了螺栓自擰緊技術(shù)（FDS）和膠接技術(shù)等，其中比較出名的企業(yè)有德國WEBER公司和美國3M公司。

　　FDS連接技術(shù)是一種通過設(shè)備中心擰緊軸將電動機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)傳導(dǎo)至待連接板料摩擦生熱產(chǎn)生塑性形變后，自攻螺絲并螺栓連接的冷成形工藝，通常配合機(jī)器人使用，自動化程度高。

　　在新能源電池包制造領(lǐng)域，該工藝主要應(yīng)用于框架式結(jié)構(gòu)箱體，配合膠接工藝，在保證足夠連接強(qiáng)度的同時實現(xiàn)箱體的密封性能。例如，蔚來某款車型的電池包箱體就采用了FDS技術(shù)，并已經(jīng)量化生產(chǎn)。雖然FDS技術(shù)優(yōu)勢明顯，但是也有其缺點：設(shè)備成本高、焊后凸起以及螺釘造價昂貴等，另外使用工況也限制了自身的應(yīng)用。

　　三、空間：電池盒市場空間大，復(fù)合增速快

　　純電動汽車持續(xù)放量，新能源汽車電池盒市場空間快速擴(kuò)容?；趪鴥?nèi)和全球新能源車銷量預(yù)計，我們通過假設(shè)新能源電池盒平均單車價值計算新能源汽車電池盒的國內(nèi)市場空間：

　　核心假設(shè)：

　　1）2020年中國新能源乘用車銷量為125萬輛，根據(jù)三部委印發(fā)的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，合理假設(shè)2025年中國新能源乘用車銷量達(dá)到634萬輛，海外新能源乘用車產(chǎn)量達(dá)到807萬輛。

　　2）2020年國內(nèi)純電動汽車銷量占比77%，假設(shè)2025年銷量占比達(dá)到85%。

　　3）鋁合金電池盒及支架滲透率維持在100%，單車價值為3000元。

　　測算結(jié)果：預(yù)計到2025年中國和海外新能源乘用車電池盒市場空間約162億元和242億元，2020-2025年復(fù)合增速分別為41.2%和51.7%。

　　四、國內(nèi)企業(yè)有望全球領(lǐng)先

　　電池盒是電動車新興賽道，中國企業(yè)有望成長為全球領(lǐng)先的供應(yīng)商。中國電動車發(fā)展迅速，和傳統(tǒng)燃油車相比對于海外而言有彎道超車的優(yōu)勢。

　　國際巨頭雖然在技術(shù)儲備上較為豐厚，但本土企業(yè)兼具貼近市場和低成本量大優(yōu)勢，和國際巨頭在新賽道上屬于同一起跑線發(fā)展，未來本土優(yōu)質(zhì)企業(yè)產(chǎn)業(yè)地位有所提升。

　　國內(nèi)企業(yè)做電池盒的新進(jìn)入者較多，但如第二部分分析，電池盒是一個需要高投入，規(guī)?；鸵惑w化降低成本，技術(shù)工藝要求高的行業(yè)，目前從國內(nèi)企業(yè)來看，凌云股份、敏實集團(tuán)、和勝股份獲得較多車企電池盒訂單，處于行業(yè)第一梯隊。