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)動機前置、同時驅動后置的構架，不可避免需要傳動機構實現(xiàn)動力的傳輸。
純電動汽車采用電機驅動，電機的放置可以根據(jù)車型靈活調整，從而省去了傳動機構。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
電池盒結構系統(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、抗機械沖擊、機械振動和環(huán)境保護（防水防塵）的作用。
其中電池箱下箱體（即電池托盤）承擔著整個電池組的質量以及自身的質量，并且抵擋外部的沖擊，保護電池模組及電芯，是電動汽車重要的安全結構件。下圖是奧迪e-tron電池盒示意圖，采用網(wǎng)格型（或蛋形紙盒）結構，以在框架和下蓋（既提供保護又提供機箱完整性）內(nèi)固定和保護電池模塊。
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
電池Pack各主要部件中，質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量進行質量統(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，強度高、剛性高，質量重。
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：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行焊接是當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、沖擊強度不足等問題，需要車企具備較強的車身、底盤集成設計能力；
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計方案，通過型材的拼接及加工來滿足不同的需求，具有設計靈活、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，拉伸強度基本在220～240MPa之間，如果采用強度更高的擠出鋁型材，拉伸強度可達到400MPa以上，較普通鋁型材下箱體能再減重20%~30%。
3、焊接技術也在持續(xù)升級，目前主流為攪拌摩擦焊
由于需要將型材拼接，焊接技術對電池盒的平整度和精度有很大影響。電池盒焊接技術分為傳統(tǒng)焊接（TIG焊、CMT），以及現(xiàn)在主流的摩擦焊（FSW），更加先進的激光焊、螺栓自擰緊技術（FDS）和膠接技術等。
鎢極氬弧焊（TIG焊）是在惰性氣體的保護下，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)質焊縫。但隨著箱體結構的演變，箱體尺寸變大、型材結構變薄、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構，多采用CMT焊接技術。
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、焊接質量更高的攪拌摩擦焊技術開始大量被使用。
FSW是以旋轉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焊接接頭強度高、密封性好，被廣泛應用于電池包箱體焊接領域。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構。
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（FDS）和膠接技術等，其中比較出名的企業(yè)有德國WEBER公司和美國3M公司。
FDS連接技術是一種通過設備中心擰緊軸將電動機的高速旋轉傳導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，通常配合機器人使用，自動化程度高。
在新能源電池包制造領域，該工藝主要應用于框架式結構箱體，配合膠接工藝，在保證足夠連接強度的同時實現(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，并已經(jīng)量化生產(chǎn)。雖然FDS技術優(yōu)勢明顯，但是也有其缺點：設備成本高、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用。
三、空間：電池盒市場空間大，復合增速快
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容?；趪鴥?nèi)和全球新能源車銷量預計，我們通過假設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：
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2025年中國新能源乘用車銷量達到634萬輛，海外新能源乘用車產(chǎn)量達到807萬輛。
2）2020年國內(nèi)純電動汽車銷量占比77%，假設2025年銷量占比達到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。
測算結果：預計到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年復合增速分別為41.2%和51.7%。
四、國內(nèi)企業(yè)有望全球領先
電池盒是電動車新興賽道，中國企業(yè)有望成長為全球領先的供應商。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、和勝股份獲得較多車企電池盒訂單，處于行業(yè)第一梯隊。
