今日话题——新能源汽车电池盒

　　一、电动车全新增量，市场空间广阔

　　1、电池盒是新能源汽车的全新增量

　　和传统燃油车相比，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。电池壳体是新能源汽车动力电池的承载件，一般是安装在车体下部，主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏。

　　2、电池盒是电池包的“骨架”，是重要的安全件

　　电池盒结构系统主要由电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，可以看作是电池PACK的“骨架”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。

　　其中电池箱下箱体（即电池托盘）承担着整个电池组的质量以及自身的质量，并且抵挡外部的冲击，保护电池模组及电芯，是电动汽车重要的安全结构件。下图是奥迪e-tron电池盒示意图，采用网格型（或蛋形纸盒）结构，以在框架和下盖（既提供保护又提供机箱完整性）内固定和保护电池模块。

　　注：锂电池电芯组装成组的过程称为PACK，可以是单只电池，也可以是串并联的电池模组等。电池PACK组成重要包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、壳体和BMS几个部分。

　　3、出于轻量化需求，电池盒材料从钢向铝演进

　　电池Pack各主要部件中，质量最大的是电芯本体，其次为Pack下箱体、上盖、BMS集成部件等。对特斯拉Model3电池Pack拆解后称量各部件质量进行质量统计，下箱体重量占到6.2%，重量为29.5KG。电池包壳体是最原始的动力电池包壳体材料，一般采用铸造钢板焊接而成，强度高、刚性高，质量重。

　　早期电动汽车如NissanLeaf、Volt采用钢制电池箱体，但制约了电池Pack的能量密度，影响电动汽车的续航。目前比较多的采用的是铝合金电池盒，相较钢而言大幅减轻了重量。

　　二、技术：铝挤压+摩擦搅拌焊为主流，激光焊和FDS或成为未来方向

　　1、相比压铸和冲压，铝挤压形成型材后再进行焊接是当前电池盒的主流工艺。

　　1）冲压铝板焊接电池包下壳体拉延深度，电池包振动、冲击强度不足等问题，需要车企具备较强的车身、底盘集成设计能力；

　　2）压铸方式的铸铝电池托盘采用整体一次成型，缺点在于铝合金在铸造过程中易发生欠铸、裂纹、冷隔、凹陷、气孔等缺陷，浇铸后产品密封性较差，而且铸造铝合金的延伸率较低，在发生碰撞后易发生变形；

　　3）挤压铝合金电池托盘是目前主流的电池托盘设计方案，通过型材的拼接及加工来满足不同的需求，具有设计灵活、加工方便、易于修改等优点；性能上挤压铝合金电池托盘具有高刚性、抗震动、挤压及冲击等性能。

　　2、具体来看，铝挤压形成电池盒的流程为：

　　将铝棒挤出型材后采用搅拌摩擦焊工艺成型下箱体底板，并与4块侧板焊接成型为下箱体总成。目前主流铝型材采用普通6063或6016，拉伸强度基本在220～240MPa之间，如果采用强度更高的挤出铝型材，拉伸强度可达到400MPa以上，较普通铝型材下箱体能再减重20%~30%。

　　3、焊接技术也在持续升级，目前主流为搅拌摩擦焊

　　由于需要将型材拼接，焊接技术对电池盒的平整度和精度有很大影响。电池盒焊接技术分为传统焊接（TIG焊、CMT），以及现在主流的摩擦焊（FSW），更加先进的激光焊、螺栓自拧紧技术（FDS）和胶接技术等。

　　钨极氩弧焊（TIG焊）是在惰性气体的保护下，利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝，从而形成优质焊缝。但随着箱体结构的演变，箱体尺寸变大、型材结构变薄、焊后尺寸精度要求提高，TIG焊处于劣势。

　　CMT是一种全新的MIG/MAG焊接工艺，利用一个较大的脉冲电流使得焊丝顺利起弧后，通过材料的表面张力、重力和机械回抽，形成连续的焊缝，具有热输入小、无飞溅、电弧稳定以及焊接速度快等优点，可用于多种材料的焊接。例如，比亚迪、北汽旗下多款车型所使用的电池包下箱体结构，多采用CMT焊接技术。

　　4、传统熔化焊存在热输入大引起的变形、气孔、焊接接头系数低等问题，因此更高效绿色、焊接质量更高的搅拌摩擦焊技术开始大量被使用。

　　FSW是以旋转的搅拌针以及轴肩与母材摩擦产生的热为热源，通过搅拌针的旋转搅拌和轴肩的轴向力实现对母材的塑化流动来得到焊接接头。FSW焊接接头强度高、密封性好，被广泛应用于电池包箱体焊接领域。例如，吉利、小鹏旗下多款车型的电池包箱体均采用双面搅拌摩擦焊结构。

　　激光焊是利用能量密度极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连接接头。由于激光焊设备前期投资成本高、回报周期长，以及铝合金激光焊接困难等原因，激光焊尚没有得到广泛应用。

　　5、为了缓解焊接变形对箱体尺寸精度的影响，出现了螺栓自拧紧技术（FDS）和胶接技术等，其中比较出名的企业有德国WEBER公司和美国3M公司。

　　FDS连接技术是一种通过设备中心拧紧轴将电动机的高速旋转传导至待连接板料摩擦生热产生塑性形变后，自攻螺丝并螺栓连接的冷成形工艺，通常配合机器人使用，自动化程度高。

　　在新能源电池包制造领域，该工艺主要应用于框架式结构箱体，配合胶接工艺，在保证足够连接强度的同时实现箱体的密封性能。例如，蔚来某款车型的电池包箱体就采用了FDS技术，并已经量化生产。虽然FDS技术优势明显，但是也有其缺点：设备成本高、焊后凸起以及螺钉造价昂贵等，另外使用工况也限制了自身的应用。

　　三、空间：电池盒市场空间大，复合增速快

　　纯电动汽车持续放量，新能源汽车电池盒市场空间快速扩容。基于国内和全球新能源车销量预计，我们通过假设新能源电池盒平均单车价值计算新能源汽车电池盒的国内市场空间：

　　核心假设：

　　1）2020年中国新能源乘用车销量为125万辆，根据三部委印发的《汽车产业中长期发展规划》，合理假设2025年中国新能源乘用车销量达到634万辆，海外新能源乘用车产量达到807万辆。

　　2）2020年国内纯电动汽车销量占比77%，假设2025年销量占比达到85%。

　　3）铝合金电池盒及支架渗透率维持在100%，单车价值为3000元。

　　测算结果：预计到2025年中国和海外新能源乘用车电池盒市场空间约162亿元和242亿元，2020-2025年复合增速分别为41.2%和51.7%。

　　四、国内企业有望全球领先

　　电池盒是电动车新兴赛道，中国企业有望成长为全球领先的供应商。中国电动车发展迅速，和传统燃油车相比对于海外而言有弯道超车的优势。

　　国际巨头虽然在技术储备上较为丰厚，但本土企业兼具贴近市场和低成本量大优势，和国际巨头在新赛道上属于同一起跑线发展，未来本土优质企业产业地位有所提升。

　　国内企业做电池盒的新进入者较多，但如第二部分分析，电池盒是一个需要高投入，规模化和一体化降低成本，技术工艺要求高的行业，目前从国内企业来看，凌云股份、敏实集团、和胜股份获得较多车企电池盒订单，处于行业第一梯队。