汽车轻量化快速提升及主要产品行业分析

1 汽车轻量化及一体化压铸渗透率将快速提升

在燃油车油耗标准收紧以及电动车补贴门槛提升、新能源积分压力等因素推动下，整车及零部件 厂商迫切需要新的技术路径以实现减耗节能。汽车轻量化和一体化压铸是降低油耗、提升续航的 重要途径，预计在需求推动下汽车轻量化及一体化压铸的渗透率将持续提升。

为了减缓全球气候变暖及实现可持续发展，中国于2020年提出了“碳达峰”和“碳中和”的“双 碳”目标。汽车是碳排放的主要载体之一，“双碳”目标的出台使得减耗、减排成为汽车技术的 确定性发展方向。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》，至 2025、 2030、2035 年，乘用车平均油耗分别需要降至每百公里 4.6L、3.2L、2.0L，其中燃油车平均油 耗分别需降至每百公里 5.6L、4.8L、4.0L。除中国外，美国、欧盟、日本等主要经济体也在逐步 收紧乘用车油耗标准。对于燃油车而言，随着油耗标准日益收紧，动力系统减耗的空间将不断缩 小，寻求新的减耗减排技术方向是大势所趋。

对于新能源汽车，在补贴政策退坡的趋势下，新能源汽车续航里程的门槛要求逐渐提升，同时续 航里程将直接影响车企的新能源积分，因此新能源汽车对提升续航里程的需求更为迫切；另一方面，动力电池占整车成本的比例达 30-40%，增大电池容量将显著提高电动车成本，在电驱动系 统及电池能量密度等方面的改进逐渐进入瓶颈期后，电动车需要在新的领域实现续航里程提升。

轻量化指在保证汽车强度及安全性能的前提下，尽量降低汽车的整备重量。研究表明，若燃油车 减重 10%，油耗将降低 6-8%；若新能源车减重 100kg，续航里程将提升 10-11%，同时降低 20% 的电池成本和日常损耗成本。对于传统燃油车和新能源汽车而言，轻量化技术能够提升动力系统 工作效率，从而减少能量消耗、提升整车续航，逐渐成为各大整车及零部件企业的重要技术方向。 在轻量化的基础上，2020 年 9 月特斯拉在电池技术日活动中宣布将于 Model Y 后车身底板中使用 一体化压铸技术，引领新一轮的技术创新。

传统汽车制造工艺包括冲压、焊装、涂装、总装等 4 大环节，主要路线是将钢板冲压成不同的零 部件单件后，通过焊接、铆接、涂胶等方式组装成白车身，再进行防腐、喷漆等涂装处理，最后 将内外饰、动力总成、底盘总成等零部件装配至车身上完成整车总装。传统汽车由约 500 个形状、 材料各异的零件组装而成，每个零件的误差波动都会影响整车的精度。为了保证整车质量满足要 求，各个零部件在组装前要经过严格的检测，汽车组装时也需要大量的调试和匹配工作，时间和 金钱成本耗费较大。

特斯拉的一体化压铸技术在制造工艺端和材料端引领革新。在制造工艺端，一体化压铸技术能够 使车身一次性成型，免去先分体冲压后焊装的复杂过程，大幅简化制造流程；由于只有 1-2 个大 型零件，一体化压铸技术能够免去大量零件连接造成的累计误差，制造精度得以提升，同时能节 省大量的调试时间和金钱成本。在材料端，传统汽车制造工艺广泛使用便于冲压、焊装的钢材作 为车身材料，而在一体化压铸技术中，便于压铸的铝合金将成为车身主要材料，带动铝合金部件 在整车上的应用增加，进一步提升汽车轻量化程度。

以 Model 3 和 Model Y 为例，Model 3 后车身底板采用了传统工艺，由 70 个零部件组装而成； Model Y 采用了一体化压铸技术，后车身底板整体由 2 个大型铸件组成，连接点由 700-800 个减 少至约 50 个，制造时间从 1-2 小时减少至 3-5 分钟，下车体总成重量将降低 30%。特斯拉下一步 计划使用一体化压铸技术制造完整的下车体总成，将约 370 个零部件压铸为 2-3 个大型铸件，重 量将进一步减少 10%，从而提升约 14%的续航里程。

2 汽车轻量化及一体化压铸主要产品

2.1 底盘轻量化产品渗透率将提升

汽车底盘是汽车传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四部分的组合，主要功能包括支撑发 动机及动力系统总成、接受发动机动力驱动汽车行驶、构建汽车整体造型等，直接影响汽车的安 全性、稳定性、舒适性、运动性能等方面。

底盘轻量化是整车轻量化的重要领域。作为汽车的核心部件之一，汽车底盘在整车重量中占比达 27%，仅次于白车身和动力总成。与车身相比，底盘轻量化技术和工艺更成熟，成本更低，据汽 车底盘之家分析，底盘悬架的减重成本系数为 0.95，远低于车身的成本系数 1.35。底盘承载了 70% 的车体重量，底盘轻量化有助于降低簧下重量，从而提升汽车的加速性能、操控性能和舒适性。

目前底盘轻量化的主要路径是以铝合金代替钢铁，汽车底盘铝合金部件包括转向节、副车架、制 动卡钳、控制臂、轮毂、各种壳体等。据中国产业信息网数据，2020 年中国汽车市场中铝合金转 向节、副车架、制动卡钳、控制臂的渗透率分别为 15%、8%、40%、5%，具有广阔的提升空间。 据国际铝业协会数据，铝合金在动力系统的渗透率达 90%，汽车底盘与其相比仍是蓝海市场。

国内众多铝合金精密压铸公司均在底盘轻量化领域有所布局，随着汽车轻量化需求不断增加，预 计铝合金部件将在底盘领域加速渗透，相关零部件公司有望从底盘轻量化趋势中持续受益。

2.2 车身轻量化：热成型钢及轻量化工艺为主流途径

汽车车身是整车重量占比最高的部分，也是轻量化潜力最大的领域，传统汽车中以高强度钢代替 普通钢材能减重约 11%，采用铝合金则能减重约 40%，轻量化材料减重效果显著。鉴于车身强度 要求、轻量化材料价格及加工技术水平等问题，钢材作为汽车车身主要材料的地位短时间内难以 撼动。

铝合金材料在轻量化程度和耐腐蚀性等方面相较于钢材优势明显，然而铝合金在车身上的应用仍 面临巨大的挑战：（1）加工工艺复杂。目前钢材加工工艺已非常成熟，而铝合金车身的加工和 连接需要铝电阻点焊、自冲铆接、胶接连接、激光焊接等多种工艺，生产流程的复杂度和自动化 要求远高于传统钢材车身。（2）制造成本高。首先是铝合金本身的价格较高，车用铝合金单价 约为每吨 1.5 万，是钢材料的近 3 倍，其次复杂的加工工艺使得铝合金车身成本进一步提升。（3）维修成本高，由于铝材延展性较差且维修工艺复杂，铝合金车身维修通常需要全件更换，导致售 后维修费用大幅增加。据文灿股份公告，目前铝合金车身结构件在燃油车的渗透率仅为 3%，在 纯电动车的渗透率为 8%，随着加工工艺改进及电动汽车减重需求持续提升，预计铝合金等轻量 化材料在车身上的应用将不断增加。

现阶段使用热成型钢等超高强度钢材及轻量化制造工艺是实现车身轻量化的主流途径。热成型钢 是将钢板加热至 880-950℃后，在冷却模具中进行热冲压成型及淬火处理，得到超高强度的冲压 件。热成型钢材具有极高的材料强度，具有 1000 MPa 以上的屈服强度和 1300MPa 以上的抗拉 强度，是普通钢材的 2 倍以上。目前主流的白车身由普钢、高强度钢、热成型钢等不同强度钢材 复合连接而成，其中热成型钢通常应用于车身前后保险杠、AB 柱、中通道等重要安全结构件，能 够以更低的厚度实现相同的安全性能，从而实现车身轻量化。除热成型技术外，激光拼焊、液压 成型等轻量化制造工艺也能够在保证车身安全性的前提下减少钢板厚度，达到车身轻量化目的。

近年来国内热成型等轻量化技术的发展迅速，国内零部件公司已具备成熟的热成型技术能力，能 够为国内外整车企业提供 AB 柱、防撞梁、保险杠等热成型车身件，有望在车身轻量化的大趋势 中受益。

2.3 增量领域：新能源汽车三电系统与一体化压铸部件

与传统汽车相比，新能源汽车三电系统将导致整车重量增加，从而影响续航对于相同车型，三电系统将导致整车额外增加 200-300kg 的重量；同时新能源车轻量化系 数比传统燃油车高 1.5-4 倍，意味着新能源汽车轻量化程度更低。三电系统通常占新能源汽车整 车重量的 30-40%，其轻量化是实现新能源汽车轻量化、提升续航的关键。

在新能源汽车三电系统中，电池包是重量最大的部分，约占整车重量的 18-20%，其中电池包壳 体（电池盒）约占电池包重量的 10-20%，是电池包中重量占比仅次于电芯的部件。在电池能量 密度提升逐渐进入瓶颈期后，电池盒轻量化成为新能源汽车的重点领域。

电池盒由上盖和下壳体两部分组成，目前电池盒上盖主要材质包括冲压钢板、冲压铝板、SMC 等， 下壳体材质以铝合金为主，按工艺可以分为挤出铝型材搅拌摩擦成型、冲压铝板焊接成型及整体 铸造成型等。当前阶段兼顾性价比和轻量化效果的电池盒最佳轻量化方案是挤出铝型材下壳体和 SMC 上盖的组合，随着碳纤维、镁合金等材质的价格下降，电池盒轻量化方案有望迎来进一步优 化。

紧跟新能源汽车快速发展大潮，文灿股份、凌云股份、华域汽车等国内零部件厂商积极开发轻量 化电池盒产品并取得定点项目。除电池盒外，国内厂商在铝合金电机、电控系统壳体以及混动汽 车变速箱壳体等领域也有相关布局。随着新能源汽车产销量及渗透率持续上升，三电系统轻量化 有望打开国内零部件厂商新增量空间。

在特斯拉的引领下，国内多家铝合金压铸零部件公司开始布局一体化压铸技术，购入多台巨型压 铸机用于车身结构件等领域的一体化压铸。一体化压铸具有流程简便、生产效率高、轻量化程度 高等优点，随着一体化压铸规模扩大，生产成本也将逐渐降低，预计未来将有更多整车企业采用 一体化压铸技术，一体化压铸渗透率有望持续提升。