從Model3看特斯拉的輕量化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈投資機會1.

汽車輕量化是大勢所趨1.1.

油車降油耗和電動提續(xù)航，輕量化是必由之路燃油車

2025

年平均油耗要降至

4L/100km。隨著全球汽車保有量的迅速增長，面臨能源、

環(huán)境和安全的壓力日益加大，節(jié)能減排政策也隨之不斷收緊。根據(jù)最新的《乘用車燃料消耗

量評價方法及指標(biāo)》，到

2025

年乘用車平均燃料消耗量要達(dá)到

4.0L/100km。企業(yè)燃料消耗

量與目標(biāo)消耗量比值要自

2021

的

123%不斷下降，到

2025

年需要達(dá)到目標(biāo)值。根據(jù)工信部

披露數(shù)據(jù)顯示,2019

統(tǒng)計的

144

家乘用車企業(yè)中，平均燃料消耗量實際值為

5.56L/100km，

燃料消耗量達(dá)標(biāo)的企業(yè)僅占

40%。隨著節(jié)能減排政策的不斷收緊，各車企需要采取更多的應(yīng)

對措施以達(dá)到降能耗的要求。燃油車要達(dá)到降油耗目標(biāo)，輕量化必不可少。根據(jù)中汽研節(jié)能經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析結(jié)果，單靠對發(fā)

動機、變速器或混動技術(shù)來降低燃料消耗水平，無法達(dá)到預(yù)定的降能耗目標(biāo)。在影響汽車能

源消耗量的因素中，重量最為關(guān)鍵。相關(guān)研究表明，燃油汽車車重降低

10%水平下，能夠帶

來

5%-8%的能耗減少以及

10%左右的排放量減少。此外，輕量化帶來的成本增量較其他方

案也具有可觀的比較優(yōu)勢。因此，通過輕量化技術(shù)來降低油耗變得十分關(guān)鍵。相較于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車輕量化更為迫切。新能源汽車是未來確定的大趨勢，而續(xù)航

里程是制約新能源汽車普及的關(guān)鍵因素。由于三電系統(tǒng)的加入，相比傳統(tǒng)車車重增

加明顯。與此同時，電池的帶電量、車重與續(xù)航里程直接相關(guān)，而電池成本占整車成本的比

重超過

30%。在電驅(qū)動技術(shù)以及電池能量密度方面沒有突破性進(jìn)展的時候，通過減輕車重可

以顯著提高續(xù)航里程或者保持續(xù)航里程不變的情況下減少帶電量進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。根據(jù)華

晨汽車工程研究院數(shù)據(jù)，新能源汽車質(zhì)量降低

10%，對應(yīng)續(xù)航里程可增加

5%~10%，相應(yīng)

可節(jié)約

15%~20%的電池成本以及

20%的日常損耗成本。1.2.

實現(xiàn)輕量化的技術(shù)路徑目前來說，新能源汽車輕量化技術(shù)主要包括以下三個方面:1)采用輕量化材料，主要包括

高強度鋼、鋁合金、鎂

合金、高強鋼以

及碳纖維復(fù)合材

料、高強度工廠

塑料等;2)

采用輕

量化的制造工藝和連接工藝，一方面在制造工藝上對傳統(tǒng)鋼材應(yīng)用熱沖壓成型、輥壓成型等，

對鋁合金等采用半固態(tài)成型、壓鑄成型等工藝，另一方面采用激光焊接等先進(jìn)連接工藝，最

終達(dá)到減少材料用量或零部件數(shù)量的目的。3)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡可能考慮輕量化，通過優(yōu)化

車身的空間結(jié)構(gòu)、零部件尺寸形狀等減少車身的零部件數(shù)量，同時通過新的設(shè)計對車身造型

及制造進(jìn)行創(chuàng)新。車身輕量化、動力輕量化、底盤輕量化是重點，零部件材料輕量化是落腳點。根據(jù)節(jié)能與新

能源汽車技術(shù)路線圖規(guī)劃，國內(nèi)汽車輕量化的重點包括車身輕量化、動力輕量化以及底盤輕

量化、材料輕量化、制作工藝輕量化等。一方面汽車設(shè)計和制造工藝門檻高，輕量化成本大，

另一方面無論是哪一方面的輕量化，最終都要落腳于輕量化的材料以及零部件上。根據(jù)節(jié)能

與新能源汽車技術(shù)路線圖規(guī)劃，到

2030

年，車輛的整備質(zhì)量要較

2015

年減重

35%，輕量

化材料及零部件的使用是重點。2.

特斯拉輕量化零部件有哪些?我們以

Model3

為例，從輕量化零部件視角拆解

Model3。從輕量化層面來看，

ModelS采用了接近全鋁的車身底盤，整車輕量化程度十分突出。但一方面，鋁合金車身制造工藝復(fù)雜，導(dǎo)致成本昂貴。另一方面，ModelS定位高端，并不是走量車型，因此對于國內(nèi)廠商

的借鑒意義有限。而

Model3

作為一款定位中端的車型，輕量化策略較好的平衡了成本、性

能以及安全性，其對輕量化材料/零部件的使用對國內(nèi)車廠以及零部件供應(yīng)商具有較強借鑒作

用。以長續(xù)航版為例，根據(jù)博奇發(fā)布的數(shù)據(jù)，Model3

三電系統(tǒng)、底盤、白車身分別占整車

質(zhì)量的

32.77%、19.79%以及

17.8%。2.1.

電池動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件的輕量化在實現(xiàn)相似電池容量的情況下，Model3

電池包重量比

ModelS減輕了約

67kg，除了高性

能電芯加高集成化的策略外，電池包結(jié)構(gòu)組件的輕量化不容忽視。Model3

長續(xù)航版與

ModelS高性能版的電池帶電量基本一致，但

Model3

長續(xù)航版的電池包重量僅有

469.5

公斤，非

電池部分重量

169

公斤，而

ModelS高性能版的電池包重量則達(dá)到了

545

公斤，僅電池包上

的保護(hù)殼就重達(dá)

125

公斤。由于車身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，Model3

電池包不再需要在底部額外加裝

類似

ModelS電池包上的保護(hù)殼，電池包的結(jié)構(gòu)組件只需要用來承載電池包自身重量就夠了，

因此電池結(jié)構(gòu)組件做到了較高的輕量化水平。1)在電池箱體方面，箱體上蓋板采用

0.8mm鋼板，箱體底板采用

3.2mm鋁合金，重量只

有

29.5kg。BMS組件上蓋板為

1.5mm鋁合金，底座為塑料預(yù)埋鈑金，電池箱體的總重量僅

為

53kg。2)在電池模組結(jié)構(gòu)件上，Model3

的電池模組主要由

21700

電芯、冷卻管以及模組外殼組

成。不同于

ModelS，Model3

的電池模組數(shù)量減少為四個，同時外殼選擇了重量更輕盈的

塑料材質(zhì)。其中，模組上蓋板和兩邊側(cè)板均采用塑料成型件或塑料

2.0，模組底盤采用塑料

和

0.8mm鋁合金板材。除了電池包結(jié)構(gòu)組件外，Model3

電機和高壓線束也有輕量化。Model3

通過將電機、電控、

減速器進(jìn)行三合一集成，同時電機殼體和變速箱箱體均采用鋁合金材質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到減重目的。

隨著汽車電動化以及智能化的迅猛發(fā)展，線束的輕量化也日益重要。出于輕量化考慮，Model3

的兩條高壓線束采用了被銅網(wǎng)和鋁箔包裹的鋁導(dǎo)線。鋁和銅的密度比約為

1:3.29，同時

鋁材比銅材價格低一

半。因此在相

同體積下，用

鋁導(dǎo)線代替銅

導(dǎo)線可使線束

質(zhì)量減輕三倍，

同時大大節(jié)約成本。2.2.

車身中的材料輕量化并沒有像

ModelS一樣使用全鋁的車身，而是綜合考慮了成本、安全以及輕量化等多

重目標(biāo)后，采用了鋼鋁混合的車身。其中超高強度鋼材、高強度鋼材以及普通鋼材使用量占

車身總重

84%，鋁合金用量占車身總重的

16%。從各材質(zhì)的分布位臵來看:1)Model3前縱梁/A柱/B柱/后縱梁均采用高強度熱沖壓鋼。如

果單純從輕量化角度來說，鋁合金材質(zhì)無疑是首選材料。但由于高強度鋼的高性能、高可塑

性、低成本、制造工藝成熟等優(yōu)點，Model3

在其前縱梁/A柱/B柱/后縱梁等在碰撞過程需

要吸收大量能量的部位采用了高強度熱沖壓鋼材，在保證成本、安全性等因素后，最大限度

的實現(xiàn)輕量化。2)車底橫梁采用高強度輥壓鋼。輥壓鋼相較于沖壓鋼而言，在生產(chǎn)效率、

材料利用率以及輕量化方面更具優(yōu)勢。因此，Model3

在車底不需要承受高強度碰撞的橫梁

上采用了輥壓鋼材，其重量較沖壓件可下降

17%以上。3)前后防撞梁/四門前蓋/后車底均采

用沖壓鋁材。為了達(dá)到車身輕量化的目標(biāo)，

Model3

將輕質(zhì)鋁引入車身結(jié)構(gòu)中不易受到意外

撞擊的后車底，同時使用鋁合金材質(zhì)替代了

ModelS上的鋼制前后防撞梁。在開閉件上，由

于鋁板沖壓工藝無法完成后行李箱鴨尾造型，因此只有四門前蓋采用了鋁合金。4)前保險

杠支架總成/儀表盤橫梁采用塑料或混合材料。與

BMWi3、Bolt等相比，Model3

的儀表盤

橫梁采用了鋁鎂合金、鋁合金、塑料等多種材料，較傳統(tǒng)鋼材管梁重量可降低

30%-43%左

右。除此之外，Model3

的前端支架采用纖維增強塑料，較鈑金材質(zhì)重量下降

50%以上。2.3.

底盤中的零部件輕量化從底盤來看，出于成本等的考慮，Model3并沒有像ModelS/X一樣大比例使用鋁合金材質(zhì)，

但在一些關(guān)鍵部位上，仍然采用了輕量化零部件。1)鋁合金控制臂。在汽車懸架系統(tǒng)中，

控制臂作為導(dǎo)向和傳力元件，負(fù)責(zé)將車輪上的各種力傳遞給車身，并保證車輪按一定軌跡運

動，決定著轎車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性。Model3

的前懸下控制臂同其他車型一

樣采用鋁合金材質(zhì)，而前懸的上控制臂則將雙層鈑金