1、中國新能源汽車過去及未來十年發(fā)展情況
一、中國新能源汽車行業(yè)發(fā)展分析
1.中國新能源汽車運行態(tài)勢分析
新能源汽車行業(yè)產(chǎn)銷情況分析
（一）新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模分析
2010-2015年，我國新能源汽車產(chǎn)銷規(guī)模逐年增長，且增長速度較快。2015年新能源汽車產(chǎn)銷340471輛和331092輛，同比分別增長3.3倍和3.4倍。2016年1-7月，新能源汽車產(chǎn)銷21.5萬輛和20.7萬輛，同比增長119.8%和122.8%。
（二）新能源汽車產(chǎn)銷率分析
2010-2016年，我國新能源汽車產(chǎn)銷率呈現(xiàn)波動性，范圍在95%-102%之間。2015年，我國新能源汽車產(chǎn)銷率97.24%，較上年相比增長1.95個百分點。2016年1-7月，新能源汽車產(chǎn)銷率有所下降，為96.28%，較2015年底相比下降0.96個百分點。
（三）電動汽車產(chǎn)銷規(guī)模分析
2011-2015年，我國純電動汽車產(chǎn)銷規(guī)模大幅增加。2015年，純電動汽車產(chǎn)銷254633輛和247482輛，同比增長4.2倍和4.5倍。2016年1-7月，純電動汽車產(chǎn)銷16.2萬輛和15.3萬輛，同比增長156.4%和160.9%。
新能源汽車市場的應(yīng)用情況分析
從目前的新能源汽車市場發(fā)展情況來看，應(yīng)用于公交系統(tǒng)的新能源公交汽車成為新能源汽車“先鋒”，而私人新能源汽車市場啟動緩慢。新能源公交汽車市場的迅速發(fā)展，主要得益于各地方政府環(huán)保意識增強，加大了對新能源公共交通工具的支持；同時，相比較于私人新能源汽車，新能源公交汽車對相關(guān)配套設(shè)施的要求較低，也促進了新能源公交汽車的推廣與應(yīng)用。
2.新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展狀況
北京市新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展狀況分析
科技部、北京市政府聯(lián)合向北汽福田汽車股份有限公司頒發(fā)“北京新能源汽車設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)基地”牌匾，并同意于2008年12月28日，由北汽控股公司發(fā)起成立“北京新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。
吉林省新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展狀況分析
吉林省于2009年12月18日正式成立吉林省新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。聯(lián)盟由一汽集團牽頭，由吉林大學(xué)等23家科研、生產(chǎn)單位組成。
重慶市節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展狀況分析
重慶市節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟于2009年6月2日宣告成立，國家工信部、科技部、重慶市相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)出席了成立儀式。聯(lián)盟以長安汽車為龍頭，吸納了新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的研發(fā)、設(shè)計、制造、零部件供應(yīng)、工藝設(shè)備制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和終端用戶等近30家企業(yè)加入。
廣東省電動汽車省部產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)展狀況分析
廣東省電動汽車省部產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新聯(lián)盟于2009年7月17日在廣東佛山宣告成立，聯(lián)盟由廣汽集團牽頭，廣汽集團、華南理工大學(xué)、中山大學(xué)等單位共同發(fā)起，聯(lián)合了廣東省內(nèi)的電動汽車生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)零部件制造企業(yè)，以及國內(nèi)乃至境內(nèi)相關(guān)高校和科研機構(gòu)等。
二、中國新能源汽車商業(yè)模式分析
1.新能源汽車商業(yè)模式分析
整車加電池捆綁銷售
這種模式需要以來自充電，這種模式除了自充電對電池技術(shù)要求難題之外，還對標準化管理提出要求。源于西方最早給中國人一個概念：家家戶戶有電源，每家有車庫，白天開車晚上不開，所以找到電源充了就行了。這種模式是西方最先源于對電動車的發(fā)展思考的。目前沒有一個國家成功實現(xiàn)商業(yè)化，中國在該模式上已經(jīng)有所應(yīng)用。
整車租賃模式分析
電動車整車租賃是由燃油汽車的租賃商業(yè)模式發(fā)展而來。這種模式為許多整車企業(yè)所認可。整車企業(yè)通常認為，電動汽車租賃可以規(guī)避目前在政策和技術(shù)領(lǐng)域尚未解決的很多問題，是目前電動汽車進入民用市場的捷徑。國內(nèi)已經(jīng)有不少汽車企業(yè)嘗試整車租賃的商業(yè)模式。
裸車銷售&電池租賃
裸車銷售和電池租賃的模式，充換兼容，這一模式目前逐漸得到國內(nèi)學(xué)者和有關(guān)部門的支持和重視，認為它是一個系統(tǒng)解決方案，兼顧了各方的利益，實施的成功把握較大。預(yù)測其價格低于傳統(tǒng)車，使用方便性等于傳統(tǒng)車，它的百公里電費優(yōu)于百公里油費。目前，該種模式已經(jīng)在深圳公交系統(tǒng)得以應(yīng)用，此外江蘇省也在“十二五”期間對該種模式進行大力推廣。
2.比亞迪與特斯拉商業(yè)模式對比分析
比亞迪商業(yè)模式分析
就產(chǎn)品定位而言，比亞迪電動車的定位主要針對大眾消費者，比亞迪的初始階段選擇了進入公共交通領(lǐng)域。在公交電動化上，比亞迪采取了K9加E6的組合，也就是公交電動大巴加電動出租車，推行公交優(yōu)先的策略。其具體做法包括三種模式：成立出租車合資公司、“零元公車”，以及異地建廠。
特斯拉商業(yè)模式分析
特斯拉在初期主要是定位在高端市場。按照特斯拉的車型開發(fā)規(guī)劃，其第一階段先推出豪華純電動車，售價約10萬美金；第二階段將會推出年產(chǎn)2萬輛、售價7萬美金的ModelS車型；第三階段才是進入普及期，推出價格親民的普通家用車，預(yù)計年產(chǎn)50萬輛。
由于目前電動汽車鋰電池的成本較高，相比普通的燃油汽車，需要一定的補貼才能大規(guī)模推廣，因此，特斯拉公司首先主打豪華車市場，通過環(huán)保理念和品牌，吸引有環(huán)保意識的高收入人士和社會名流，特別是硅谷的青年才俊和好萊塢的明星這也是早期特斯拉公司Roadster和目前ModelS跑車的用戶定位。
三、中國新能源汽車細分市場分析
1.中國混合動力汽車市場分析
中國混合動力汽車市場分析
（一）混合動力汽車產(chǎn)銷規(guī)模分析
據(jù)不完全統(tǒng)計，2014年插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成29894輛和29715輛；2015年插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成85838輛和83610輛，比上年分別增長1.87倍和1.81倍�？傮w來看，混合動力汽車在我國的市場表現(xiàn)在2015年十分亮眼。
（二）混合動力汽車市場結(jié)構(gòu)分析
從市場結(jié)構(gòu)角度來看，中國混合動力汽車乘用車市場中，轎車車型的迅速增加，銷量增速要快于SUV。而客車在公交領(lǐng)域大訂單采購迅速增加的推動下，增長速度也非�？臁�
（三）混合動力汽車應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析
從應(yīng)用結(jié)構(gòu)的角度來看，私人用車在SUV增長的帶動下保持了較高的增長速度，占據(jù)了最大的市場份額，達到55.6%，增長速度保持穩(wěn)定。公共交通混合動力汽車銷售額增長很快，達到214.3%，市場份額有所提升，達到41.4%。而政府用車和企業(yè)用車等新興市場開始啟動，銷售額增長出現(xiàn)井噴。
（四）混合動力汽車市場競爭分析
由于豐田在混合動力汽車產(chǎn)品領(lǐng)域優(yōu)勢比較明顯，而且最早進入中國新能源乘用車領(lǐng)域，擁有市場先發(fā)優(yōu)勢。目前，中國混合動力汽車乘用車市場中，進口汽車和合資企業(yè)生產(chǎn)的汽車成為市場主力；同時本土廠商也積極跟進，混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成功，部分車型上市獲得發(fā)改委批準，市場競爭在逐步加劇。
中國混合動力汽車市場前景預(yù)測
科技部此前一直主導(dǎo)純電動車在中國的推廣應(yīng)用，但實際上，在新能源汽車的發(fā)展上，目前還難以跨越混合動力的階段。雖然市場上出現(xiàn)了琳瑯滿目的各色新能源技術(shù)，但是從實際的角度看，在十年之內(nèi)，最有可能普及的仍是混合動力技術(shù)。
2.中國純電動汽車市場分析
純電動汽車的發(fā)展瓶頸分析
（一）純電動汽車的技術(shù)標準缺失
目前，對于國內(nèi)電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，電池、電機、電控等關(guān)鍵零部件的發(fā)展依然是技術(shù)難點，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)加大技術(shù)研發(fā)與儲備。然而，由于標準的缺失，很多企業(yè)都熱情滿滿卻信心不足。中國純電動汽車國家標準尚未出臺，意味著汽車企業(yè)當前對純電動汽車的研發(fā)具有一定的“臨時性”，等標準出臺后，有些做法可能還需要修正。
（二）純電動汽車配套政策不完善
盡管新能源汽車已經(jīng)成為國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，但國家制定的新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略還需要進一步明晰，應(yīng)加快制定國家統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)標準，這樣企業(yè)才能根據(jù)國家標準制定各自的產(chǎn)品標準。因此，國家應(yīng)制定相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進政策，鼓勵企業(yè)加大新產(chǎn)品的研發(fā)與投入力度。
（三）純電動汽車配套設(shè)施不完善
純電動汽車配套設(shè)施的大規(guī)模發(fā)展必然要以完善的配套設(shè)施為基礎(chǔ)，目前由于充電設(shè)備和制度的不完善，市場對純電動汽車仍持觀望態(tài)度。
純電動汽車的發(fā)展前景展望
在城市公共用大客車和私人小型轎車上優(yōu)先發(fā)展“純電驅(qū)動”電動汽車，然后逐步從兩端向中間發(fā)展，形成“兩頭擠”格局，啟動大規(guī)模市場，并滾動發(fā)展，逐步擠占中高檔燃油轎車這一市場空間。第一階段2008-2010年，第二階段2010-2015年，第三階段2015-2020年。
四、中國新能源汽車重點區(qū)域分析
1.北京新能源汽車市場分析
北京新能源汽車發(fā)展政策規(guī)劃
自2001年起，北京高技術(shù)規(guī)劃就提出在新型電池充電設(shè)備環(huán)節(jié)，重點發(fā)展大功率地面充電站�！侗本┦姓衽d發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)實施方案》提出統(tǒng)籌規(guī)劃，研究制定充換電裝置的標準和規(guī)范，加快建設(shè)新能源汽車配套基礎(chǔ)設(shè)施，首個電動汽車充電站于6月底在航天橋建成。2010年，計劃建成并投入運營120個電動汽車充電樁。
北京新能源汽車需求預(yù)測分析
北京開放優(yōu)質(zhì)的市場環(huán)境吸引了更多電動汽車企業(yè)，高品質(zhì)的產(chǎn)品、先進的技術(shù)、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，外加政府大力度的補貼政策、逐步完善的充電網(wǎng)絡(luò)，共同滿足了普通消費者對于純電動汽車購買和使用的多樣化的需求。隨著北京市電動汽車各項配套政策的研究落實，北京市純電動汽車的保有量將呈現(xiàn)爆發(fā)性增長。
2.上海新能源汽車市場分析
上海新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀分析
多年來上海十分重視節(jié)能與新能源汽車發(fā)展。幾年前，同濟大學(xué)承擔(dān)了“十五”國家863電動汽車重大專項燃料電池轎車項目和“十一五”國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目，建立了一批節(jié)能與新能源汽車研發(fā)平臺，開展了大量節(jié)能與新能源汽車示范運行，為節(jié)能與新能源汽車推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
上海新能源汽車需求預(yù)測分析
用近一年的時間與上海、紐約、巴黎市政府合作，進行大都市如何實現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)化的深入研究。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，90%的本地消費者除了節(jié)假日出游的行駛里程要求超過75公里外，日常上下班/學(xué)，瑣事或社交休閑的行駛里程要求均在50公里以內(nèi)，電動汽車能夠滿足大部分消費者除郊游以外的日常行駛里程要求。
3.廣州新能源汽車市場分析
廣州新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀分析
廣州市連續(xù)六年作為新能源汽車推廣應(yīng)用試點城市，推廣新能源汽車超過1.6萬輛，均超額完成任務(wù)，其中第二階段（2013-2015年）推廣應(yīng)用新能源汽車14597輛，超額完成原定1萬輛的任務(wù)，占廣東省總量的23%。廣州近三年安排補貼資金超過13億元。在推廣超過1.6萬輛的新能源汽車中，其中公共服務(wù)領(lǐng)域新能源汽車占19%、私人消費占64%、企業(yè)通勤和租賃占17%。
廣州新能源汽車需求預(yù)測分析
2016年3月，廣州率先在全國出臺《廣州制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃》，將節(jié)能與新能源汽車作為重點打造的十大產(chǎn)業(yè)之一�！稄V州制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃》提出，到2020年，形成完善的產(chǎn)業(yè)配套體系和創(chuàng)新體系，自主品牌汽車實現(xiàn)跨越式發(fā)展，總產(chǎn)值3800億元；到2025年，新能源汽車年產(chǎn)量突破100萬輛，自主品牌節(jié)能與新能源汽車同國際先進水平接軌，實現(xiàn)總產(chǎn)值達到6500億元。
五、中國新能源汽車主要企業(yè)分析
1.上海汽車集團股份有限公司經(jīng)營分析
新能源汽車技術(shù)路線
公司確定“三電”核心技術(shù)路線。“三電”是指“電機、電控、電池”新能源汽車三大瓶頸，國內(nèi)領(lǐng)先的三電核心技術(shù)研發(fā)力量和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)進展，是公司實現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)化的重要保障。在新能源汽車的研發(fā)上，公司明確了以混合動力為重點，燃料電池為方向，同時加快替代產(chǎn)品的研發(fā)�；旌蟿恿ζ�、燃料電池汽車、代用燃料汽車成為公司新能源戰(zhàn)略的三大重點。
新能源汽車銷量分析
2015年初，上汽乘用車收獲新能源“大單”，與賽特康簽訂1000輛采購訂單并合作共建充電設(shè)施、合作開展分時租賃業(yè)務(wù)。在政策扶持、金融服務(wù)推出等利好影響下，上汽新能源汽車銷售逐漸提升。上汽集團準備從2015年起提高新能源汽車產(chǎn)能，并且未來每年上汽都將推出一款插電產(chǎn)品。
企業(yè)的營收能力分析
2016年一季度，公司營業(yè)收入為1851.56億元，營業(yè)利潤、利潤總額和凈利潤分別為123.05億元、131.38億元和79.36億元。
企業(yè)盈利能力分析
2016年一季度，公司的毛利率和銷售利潤率分別為13.73%、7.07%；凈資產(chǎn)收益率和總資產(chǎn)報酬率分別為4.55%和2.69%；三項費用增長率為30.99%，公司費用管控能力度有待加強。
企業(yè)運營能力分析
2016年一季度，公司的存貨周轉(zhuǎn)率為3.89次；應(yīng)收賬款周轉(zhuǎn)率為6.06次；總資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率為0.38次。
新能源汽車發(fā)展規(guī)劃
上汽集團未來五年將加注200億元，最終投放30款以上全新新能源車型。上汽集團制定了銷售目標到2020年，新能源汽車銷量力爭達到60萬輛，其中自主品牌汽車將達20萬輛。如果實現(xiàn)這一目標，上汽集團將占據(jù)中國新能源汽車15%至20%的市場份額。
2.北汽福田汽車股份有限公司經(jīng)營分析
新能源汽車技術(shù)路線
北汽福田汽車股份有限公司2004年于昌平廠區(qū)成立新能源汽車設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)基地，已經(jīng)建成汽車工程研究院、新能源汽車技術(shù)中心、節(jié)能減排重點試驗室、綠色能源試制試驗所等專業(yè)研發(fā)設(shè)計中心�；負碛信c世界同步的三大綠色能源技術(shù)清潔能源技術(shù)、替代能源技術(shù)和新能源技術(shù)，同時已經(jīng)形成四大核心設(shè)計制造工程中心：混合動力、純電動、氫燃料和高效節(jié)能發(fā)動機設(shè)計制造工程中心。
新能源汽車銷量分析
2015年，福田汽車緊隨社會態(tài)勢，在治理霧霾，開發(fā)環(huán)保產(chǎn)品等方面積極應(yīng)對，在嚴格遵守排放法規(guī)升級規(guī)定的同時加大對新能源汽車的研發(fā)力度。2015年，新能源汽車銷量4206臺，其中：純電動大中客車4008臺、純電動高端輕卡物流車198臺。新能源產(chǎn)品銷量同比增長141.72%，公司的新能源汽車取得了跨越式發(fā)展。
企業(yè)的營收能力分析
2016年一季度，公司實現(xiàn)營業(yè)收入為831748.75萬元，營業(yè)利潤、利潤總額和凈利潤分別為-12836.22萬元、6779.91萬元和7428.71萬元。
企業(yè)盈利能力分析
2016年一季度，公司的毛利率為12.23%；凈資產(chǎn)收益率和總資產(chǎn)報酬率分別為0.40%和0.10%；三項費用增長率為15.47%。
企業(yè)償債能力分析
2016年一季度，公司資產(chǎn)負債率為59.74%；股東權(quán)益比為39.85%；已獲利息倍數(shù)為-1.74倍；流動比率和速動比率分別為0.81和0.61。
新能源汽車發(fā)展規(guī)劃
根據(jù)福田汽車產(chǎn)品升級規(guī)劃，十三五期間，福田歐輝自主創(chuàng)新研發(fā)的新能源技術(shù)最新成果，將全面應(yīng)用于福田歐輝客車、福田歐輝環(huán)境裝備兩大產(chǎn)品品牌旗下463款產(chǎn)品，完成福田歐輝全系產(chǎn)品的優(yōu)化升級。產(chǎn)品在可靠、安全、節(jié)能、舒適、智能等方面將全面提升。同時，2016-2020年期間，福田歐輝計劃先后推出50-60款全新一代新能源客車產(chǎn)品，30-40款全新環(huán)境裝備產(chǎn)品，完成產(chǎn)品線的進一步拓展和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。
六、中國新能源汽車
投融資及投資機會分析
1.互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新能源汽車行業(yè)投資機會分析
2010-2015年互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概況
（一）2010-2015年互聯(lián)網(wǎng)普及應(yīng)用增長分析
截至2015年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達6.88億，全年共計新增網(wǎng)民3951萬人�；ヂ�(lián)網(wǎng)普及率為50.3%，較2014年底提升了2.4個百分點。
（二）2010-2015年移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況分析
未來幾年，中國移動網(wǎng)購仍將保持較快增長，2018年移動網(wǎng)購市場交易規(guī)模將超過5萬億元。移動端的隨時隨地、碎片化、高互動等特征，讓移動端成為紐帶，助推網(wǎng)購市場向“線上+線下”，“社交+消費”，“PC+手機+TV”，“娛樂+消費”等方向發(fā)展，實現(xiàn)整合營銷、多屏互動等模式。
2.新能源汽車行業(yè)的發(fā)展前景預(yù)測
新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢分析
（一）經(jīng)濟效益明顯的節(jié)能汽車將先發(fā)展
目前，混合動力等節(jié)能汽車技術(shù)相對比較成熟，也越來越接近消費者的需求。比如豐田普銳斯混動版在全球累計銷量超過400萬輛，穩(wěn)居節(jié)能與新能源汽車銷量第一，2012年，豐田推出的豐田凱美瑞混動版的售價僅比汽油版貴3.5萬元，但其油耗僅為5.3L/100km，在7元/升左右油價背景下，有望在3-4年收回多出來的購車成本。
（二）充、換電站等基礎(chǔ)設(shè)施將迎來建設(shè)潮
到2020年，全國電動汽車保有量將超過500萬輛，充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)滿足城際間和區(qū)域內(nèi)純電動汽車運行需要，實現(xiàn)規(guī)�；虡I(yè)運營。
（三）新能源公交客車短期內(nèi)仍然是主流
從2009年政府不斷出臺各種支持政策到2010年世博會和廣州亞運會的示范效應(yīng)加強，以及政府在公共交通服務(wù)領(lǐng)域的扶持力度進一步提升，新能源汽車銷量穩(wěn)步增長，2015年，我國新能源汽車銷量約為33.11萬輛，同比增長342.65%。
（四）政府公務(wù)用車市場也將開始興起，成為重要需求市場之一
2014-2016年，中央國家機關(guān)以及新能源汽車推廣應(yīng)用城市的政府機關(guān)及公共機構(gòu)購買的新能源汽車占當年配備更新車輛總量的比例不低于30%，以后逐年擴大應(yīng)用規(guī)模，這將帶來約80億左右的市場空間。
新能源汽車行業(yè)的發(fā)展前景預(yù)測
2015年出臺的《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020年）》提出：到2020年全國電動汽車保有量將超過500萬輛，其中電動公交車超過20萬輛，電動出租車超過30萬輛，電動環(huán)衛(wèi)、物流等專用車超過20萬輛，電動公務(wù)與私人乘用車超過430萬輛。
但從我國新能源汽車的銷售情況來看，與2020年的銷售目標還有較大的差距。2008-2015年，我國新能源汽車銷量占汽車銷量的比重逐年提升，2015年達到了1.3%。前瞻分析預(yù)測，到2021年，我國新能源汽車銷量占汽車銷量的比重將會在3.8%左右，銷量約為130.8萬輛。（文章來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）
2、新能源汽車輕量化路徑及前景分析
《中國制造2025》中提出:“繼續(xù)支持電動汽車、燃料電池汽車發(fā)展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術(shù),提升動力電池、驅(qū)動電機、高效內(nèi)燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力,形成從關(guān)鍵零部件到整車的完整工業(yè)體系和創(chuàng)新體系,推動自主品牌節(jié)能與新能源汽車同國際先進水平接軌。我們認為輕量化將伴隨著汽車的電動化、智能化,成為未來十年新能源汽車發(fā)展的重點。
1、新能源汽車輕量化的必要性
汽車的行駛阻力與車重成正比,車重增加,會使汽車的油耗大部分消耗在自重上,在100公里時速以下,重量因素決定80%的油耗;時速100公里以上,風(fēng)阻就成為油耗的主要因素。國際鋁業(yè)協(xié)會報告指出,汽車自重每減少10%,燃油消耗可降低6%～8%。因此,輕量化是節(jié)油的重要途徑。
電動汽車由于特殊的電池驅(qū)動結(jié)構(gòu),相比傳統(tǒng)汽車,由于受電池重量及續(xù)航里程因素的影響,對車重更加敏感。新能源汽車電池的重量增加了數(shù)百公斤,需要針對車身的耐久性能做特殊設(shè)計;同時使用了額外的高壓電,對其安全性要求更高,包括整車的密封、車身的結(jié)構(gòu)、更苛刻的防水要求等。所有這些要求都對新能源汽車的輕量化開發(fā)提出了巨大的挑戰(zhàn)。
目前,能夠使用的動力電池的單位比能量與傳統(tǒng)汽車使用液體燃料的單位比能量差距巨大,動力電池系統(tǒng)通常占整車總質(zhì)量的30%-40%。這就決定了電動汽車在與傳統(tǒng)汽車同等排放量的單位能耗(電耗量/100 km)下,不能像傳統(tǒng)汽車那樣靠一次補充能量來實現(xiàn)長距離的行駛。因此,電動汽車必須在電氣化的同時采取比傳統(tǒng)意義上的輕量化技術(shù)更先進的方法和措施。
尤其在混合動力汽車領(lǐng)域,由于混合動力汽車的多樣性和特殊性,使得整車結(jié)構(gòu)設(shè)計和總布置存在很多困難,而且對整車質(zhì)量的要求較傳統(tǒng)汽車大大提高。為解決上述問題,結(jié)合混合動力汽車整車布置的具體情況,從汽車材料、結(jié)構(gòu)特點等方面對混合動力汽車車身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析和設(shè)計,是實現(xiàn)混合動力汽車輕量化的關(guān)鍵。
輕量化對新能源汽車是艱巨的任務(wù),只有輕量化才能減少昂貴的電池重量,降低整車成本,從而接近市場需求。另外,國家對新能源汽車的補貼也與單位載質(zhì)量能量消耗量(Ekg)掛勾,輕量化是Ekg降低的重要手段,因此從車企角度,整車輕量化也是產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的方向。
2、新能源汽車輕量化的實現(xiàn)路徑
汽車輕量化技術(shù)方法有很多,是一個系統(tǒng)工程。新能源汽車的輕量化應(yīng)從以下兩個重點方向開展工作:一是實現(xiàn)整車30%-40%以上的輕量化抵消動力系統(tǒng)凈增加的質(zhì)量(適應(yīng)現(xiàn)有可用的比能量較低的商品化能源);二是實現(xiàn)動力能源的輕量化提高現(xiàn)有新能源的比能量或開發(fā)新的動力電源。只有這樣,才能有效解決新能源汽車自身重量大、續(xù)駛里程短的問題。
電動汽車輕量化不僅是車身的輕量化,還包含傳動設(shè)備、電池等。例如增加單位體積的電池容量以實現(xiàn)輕量化,目前對這一技術(shù)已能工程化。通過電池的重新排列布置也是提高系統(tǒng)能量密度的有效手段之一。例如通過對電芯尺寸的研究設(shè)計,與整車布置相匹配,更高效放置更多的電池,從而使電池箱體積不變,增加電芯數(shù)量,實現(xiàn)更長的續(xù)駛里程。
就整車制造而言,輕量化技術(shù)可以分為三個主要方面:材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝。
首先是應(yīng)用高強度和輕質(zhì)材料,比如高強度鋼材、超高強度鋼板、鋁合金、鎂合金、工程塑料及纖維增強復(fù)合材料等。
其次是結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化設(shè)計,利用結(jié)構(gòu)解析和CAD、CAE等技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,以減少無用材料、減輕壁厚、減少零部件數(shù)量等。
第三是采用先進的制造工藝技術(shù),如激光拼焊、輥壓成形、高強度鋼熱成形、內(nèi)高壓成形等先進制造技術(shù),結(jié)構(gòu)膠粘接和異種材料鉚接等先進連接技術(shù)。
其中,采用輕質(zhì)材料是當前輕量化主流。
1)輕量化材料
輕量化材料指的是低密度、高強度,在整車上應(yīng)用后可提升單位面積承載質(zhì)量的材料,最常用的如高強鋼、輕質(zhì)合金(鋁合金、鎂合金等)、非金屬材料等。
高強度鋼:我國普通高強度鋼發(fā)展迅猛,車身使用比例接近50%,預(yù)計未來可以達到60-65%。超高強度和先進高強度鋼材大幅落后,目前使用比例只有5%,預(yù)計未來將有3倍提升空間。綜合來看,我國汽車HSS級以上鋼材比例將從55%提升到70%以上,估計單車需求量增加30%左右。按照2015年33萬輛新能源汽車銷量,高強度鋼消耗近16.5萬噸。我們預(yù)計到2020年新能源汽車銷量可達150萬輛,高強度鋼需求為75萬噸,是當前規(guī)模的五倍。
鋁合金:鋁合金減重效果顯著優(yōu)于鋼鐵。汽車使用1 kg鋁可替代自重2.25 kg鋼材,減重比例高達125%,整個使用壽命周期內(nèi)可減少廢氣排放20 kg。以鋁代鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可以實現(xiàn)二次減重,效果可達直接減重的50%-100%。國產(chǎn)汽車用鋁迎來戰(zhàn)略機遇期。2014年中國汽車平均每輛用鋁不到110kg,遠低于北美的158kg/輛和歐洲的145kg/輛。預(yù)計未來五年CAGR高達10%,到2020年可以達到170kg/輛,單車使用量提升50%左右,車用鋁材迎來快速成長的窗口期。
鎂合金:鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一,蘊藏量豐富,在宇宙中含量第八,在地殼中含量豐度2%。含鎂礦物主要來自白云巖、菱鎂礦、水鎂礦和橄欖石等。海水、天然鹽湖水也是含鎂豐富的資源。中國是世界上鎂資源最為豐富的國家,鎂資源礦石類型全,分布廣,儲量產(chǎn)量均居世界第一。密度小,比鋁輕三分之一,其比強度(抗拉強度與密度之比值)較鋁合金高,疲勞極限高,能比鋁合金承受較大的沖擊載荷,導(dǎo)熱性好,鑄造性好;尺寸穩(wěn)定性好,易于回收,有良好的切削加工性,有較好的減振性能,在諸多方面比工程塑料優(yōu)越,可替代工程塑料,在煤油、汽油、礦物油和堿類中的耐耐蝕性較高等。將是未來發(fā)展前景極為廣泛的金屬類材料。
玻纖復(fù)材:目前汽車廠商節(jié)能降耗壓力大,汽車輕量化是實現(xiàn)節(jié)能降耗重要途徑,玻纖增強熱塑性復(fù)合材料是汽車輕量化主流材料。玻纖增強復(fù)合材料在性能、成本上優(yōu)于普通塑料和鋁合金等材料。一方面玻纖增強復(fù)合材料相比普通塑料的耐熱性、抗沖擊等指標領(lǐng)先,另一方面玻纖增強復(fù)合材料較鋁合金等在成本上優(yōu)勢突出。目前我國玻纖增強復(fù)合材料市場主要以化工類企業(yè)為主,單一客戶需求量有限,企業(yè)需要具備技術(shù)+銷售結(jié)合的能力開拓新市場。目前總體來看大型企業(yè)偏少,集中度不高。
工程塑料:工程塑料具有突出的成型性、輕量化以及面對強烈撞擊時能夠緩沖吸能,已成為一個衡量一個國家汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要指標。據(jù)統(tǒng)計,發(fā)達國家汽車的單車塑料平均使用量為120千克,占汽車總重量的12%-20%,而這個比例還將持續(xù)升高,預(yù)計到2020年,發(fā)達國家汽車平均用塑料量將達到500千克/輛以上。然而塑料剛度低、易老化,未來在車身大量運用仍面臨不少安全隱患。
碳纖維:碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異,密度不到鋼的1/4,抗拉強度卻是鋼的7-9倍,是唯一一種在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中強度不下降的物質(zhì)。寶馬在i3和i8量產(chǎn)車上的大規(guī)模運用更是將碳纖維造車風(fēng)潮推向頂峰。然而碳纖維也是一種脆性材料,一旦受力過大就會直接斷裂,損壞后基本無法修復(fù),而高昂的制造成本和回收費用更使得當前碳纖維的應(yīng)用主要還局限于高端跑車、越野車和運動賽車上。
在新能源汽車領(lǐng)域,將以碳纖維復(fù)合材料為重點突破口,從基礎(chǔ)研究和數(shù)據(jù)積累做起,從少量選裝套件做起,逐步向車身覆蓋件、結(jié)構(gòu)件、功能鍵延伸。
在新能源汽車中,電池箱體材料的輕量化也成為近年來企業(yè)研發(fā)的熱點。傳統(tǒng)的電池箱體采用鋼板、鋁合金等材料鑄造,然后對表面進行噴涂處理。而碳纖維具有較高的比強度,碳纖維與環(huán)氧樹脂形成的復(fù)合材料密度僅為1.6kg/m3,是典型的高強度輕量化材料,并且其還具有優(yōu)良的耐蝕性和阻燃性,因而在性能方面是傳統(tǒng)金屬材質(zhì)電池箱體的理想替代品。
2)結(jié)構(gòu)設(shè)計
在現(xiàn)代汽車工業(yè)中,CAD/CAE/CAM等計算機一體化技術(shù)在汽車的設(shè)計過程中起著非常重要的作用。利用CAD/CAE/CAM一體化技術(shù),可以準確地對新能源汽車的實體結(jié)構(gòu)和布局進行設(shè)計,對各關(guān)鍵構(gòu)件板材厚度的變化進行靈活分析,并可從數(shù)據(jù)庫中提取由系統(tǒng)直接生成的有關(guān)該車的相關(guān)數(shù)據(jù)進行工程分析及剛度、強度計算,實現(xiàn)對汽車零部件的精簡、整體化和輕質(zhì)化。同時,通過開發(fā)新能源汽車車身、底盤、動力傳動系統(tǒng)等大型零部件整體加工技術(shù)及相關(guān)的模塊化設(shè)計、制造技術(shù),使新能源汽車從制造到使用各個環(huán)節(jié)都真正實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保。通過結(jié)合參數(shù)反演技術(shù)、多目標全局優(yōu)化等現(xiàn)代車身設(shè)計方法,研究汽車輕量化結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù),包括多種輕量化材料的匹配、零部件的優(yōu)化分塊等。從結(jié)構(gòu)上減少零部件數(shù)量,確保在汽車整車性能不變的前提下達到減輕自重的目的。
車身輕量化不是單純的一味減輕質(zhì)量,車身在輕量化過程中需要考慮很多方面,整車結(jié)構(gòu)的安全性便是其中最重要的一點。由于目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一制定新能源汽車的安全碰撞標準及其他安全指標,汽車生產(chǎn)企業(yè)在進行輕量化的過程中需要運用仿真軟件ANSYS、CATIA、UG進行仿真設(shè)計,對輕量化設(shè)計后的車身進行結(jié)構(gòu)剛度、材料疲勞性及安全碰撞等分析,從而提高新能源汽車的可靠性和安全性。
隨著并行工程、計算機技術(shù)等現(xiàn)代工程技術(shù)的快速發(fā)展及其在汽車車身設(shè)計分析中的廣泛應(yīng)用,新能源汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點:①結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析并行;②優(yōu)化思想在設(shè)計的各個階段均被運用;③虛擬仿真實驗技術(shù)得以采用,并部分用于代替實物實驗;④車身概念設(shè)計成為車身設(shè)計的一個重要階段;⑤有限元法得到廣泛應(yīng)用。
3)制造工藝
在完成車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和選用輕量化材料之后,激光拼焊技術(shù)、熱壓成型技術(shù)等先進的加工制造工藝成為了是新能源汽車輕量化目標實現(xiàn)的關(guān)鍵因素,直接決定汽車輕量化應(yīng)用的結(jié)果是否成功。
人們對新能源汽車的需求趨向于安全性更強、質(zhì)量更輕且燃料利用效率更高等方面,先進高強度鋼材、工程塑料及輕質(zhì)金屬等多種材料成為新能源汽車的重要車體結(jié)構(gòu)材料。如果將上述材料單獨使用,就會給最大限度減輕車體質(zhì)量的潛能帶來限制。通過粘接、鉚接、翻邊搭接、釬焊、螺紋連接等多種連接技術(shù),巧妙地將上述多種減輕車體質(zhì)量的材料結(jié)合在一起,能夠克服安全性差、質(zhì)量難以減輕和加工成本高等難題,從而為新能源汽車提供一種多材料優(yōu)化組合的輕量化車身結(jié)構(gòu)。
另外,新能源汽車制造中開始研究熱沖壓成形技術(shù)。熱沖壓成形技術(shù)是一個塑性變形和材料組織變化同時產(chǎn)生的工藝,因此塑性加工技術(shù)人員和材料開發(fā)技術(shù)人員必須比以往的冷加工成形研究更加密切協(xié)作。加熱冷卻技術(shù)必須結(jié)合新能源車身和底盤零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行深入研究,以便可以實現(xiàn)零部件不同部位到達預(yù)期強度的要求。
3、新能源汽車輕量化前景
雖然輕量化材料的確能降低汽車的整體重量和碳排放量,但也大大增加了汽車的成本,目前新能源汽車輕量化的成本還沒有具體量化的數(shù)據(jù)。車企及動力電池企業(yè)在輕量化方面更多的是在現(xiàn)有材料體系上減少用量,在設(shè)計與造型上作些改造,從而降低車重。輕量化材料應(yīng)用方面國內(nèi)還處于研發(fā)階段,現(xiàn)有車型均沒有批量化應(yīng)用新型材料。新材料從實驗到量產(chǎn)周期長,且研發(fā)成本高,企業(yè)還沒有大規(guī)模地進行研發(fā)。目前主要是國外車企進行研發(fā),國內(nèi)大型車企也有相關(guān)技術(shù)儲備,小企業(yè)處于跟風(fēng)狀態(tài)。
隨著新能源汽車產(chǎn)品的成熟,產(chǎn)銷量逐漸增多,成本也會隨之下降,市場競爭將會圍繞產(chǎn)品性能與品牌等方面展開,新能源汽車將直接與傳統(tǒng)汽車競爭。隨著消費者對汽車要求的提升,輕量化的需求也會越來越高,現(xiàn)在工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計已不能滿足整車對輕量化的要求,新材料的應(yīng)用將會成為普遍現(xiàn)象。（來源：一覽眾咨詢）
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