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新能源汽车 有色金属「新能源汽车对有色金属的需求」

时间:2022-12-27 12:47:51来源:搜狐

今天带来新能源汽车 有色金属「新能源汽车对有色金属的需求」,关于新能源汽车 有色金属「新能源汽车对有色金属的需求」很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

(报告出品方:东方证券)

一、新能源汽车将全方位增加铜的使用量

1.1 新能源汽车销量渗透率不断提升

新能源汽车对传统燃油车在很大程度上形成替代,渗透率不断提升。在推动运输工具低碳转型、 调整能源结构的政策背景下,新能源汽车销量有望维持较高增速,对传统燃油车在很大程度上形 成替代。据中国汽车工业协会数据,2021 年我国合计销售新能源汽车 352.05 万辆,同比增长 157%,其中纯电动汽车的占比超过 80%。2015 至 2021 年我国新能源乘汽车渗透率从 1.3%增长 至 13.4%。根据国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》,至 2025 年我国新能源汽车的渗透率将达到 20%左右,至 2035 年纯电动汽车成为新销售车辆的主流,有 效促进节能减排水平和社会运行效率的提升。

1.2 电动汽车将全方位增加铜的使用量

2021 年我国汽车用铜 44.68 万吨,据推算传统燃油汽车的单车用铜量约为 17kg。汽车工业历来 对铜材有较大的需求量,据卓创金属数据统计,2018 年我国汽车用铜 46.63 万吨。随后两年由于 汽车销量下滑,汽车用铜量有所回落。2021 年我国汽车用铜 44.68 万吨,其中铜带材占比 43%, 铜线材占比 41%。据此推算,2018-2019 年我国平均每辆汽车的用铜量为 16.8kg、17kg。由于 2018-2019年我国电动汽车的渗透率还不足5%,仍以传统燃油汽车为主,可以近似认为传统燃油 汽车的单车用铜量为 17kg 左右。


在传统燃油汽车的基础上,电动汽车将全方位增加铜的使用量,相关铜材将迎来更广阔的的市场 空间。电动汽车以运用电能为主,显著区别于燃油汽车的是新增了“大三电”系统,即动力电池、 电机和电机控制器。动力电池是电动汽车的主要能量来源,电机、电机控制器等部件,发挥了燃 油汽车中“发动机、ECU 电控单元、变速箱”的作用。高压电缆及连接器作为电能的传输通道, 能够承受较大的电流,来连接各个电路中的单元。此外,还有充电系统的充电枪及配套充电设施 等。出于提高效率、用电安全等方面的考虑,新能源汽车对铜材的性能也提出了更高的要求,锂 电铜箔、电磁扁线、高压线束、连接器等铜材将迎来更广阔的市场空间。

二、动力电池:单车锂电铜箔用量为 6-38 公斤,轻薄化趋势持续

2.1 锂电铜箔在纯电动汽车用铜量中占比近半

铜箔在锂电池结构中充当负极活性材料的载体和负极集流体。锂离子动力电池是电动汽车的核心 部件之一,其作用是为电动汽车提供动力来源。典型的锂离子电池结构主要包括正极、负极、电 解液和隔膜四部分。锂电池充电时,加在电池两极的电势迫使正极的嵌锂化合物释放出锂离子, 通过隔膜后嵌入片层结构的石墨负极中;放电时锂离子则从片层结构的石墨中析出,重新和正极 的嵌锂化合物结合,锂离子实现移动,产生电流。

铜箔由于具有良好的导电性、柔韧性和适中的 电位,耐卷绕和辗轧,制造技术成熟,且价格相对低廉,在此过程中便充当石墨等负极活性材料 载体,同时作为负极集流体,将电池活性物质产生的电流汇集起来,以产生更大的输出电流。据 IDTechEX和国际铜业协会 2017 年的数据显示,锂电铜箔在纯电动汽车用铜量中占比达 48%。近 年来随着锂电铜箔持续轻薄化,电动汽车中锂电铜箔的平均重量在下降,但锂电铜箔仍是电动汽 车中用铜最多的部位。


2.2 极致能量密度需求推升极薄锂电铜箔应用

锂电池负极目前多采用 8μm 以下厚度的锂电铜箔。根据应用领域的不同,电解铜箔可以分为应用 于印制电路板的电子电路铜箔,以及应用于锂电池的锂电铜箔;根据铜箔厚度不同,按照通行标 准可以分为极薄铜箔(≤6μm)、超薄铜箔(6-12μm)、薄铜箔(12-18μm)、常规铜箔(18- 70μm)和厚铜箔(>70μm)。锂电铜箔目前多采用 8μm 以下的铜箔产品,而电子电路铜箔一般 较锂电铜箔更厚,大多在 12-70μm。


相较 8 微米锂电铜箔,采用 6 微米和 4.5 微米锂电铜箔可提升锂电池 5%、10%的能量密度。根 据锂电池能量密度计算公式:质量能量密度=电池容量/电池质量,即可通过电池容量恒定时减少 电池质量,或保持电池质量不变而提升电池容量两种方式来提升能量密度。

新能源汽车动力电池单体能量密度TOP20的平均能量密度为 228.8Wh/kg,若把新能源汽车电池普遍使用的 8μm 铜箔换成 6μm 或 4.5μm 铜 箔,结合上文中 8um 锂电铜箔消耗量 0.83kg/kwh,则可得到单位能量所需铜箔分别减少为 0.62kg/kwh(6μm 铜箔)、0.42kg/kwh(4.5μm 铜箔),进一步计算可以得到铜箔使用量减少后 的新能量密度分别为:240.25 Wh/kg(6μm 铜箔),252.88 Wh/kg(4.5μm 铜箔),较之使用 8μm铜箔的锂电池,铜箔轻薄化使电池能量密度分别显著提升5%(6μm铜箔)和10.4%(4.5μm 铜箔)。

动力锂电向高能量密度方向发展的趋势已定,对锂电铜箔极薄化提出了高要求。宁德时代、比亚 迪等动力锂电池龙头企业 6μm 锂电铜箔已应用成熟并快速切换,其他动力锂电池企业也在加速 6μm 锂电铜箔的应用,≤6μm 极薄锂电铜箔产品已逐步在龙头企业中开展应用。据 GGII 统计, 2020 年≤6μm 锂电铜箔渗透率为 50.4%,2021 年上半年,渗透率已经达到 55.6%。在电池厂商 高能量密度及降低成本的要求下,继 6μm 锂电铜箔之后,4.5μm 锂电铜箔未来有望成为主流产品 之一,据高工锂电获悉,宁德时代2021年上半年每月的4.5μm锂电铜箔用量为600-700吨左右, 2021 年下半年宁德时代对 4.5μm 锂电铜箔的月需求量或继续增加。


锂电铜箔产品迭代加速,4.5μm 锂电池铜箔的应用前景广阔。下游应用企业的技术要求升级驱动 上游铜箔技术迭代加速。前期锂电铜箔由 12μm 向 8μm 过渡经历了一个较长的周期,而短短几年 我国已经大范围实现了 7-8μm 铜箔到 6μm 锂电池铜箔的升级,并且已经出现了 5μm、4.5μm、 4μm 等更薄规格的锂电铜箔。随着 4.5μm 铜箔的产业化技术逐渐成熟及电池企业应用技术逐步提高,4.5μm 锂电池铜箔的应用将逐渐增多。我国锂电池铜箔技术实力处于国际领先水平,而海外 电池制造商尚未大规模使用 6μm 锂电池铜箔。

2018 年以来,我国动力电池≤6μm 锂电铜箔的出货量增长迅速。2016 年以前,国内仅有少数厂 商可以生产 6μm 锂电铜箔,2016 年我国电动汽车 6μm 锂电铜箔的渗透率仅为 9.6%。在宁德时 代于 2018 年实现 6μm 锂电池铜箔切换后,我国动力电池 6μm 锂电铜箔的需求开始快速上升,至 2020 年我国动力电池锂电铜箔中,≤6μm 锂电池铜箔的占比达 85%。

预计 2021-2025 年国内动力电池 4.5μm 锂电铜箔的渗透率将提升,6μm 渗透率下降。回顾 2015 年以来我国动力电池 ≤6μm 锂电铜箔的渗透率,可以拟合成一条 S 型增长曲线。随着新能源汽车需求的进一步增强, 以及锂电铜箔更新迭代加速,未来动力电池 4.5μm 锂电铜箔或将经历类似的渗透率提升过程。我 们预计 2021-2025 年,国内动力电池 4.5μm 锂电铜箔的渗透率将从 12%提升至 85%,在一定程 度上挤压 6μm 锂电铜箔的空间,国内动力电池 6μm 锂电铜箔的渗透率将从 80%降至 15%。


预计 2025 年我国电动汽车锂电铜箔需求量将达 26.7 万吨,其中 4.5μm 铜箔为 21.1 万吨。假设 4.5um、6um、8um 锂电铜箔的单耗分别为 0.42、0.62、0.83 kg/kWh,预计 2025 年我国电动汽 车锂电铜箔需求量将达 26.7 万吨,其中 4.5μm 铜箔为 21.1 万吨,6μm 铜箔为 5.6 万吨。

2.3 2025 年我国电动汽车电池铜箔市场规模达 345 亿元, 2021-2025 年复合增速 34%

2021 年以来我国电动汽车需求旺盛,各规格锂电铜箔价格明显上涨。据安徽铜冠铜箔集团招股书 说明书披露,2021 年以来各规格锂电铜箔价格明显上涨。从 2020 年至 2021 年上半年,8μm 锂 电铜箔的销售均价由 6.7上涨至 8.5万元/吨,6μm锂电铜箔的销售均价由 8.1上涨至 9.4万元/吨。 4.5μm 作为供应头部锂电池生产企业的高端产品,2021 年上半年的售价已达到 13.8 万元/吨,涨 幅最明显。随国内电动汽车锂电铜箔持续轻薄化,6μm 锂电铜箔已经成为行业主流,并且正在逐 步向 4.5μm 锂电铜箔切换。


纯电动车、插电混动车的锂电铜箔单车价值量分别为 3499-3569 元、860-878 元。2022 年我国动力电池中 8μm 锂电铜箔的占比约为 3%,并在 2024 年基本退出市场,因此对于未来电动汽车单车锂电铜箔 价值量的测算主要关注 4.5μm和 6μm 锂电铜箔。据东方证券新能源汽车产业链团队预测,目前我 国纯电动汽车的平均电池容量约为 61 kWh,则 4.5μm/6μm 锂电铜箔的单车需求量分别为 25.3 kg/38.0 kg,对应的锂电铜箔单车价值量为 3499-3569 元。插电混动车配备的电池容量则相对较 小,平均约为 15 kWh,则 4.5μm/6μm 锂电铜箔的单车需求量分别为 6.2 kg/9.3 kg,对应的锂电 铜箔单车价值量为 860-878 元。

三、线束:单车线束系统用铜量为 28 公斤,高压线束要求铜合金性能优异

3.1 纯电动汽车单车低压线束用铜量比燃油汽车多 5 公斤

每辆燃油汽车和电动汽车的低压线束系统用铜量分别为 18kg 和 23kg。随着汽车驾驶智能性、舒 适性的逐日提升,汽车提供越来越多的电子功能,如 ADAS、信息娱乐系统等,要求排布更多更 复杂的低压线束系统。据 IDTechEX和国际铜业协会 2017 年的研究数据显示,每辆燃油汽车的低 压线束系统用铜量为 18kg,占燃油汽车用铜的大部分。随着电动汽车网联化、智能化程度加深, 每辆电动汽车(包括纯电动车、混动车、插电式混动车)的低压线束系统用铜量分别达 23kg。 汽车的低压线束系统多采用无氧铜丝作为导体,紫铜合金带材作连接器。低压线束中的低压导线 为铜质多丝软线,导体多采用无氧铜丝,铜含量在99.99%以上,不易受氧脆化;连接器主要采用 T2、C10500 紫铜合金带材。过去一年,3mm 无氧铜丝的平均价格为 7.15 万元/吨,T2 紫铜棒的 平均价格为 7.3 万元/吨。


每辆燃油汽低压线束系统用铜的价值量为 1291 元,每辆电动汽车为 1650 元。假设每辆汽车的高 压线束系统中,85%的重量为铜导线、15%的重量为连接器,据测算,每辆燃油汽低压线束系统 用铜的价值量为 1291 元,每辆电动汽车低压线束系统用铜的价值量为 1650 元。(报告来源:未来智库)

3.2 电动汽车高压系统采用铜导线为主

在传统低压线束以外,新能源汽车以高压电池包为动力来源,新增高压线束为传输载体。汽车线 束是控制汽车电气和电子元件功能的主要载体,是汽车的血管和神经,为各电子元件提供动力、 传递和反馈信号。根据汽车线束耐电压高低可以分为低压线缆和高压线缆,传统燃油车主要应用 低压线缆,而电动车线束新增了高压线缆,其承载电压约为 600V。新能源汽车尤其是纯电动汽车, 动力来源靠高压电池包提供,传输载体为高压线束,连接充电口座、高压电池包、逆变器、电机, 车载充电机等大功率设备。高压线束主要包括:高压连接器、高压线缆,接地端子和扎带、外包 材料、胶带、热缩套管、胶套、安装支架等辅材。

预计未来电动汽车高压系统仍将采用铜导线为主。在汽车“轻量化”的趋势下,汽车的部分零部件,如散热器,逐渐被铝材所代替,既轻便又经济。汽车线束的发展趋势主要向轻量化、高压承 载能力和大容量、高效率发展。铝导线的应用有利于线束轻量化,近十年来铝导线在传统汽车上 已经得到广泛应用,但目前仍鲜有将铝导线成功应用在电动汽车高压系统的案例。

核心问题在于 电气性能,铝的电导率只有铜的 60%,铝导线需要增加横截面积才能通过同样大小的持续电流, 可参考 USCAR 推荐的铜、铝导线等量替换对照表。尽管铝导线可以减轻 45%的重量并节约一半 左右的成本,但铝导线会带来一系列的电线铺设问题,比如占用更大空间、因线束变粗造成转弯 半径增大。此外,铝的抗拉强度、膨胀系数都不如铜,而且铝导线表面极易形成氧化铝薄膜,起一定的绝缘作用,影响接触部位的电阻。预计未来电动汽车高压系统仍将采用铜导线为主。


电动汽车高压线束包括连接器、线缆等,导电性能要求高。高压线束主要包括:高压连接器、高 压线缆,接地端子和扎带、外包材料、胶带、热缩套管、胶套、安装支架等辅材。在高压线束系 统中,线缆的重量占比一般为 75%左右,成本占比 35%左右;连接器的重量占比一般为 15%左 右,成本占比 55%左右。电动汽车将以电能运用为主,在电能的加载、控制和应用上离不开导电 性能优越的材料。线束导体材料一般为退火纯铜,根据汽车不同位置使用要求,也会采用一些铜 合金。

3.3 铜合金材料提升高压线束的性能

电动汽车高压线缆要求能够承受高电压、大电流。新能源汽车采用的是大功率的电动机,其输电 线束必须是能够承载高压大电流的线束。高压电缆由导体、绝缘、护套、屏蔽、铝箔、包带、填 充物等组成,行业标准参照《QC-T1037 道路车辆用高压电缆汽车行业标准》、《新能源汽车用 高压电缆 TCAS 356-2019》。电动汽车高压线缆的特点是:(1)高电压,乘用车一般使用额定 电压 600VAC/900VDC、商用车一般使用额定电压 1000VAC/1500VDC;(2)大电流,常用在 250A,部分大功率电机可用到 400A。

铜合金化可大幅提升线缆的性能,维兰德研制的高性能合金已成功应用于汽车上。对铜合金进行 微合金化,保证合金具有接近纯铜合金导电率的前提下,提高合金的强度,同时可以提升材料的 耐高温性能。使用大量直径非常小的单丝进行绞合,可以达到轻质化,同时有更好的耐弯曲,提 高导体柔软性。例如国际铜业加工巨头维兰德研制了 WITRONIC 系列合金性能,在保证导电率 的前提下,拥有更高的抗拉强度,已经成功将C70250和C19400高性能铜合金应用于汽车工业。


汽车高压线束系统若应用高性能铜合金线材,单车用铜的价值量约为 305 元。据国际铜业协会 (ICA)统计数据表面,每辆电动汽车(包括纯电动车、混动车、插电式混动车)的高压线束系 统重约 5kg,其中的高压线缆占比为 75%,重约 3.75kg。2021 年 12 月至 2022 年 1 月,维兰德 C70250 合金的平均售价为 8.13 万元/吨,则每台电动乘用车的高压线缆用铜合金的价值量约为 305 元。

连接器的接触件是完成电连接功能的核心部件,占线束重量的 15%左右。连接器位于电缆两端, 连接导线与适当的配对元件,起着电气连接和信号传递作用。连接器通常由接触件(端子和插针) 和外覆的塑料构成。汽车线束的接触件是汽车连接器完成电连接功能的核心部件,是汽车线束端 子压接和保证线束正常工作的关键。因此,对接触件用铜合金材料的力学/导电/尤其抗应力松弛 和折弯成型性能有很高的要求,其重量一般占线束的 15%左右。

接触件铜材要求耐高温、加工成型性良好、内部弹性均匀、耐蚀性好、导电、导热率高和可焊性 好。《电连接器接触件总规范》(GJB1216)规定:最高工作温度 125℃接触件一般使用铜合金, 没有规定材料类别。连接器现行标准仅规定了接触件的工作直径、镀金层厚度、分离力和保持力 等主要技术参数,并未规定铜合金材料牌号、规格和状态。

我国连接器行业没有经历正向设计阶 段,都是仿制产品,接触件铜材牌号、规格、状态等源于国外标准。为防止刚性插针插拔时弯曲 损伤,插针常选用具有较高机械强度的黄铜(H62、HPb59-1 等)制作。为保证弹性插孔插合时 接触可靠,防止塑性变形和应力松弛,插孔常选用具有较高弹性极限与疲劳极限和适当弹性模量 的锡青铜(QSn4-3、QSn6.5-0.1等)、铍青铜(C17200、QBe2等)或镍硅青铜(C70250等) 制作。接触件铜材还要求其加工成型性良好、内部弹性均匀、耐蚀性好、导电、导热率高和可焊 性好等。


故障电弧导致的新能源汽车火灾比例高达 60%,对新能源汽车安全带来巨大威胁。随着新能源汽 车产业的快速发展,其火灾危险性也逐渐显现。据统计,由于电气系统故障产生故障电弧导致的 新能源汽车火灾比例高达 60%。新能源汽车电力系统中电气设备的增加和自动化程度的提高,导 致车载线路的复杂化和电压等级的提高;另外,充电插拔和车辆颠簸都会增加电弧产生的几率。 故障电弧对新能源汽车电气系统带来巨大威胁。

铜材品质是影响接触件性能的根本因素。铜材是制作连接器导电核心零件——接触件的基础材料, 其品质是直接影响连接器接触件电接触可靠性的关键因素。在所有影响因素中,接触件铜材品质是最根本的,也是最基础的。在不同环境下使用的连接器接触件插合后,接触电阻由收缩电阻、 膜层电阻和导体电阻三部分组成,铜材品质对组成接触电阻的这三部分电阻都有影响。收缩电阻 除正压力还取决于设计结构(尺寸精度)外,正压力、表面物理特征(细晶结构)和表面粗糙度 都与铜材品质有关;膜层电阻取决于铜材的耐腐蚀性和防护镀层质量;导体电阻取决于材料类别, 如标准规定 1mm 的镀金接触件接触电阻;铜合金 5mΩ、铁合金 15mΩ。


国产铜合金材已部分实现进口替代,镍钴硅铜等合金成功应用于新能源汽车连接器。连接器小型 化,使制作接触件所选铜带越来越薄、丝材越来越细。近年来我国洛阳铜业、博威合金等铜加工 骨干企业为实现替代进口目标,瞄准航空、航天、通讯等高端应用领域紧缺的高强度、高电导、 高精度的接触件铜材,开展铍铜、钛铜、镍硅铜、镍钴硅铜、铬锆铜、铁铜和碲铜等系列合金熔 铸、轧制、热处理、精整等工艺攻关,取得了许多研发和产业化生产成果。目前部分铜合金带、 丝材已能替代进口,镍钴硅铜、铬锆铜和碲铜等合金成功应用于新能源汽车连接器。

汽车高压线束连接器若采用高性能铜合金,单车用铜材的价值量约为 67 元。维兰德推出了 C18070 高性能 CuCrSiTi 合金,导电率达到 83%IACS,能够在高温环境下保持较高的弹性和热 应力松弛抗性,是大电流连接器的理想解决方案。据国际铜业协会(ICA)统计数据表面,每台 电动乘用车的高压线束系统重约 5kg,其中的高压连接器占比为 15%,重约 0.75kg。2021 年 12 月至 2022 年 1 月,维兰德 C70350 合金的平均售价为 8.89 万元/吨,则每台电动乘用车的高压连 接器用铜合金的价值量约为 67 元。


3.4 2025 年电动汽车线束铜材市场规模将达 188 亿元,2021- 2025 年复合增速 30%

至 2025 年,中国电动汽车线束铜材市场规模合计 188 亿元,其中高压线束市场规模 33 亿元。据 IDTechEx数据,每台电动汽车的低压线束需要无氧铜丝 23kg,至 2025 年我国电动汽车的无氧铜 丝需求达 21.7 万吨,市场规模达 155亿元。假设每台电动汽车的高压线束分别需要线缆 3.89kg、 连接器 0.5kg,至 2025年,我国电动汽车的高压线缆的需求为 3.5万吨,高压连接器的需求为 0.7 万吨,则高压线束的市场规模为 33 亿元。中国电动汽车线束铜材市场规模合计 188 亿元,2021- 2025 年复合增速 30%。

四、驱动电机:单车铜杆用量为 9-12 公斤,扁线电机提升无氧铜杆需求

4.1 永磁同步电机已成为乘用车的主流选择

驱动电机是电动汽车的动力来源,关键部件是定子和转子。电机驱动控制系统是新能源汽车行使 中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一, 其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电机是应用电磁感应原 理运行的旋转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换,运行时从电系统吸收电功率,向机械系 统输出机械功率,是电动汽车的动力来源。驱动电机主要由定子、转子、壳体、结构件构成,关 键部件是定子和转子。

永磁同步电机和交流异步电机已成为乘用车领域主流选择。永磁同步电动机的永磁是指在制造电 机转子时加入了永磁体,使电机的性能得到进一步的提升,这也是永磁同步电机与交流异步电机 的最大区别。所谓同步,就指的是让电机中的转子转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。而 交流异步电动机中由于转子总是在“追赶”定子旋转磁场的转速,并且为了能够切割磁感应线而 产生感应电流,转子的转速总要比定子旋转磁场的转速慢,这也就形成了异步运行,即异步感应 电动机。


永磁同步电机和交流异步电机各有千秋。永磁同步电机本身具有转矩密度、功率密度、效率较高、 调速性能好等优点,再加上自身体积小、重量轻等优势,但它并不是没有缺点,除了原料带来的 成本问题外,它会有在高温下磁性衰减的问题,这也是为何中小型纯电动车不能进行长时间的高 速巡航。相对来讲,交流异步电机则具有结构简单、可靠性较高、拥有较好的高速性能以及加速 性能等优势;这也是一些以性能标榜的电动跑车以及中大型 SUV 会偏爱它的问题,如特斯拉 model S、model X、蔚来 ES8 等都在使用。不过相对来讲它的缺点则体现在转矩密度、功率密 度、效率密度偏低,并且还伴随着体积大、重量沉、发热量大的问题。总体来看,可以理解为搭 载永磁同步电动机的电动车续航相对更好一些,搭载交流感应电动机的电动车加速性能更好。

永磁同步电机在国内驱动电机市场中份超 94%。永磁同步电机由于我们国家在稀土资源方面的优 势,以及永磁同步电机功率密度大、峰值效率高、尺寸小、质量轻、结构多样化及应用范围广等 特性,永磁同步电机在国内装机量快速提升,2021 年前 11 月国内永磁同步电机装机量达 269 万 台,装机占比超过 94%,在新能源驱动电机市场中占据绝对主导地位。


4.2 扁线电机效率优势提升明显

绕组扁线化(Hair-pin 电机)或将成为驱动电机的一个发展趋势。为了在有限的体积内,提升车 辆的动力性、经济性,驱动电机不断的朝着高功率密度、高电机效率方向发展。扁线绕组电机显 著特点是定子绕组中采用扁铜线,先把绕组做成类似发卡一样的形状,穿进定子槽内,再在另外 一端把发卡的端部焊接起来。相比传统圆线电机,扁线电机通过应用截面积更大的扁铜线,提高 电机槽满率,具有高功率/转矩密度、高效率、散热性能更好等优点,同时更易于实现自动化生产, 满足新能源乘用车市场爆发后对产品一致性高的要求。

扁线电机结构升级,电机效率提升。一般圆线电机的槽满率为 40%左右,而扁线电机的槽满率能 达到 60%以上,即单位面积内,铜变多了。由于导线越粗、电阻越小,在导线上因发热损失的能 量就会越小,铜线槽满率提升后,有效降低绕组电阻进而降低铜损耗。其次,Hair-pin 电机比圆 线电机绕组端部短 5~10mm,有效降低端部绕组铜耗,进一步提升电机效率。端部的铜对电机功 率没有帮助,只起连接作用,会产生额外电损耗,因此越短越好。这些结构上的优化,可以使电 机平均效率在全球轻型车统一测试循环(WLTC)工况下提高 1.12%以上,在全域平均情况下, 扁线电机的效率值可提升 2%,而在城市拥堵的低速、大扭矩工况下,最高甚至可提升效率 10%。


2021 年来扁线电机渗透率快速提升。2021 来特斯拉、广汽换装扁线电机,比亚迪 DMI 全系采用 扁线电机,上汽、长城的新车型也纷纷转为扁线电机,2021 年 11 月单月销量前 40 名的车型中, 配套扁线绕组的车型达到了 16 款。我们测算销量前 40 车型的扁线渗透率达到了 31.1%,而由于 11 月单月销量前 40 车型在当月乘用车总销量的占比达到了 76.6%,预计当前扁线电机渗透率已 超过 23.9%。(销量靠后的高端车型扁线渗透率更高)

4.3 2025 年电动汽车电机用铜杆市场规模将达 80 亿元,2021- 2025 年复合增速 32%

电磁扁线技术壁垒高,国内仅有 5 家铜加工企业能够量产,预计 2025 年达到 22.7 万吨年产能。 电磁扁线是扁线电机核心部件,根据功率的不同,一台驱动电机使用量大约在 7-10kg,约占扁线 永磁电机整体价值量的 17%。电磁扁线弯折成发卡(hair-pin)后,转角处的应力集中,容易导致 涂覆层破损,因此对铜线及其涂覆的精度和质量要求很高。目前国内仅精达股份等 5 家铜加工企 业能够量产电磁扁线。精达股份、金杯电工和长城科技均有较大的产能建设项目,预计至预计 2025 年,我国的电磁扁线产能将达到 22.7 万吨/年。

国内电磁扁线加工企业主要采用无氧铜杆,其中大部分无氧铜杆为外购。电磁线由铜杆加工而成, 铜杆分为低氧杆和无氧杆,氧含量低于 450PPM 为低氧铜杆,氧含量低于 20PPM 为无氧铜杆。 低氧铜杆中往往有相当部分的氧化铜杂质,会对材料的韧性产生负面影响,传统的电磁圆线主要 以低氧铜杆为原材料。而无氧铜杆中几乎没有杂质的存在,在韧性、加工性、电阻率和外观多方 面均优于低氧铜杆,因此电磁扁线加工企业主要采用高质量无氧铜杆,其中大部分无氧铜杆为外 购,少部分自制。


纯电动车电机用铜的单车价值量约为869-886元/台,插电混动车电机用铜的单车价值量约为627- 640 元/台。据国际铜业协会和 IDTechEx 的统计数据,每辆纯电动汽车和插电混动车的电机平均功率分别为 139 kW 和 100 kW,永磁同步电机的用铜量为 0.09 kg/kW,则每辆纯电动汽车和插电 混动车的用铜量分别为 12.3 kg 和 8.9 kg。2022 年年初至今无氧铜杆均价 7.21 万元/吨,低氧铜 杆均价 7.07 万元/吨。据此推算,纯电动车电机若采用无氧铜杆的单车价值量约为 869 元/台,采 用低氧铜杆的单车价值量约为 886 元/台;插电混动车若采用无氧铜杆的单车价值量约为 627 元/ 台,采用低氧铜杆的单车价值量约为 640 元/台。

预计至 2025 年,我国电动汽车电机用铜杆市场规模将达到 80 亿元,2021-2025 年复合增速 32%。 随着扁线电机渗透率的逐渐提高,我国扁线电机用无氧铜杆的市场规模将逐步扩大至 68 亿元,而 圆线电机用低氧铜杆的市场规模将逐步缩小至 12 亿元。预计至 2025 年,我国电动汽车电机用铜 杆市场规模将达到 80 亿元,2021-2025 年复合增速 32%。(报告来源:未来智库)


五、每台充电桩用铜 2-60 公斤,“高压快充”要求高性能铜材

5.1 充电桩额外增加了新能源汽车的用铜量

新能源汽车充电桩是为新能源电动汽车提供充电服务的设备装置,安装于公共楼宇、停车场、商 场、运营车充电站等公共场所及居民小区等私人场所。充电桩的电力输入端与交流电网连接,带 有充电插头的电力输出端与汽车连接实现充电。按照充电方式进行划分,新能源汽车充电桩可分为交流充电桩、直流充电桩、交直流一体式充电桩:

(1)交流充电桩(慢充),不可直接为汽 车动力电池充电,需连接车载充电机为汽车充电,采用常规电压、充电功率小、充电慢,但结构 简单、体积小、成本低、技术壁垒小,通常安装于城市公共停车场、商场和居民小区。(2)直 流充电桩俗称(快充),可直接为汽车动力电池充电,采用高电压、充电功率大、充电快,但成 本高且电压电流大,影响电池寿命,技术要求相对较高,通常安装于运营车充电站、快速充电站 等场所。(3)交直流一体式充电桩,既可实现直流充电,也可以交流充电。白天充电业务多的时候,使用直流方式进行快速充电,当夜间充电站用户少时可用交流充电进行慢充操作。

每台私人桩的用铜量约为 2kg,每台公用充电桩的用铜量约为 8-60kg。充电桩的硬件设施包括充 电柜、充电枪、配线柜等充电桩外部硬件和逆变器、变压器、整流器、滤波器、继电器等内部硬 件。充电桩的主要用铜部件包括充电模块、接插件电线电缆和各种开关。据 Mysteel 数据,一台 公用交流式充电桩用铜 8kg,一台公用直流式充电桩用铜 60kg,一台私人桩用铜约 2kg。


5.2 高压快充趋势下,铜材性能更加关键

高压快充是解决当前电动汽车续航问题的最优选择,国内多家车企有望在 2022 年跟进 800V 高压 快充。典型的纯电动车通常存储 30-100kWh 的电能,对应的行驶里程不超过 500 公里,如果采用 50kW 额定功率的快速充电技术,则电池充满需要35-120 分钟。续航是当前电动汽车使用的突出矛盾,如果将快速充电的功率提升,则可以有效缩短充电时间。

如果保持原有的电压水平,增大 充电电缆的电流以提高充电功率的话,由于热量=I2×R,则电缆的热量以平方倍数扩大,需要改 进冷却系统以避免过热。提高充电电压成为最优选择,保时捷 Taycan 是首款 800V 高压平台的量 产车型,已将最大充电功率提升至350KW,可以在大约23分钟内,把动力电池从5%充至80%, 相当于 300 公里的续航能力。目前小鹏汽车、广汽埃安、比亚迪 e 平台、吉利极氪、理想汽车、 北汽极狐等车企陆续跟进 800V 高压平台架构,有望在 2022 年陆续实现量产。

碲铜合金可作为接触件材料,用于充电桩接口。新能源汽车快速充电桩接口进行高压传输,并暴 露在空气中,要求充电桩连接器插针接触件材料中等强度、灭电弧型、高导热性、良好的热应力 松弛性。博威合金、洛阳铜业和兴敖达等研制生产的 C14500(Te0.4-0.7、P0.004-0.012)易切 削碲铜,具有优良的导电、导热、抗腐蚀性和抗电蚀性,同时具有极好的易切削性和冷热加工性。 已成功应用于充电桩连接器插针接触件和新能源汽车、太阳能发电站连接器接触件。

5.3 2025 年我国电动汽车充电桩铜材市场规模达 31 亿元, 2021-2025 年复合增速 36%

预计 2025 年我国的充电桩数量将达到 1440 万台,车桩比逐渐降至 1:2.3。根据中国电动汽车充 电基础设施促进联盟(EVCIPA)数据,截至 2021 年底,公共充电桩共计 114.7 万台,其中直流 充电桩 47.0 万台,交流充电桩 67.7 万台;我国 2021 年底的新能源起车保有量为 784 万辆,车桩 比为 1:3。预计 2022 年我国新增充电桩 244 万台,届时我国新能源汽车保有量达到 1314万辆, 车桩比降至 1:2.6。我们预计至 2025 年我国的新能源汽车保有量达到 3312 万辆,车桩比逐渐降 至 1:2.3,则 2025 年我国的充电桩数量将达到 1440 万台。


预计我国 2022-2025 年分别新增充电桩 231/241/304/401 万台,其中公共直流充电桩、公共交流 充电桩和私人交流充电桩的占比小幅变化。由于公共/私人交流充电桩的功率及电压较小,假设交 流充电桩采用低压线缆为主,材质为多股超细精绞无氧铜丝,预计至2025年我国交流充电桩需要 无氧铜丝 0.95 万吨,对应市场规模 6.76 亿元。由于公共直流充电桩需要负荷大功率、大电流, 假设主要高压线束,其中 85%的重量为高压线缆,15%的重量为高压连接器。预计至 2025 年我 国直流充电桩需要高压线缆 2.78 万吨、高压连接器 0.49 万吨,对应市场规模 24.25 亿元。预计 至 2025 年我国充电桩铜材市场规模合计达 31 亿元,2021-2025 年复合增速 36%。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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