一、核心提要

汽車產(chǎn)業(yè)約每四十年出現(xiàn)一次生產(chǎn)制造革命，特斯拉引領(lǐng)當(dāng)前新革命。從福特流水線生產(chǎn)到豐田精益生產(chǎn)，再到大眾平臺(tái)化模塊化生產(chǎn)，每一次汽車生產(chǎn)革命的領(lǐng)導(dǎo)者均將在之后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。憑借4680 CTC和一體化壓鑄兩項(xiàng)重要技術(shù)創(chuàng)新，特斯拉正在引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)新一輪的生產(chǎn)制造革命。

4680 CTC：將電池包集成到車體，并直接與座椅連接，高集成度使車輛降重10%，續(xù)航里程增加14%，零件減少370個(gè)，單位成本下降7%，單位投資下降8%。目前4680 CTC已經(jīng)在德州奧斯汀工廠量產(chǎn)落地。

一體化壓鑄：從Model Y一體化壓鑄后地板將零件數(shù)量由70個(gè)減少至1~2個(gè)后，技術(shù)應(yīng)用不斷拓展。目前德州奧斯汀工廠的方案可將前&后地板零部件數(shù)量從171個(gè)減少至2個(gè)，焊接點(diǎn)數(shù)量減少超1600個(gè)。

新勢(shì)力&傳統(tǒng)主機(jī)廠跟進(jìn)一體化壓鑄：

新勢(shì)力：1）蔚來(lái)攜手文燦股份，ET5采用一體化壓鑄后副車架；2）小鵬汽車攜手廣東鴻圖，6800T底盤一體化結(jié)構(gòu)件下線；3）高合汽車攜手拓普集團(tuán)，一體化超大壓鑄車身后艙下線，減重15~20%的。

傳統(tǒng)主機(jī)廠：1）奔馳全球首發(fā)最新科研成果—VISION EQXX，車身后部剛性大幅提高，有望減重15-20%；2）沃爾沃將對(duì)其瑞典工廠投資100億瑞典克朗引進(jìn)新技術(shù)和制造工藝，其中包括一體化壓鑄。

滑板底盤成為推動(dòng)CTC和一體化壓鑄中長(zhǎng)期發(fā)展的重要推動(dòng)力?；宓妆P是當(dāng)前汽車行業(yè)最重要的革命性技術(shù)之一，涉及到底的技術(shù)包括：非承載式車身、線控底盤、集成式電驅(qū)系統(tǒng)、高度集成智能化模塊。此外，在有限空間內(nèi)提升動(dòng)力電池的質(zhì)量/體積能量密度，與CTC電池系統(tǒng)集成方案高度契合；高度集成后，底盤的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，一體化壓鑄能夠更好匹配底盤工藝提升的需求。

新能源汽車自重大，續(xù)航里程提升倒逼車身輕量化發(fā)展。相比同級(jí)燃油車，純電動(dòng)車型重量約+19~32%，插混車型約+12~18%。為了提升能源效率、提升續(xù)航里程，新能源汽車的輕量化發(fā)展成為必然。2019（第十三屆）汽車輕量化大會(huì)中有數(shù)據(jù)顯示，純電動(dòng)汽車整車重量每降低10%，平均續(xù)航里程將增加5~8%。

鋁合金最具性價(jià)比，采用高壓壓鑄更高效。以鋁代鋼可使白車身降重約1/3，但是鋁金屬①導(dǎo)熱系數(shù)大，易造成焊縫性能下降、合金表面氧化層污染電極等問(wèn)題；②熱膨脹系數(shù)高易導(dǎo)致零件變形大。高壓壓鑄效率高、加工零件壁厚小，是適用于鋁合金的高效加工工藝。一體化壓鑄以高壓壓鑄為基礎(chǔ)，生產(chǎn)的部件內(nèi)部不需要額外連接，工序大幅減少。此外，壓鑄廢品材料利用率高達(dá)90%，遠(yuǎn)高于沖壓&焊接鋼制車身時(shí)60%-70%。

一體化壓鑄在汽車中的應(yīng)用可進(jìn)一步擴(kuò)展。我們認(rèn)為，通過(guò)調(diào)整強(qiáng)度、拉伸率，壓鑄工藝將應(yīng)用于更多結(jié)構(gòu)件及覆蓋件，電機(jī)和電池包外殼等更多車身之外的零部件將來(lái)均可采用壓鑄工藝制造。

一體化壓鑄件的技術(shù)壁壘主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：

1.大型壓鑄機(jī)：①系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)理論、經(jīng)驗(yàn)以及制造工藝都有很高的要求；②“設(shè)計(jì)—試驗(yàn)—設(shè)計(jì)”周期長(zhǎng)，時(shí)間成本高；③造價(jià)高昂，風(fēng)險(xiǎn)成本大。

2.材料配方：合金熔液需具備良好的流變性能、較小的線收縮率和較小的凝固溫度區(qū)間，免熱處理是關(guān)鍵。

3.壓鑄模具：壓鑄在溫度、真空、成型方案、工藝參數(shù)、后處理等方面要求更高，模具更復(fù)雜。

4.工藝方法：高速充型特征易導(dǎo)致鑄件失效，對(duì)全工藝要素均有較高要求。

一體化壓鑄可顯著提升生產(chǎn)效率、降低制造成本。以下車體總成為例，相比傳統(tǒng)沖壓&焊接工藝，一體化壓鑄可大幅減少?zèng)_壓、焊接使用量，加工工序從9道下降至2道；配套人工也相應(yīng)削減，以45萬(wàn)輛年產(chǎn)能的工廠來(lái)算，工人將從120人降至30人；零部件數(shù)量從>370個(gè)降至2~3個(gè)，鏈接點(diǎn)數(shù)量下降減少，成本下降；工時(shí)從2小時(shí)降至180s，5臺(tái)壓鑄機(jī)即可滿足60萬(wàn)件年產(chǎn)能。

一體化壓鑄車身市場(chǎng)規(guī)模有望于2025年突破200億元。以年產(chǎn)能50萬(wàn)件的車身后地板生產(chǎn)線來(lái)計(jì)算，傳統(tǒng)沖壓焊接工藝和一體化壓鑄工藝的成本分別為6.3億元和4.8億元，一體化壓鑄后地板單車可節(jié)約成本300元。我們預(yù)計(jì)2025年一體化壓鑄車身市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到215億元，2021-2025年CAGR達(dá)132%。

二、報(bào)告摘要：

1、特斯拉引領(lǐng)新一輪生產(chǎn)制造革命：4680 CTC+一體化壓鑄

汽車百年工業(yè)史，每四十年左右出現(xiàn)一次生產(chǎn)制造革命。從20世紀(jì)10年代福特流水線生產(chǎn)，到50年代豐田“多品種，小批量”的精益生產(chǎn)，再到80年代大眾的平臺(tái)化、模塊化生產(chǎn)，每一次汽車生產(chǎn)革命的領(lǐng)導(dǎo)者均將在之后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。

特斯拉生產(chǎn)制造革命：4680 CTC+一體化壓鑄。特斯拉4680 CTC方案（CTV），將電池包集成到車體，并直接與座椅連接，大幅減少零部件數(shù)量，提高總裝生產(chǎn)效率。一體化壓鑄的Model Y車身前&后地板，顛覆傳統(tǒng)沖壓&焊接工藝，相比傳統(tǒng)沖壓&焊接工藝零部件減少169個(gè)，成本大幅下降。據(jù)特斯拉電池日公布信息顯示，依托兩項(xiàng)革命性技術(shù)，整車可減重10%，續(xù)航里程增加14%，零件減少370個(gè)。

2、4680 CTC：特斯拉電池技術(shù)始終作為行業(yè)創(chuàng)新的標(biāo)桿

特斯拉引領(lǐng)動(dòng)力電池創(chuàng)新趨勢(shì)。Model S/X上市時(shí)，電池包搭載18650電芯，共14/16個(gè)模組；Model 3上市時(shí)，電池包搭載2170電芯，共4個(gè)模組，引領(lǐng)了行業(yè)的大模組CTP方案；目前，搭載4680電芯的CTC方案的Model Y開(kāi)啟交付。過(guò)往十年，特斯拉無(wú)論在電芯還是pack上都在持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)的發(fā)展。

4680 CTC：率先公布具體方案，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)方向

特斯拉在2021年6月公開(kāi)了一份名為INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM的專利，專利中詳細(xì)闡述了4680 Structural Battery（CTC）電池系統(tǒng)集成技術(shù)。根據(jù)專利中公開(kāi)披露的內(nèi)容，可以對(duì)特斯拉CTC有整體的方向性認(rèn)知：①電池包上蓋與車輛結(jié)構(gòu)如座椅直接連接在一起，成為乘員座艙地板的結(jié)構(gòu)；②電芯之間填充樹(shù)脂材料，特斯拉認(rèn)為這一方面可以提供熱保護(hù)，另一方面可以為電芯提供結(jié)構(gòu)性支撐；③在與“大模組”方案的對(duì)比中，CTC方案具有減少支撐件、減輕整車質(zhì)量、提升整體電池容量。

4680 CTC：正式上車Model Y，德州工廠Q1開(kāi)啟交付

特斯拉的CTC方案，能夠使車輛續(xù)航里程增加14%，單位成本下降7%，單位投資下降8%。

在特斯拉2021年Q4財(cái)報(bào)中，可以看到在德州超級(jí)工廠中工人將Model Y座椅與4680 CTC電池包直接連接，CTC的落地將顯著提高其總裝生產(chǎn)效率。

3、一體化壓鑄：以Y為始，持續(xù)推動(dòng)車身輕量化進(jìn)階

一體化壓鑄：傾力布局，研發(fā)不斷突破

特斯拉在其四大汽車工廠均部署了6000噸級(jí)大型壓鑄機(jī)-GigaPress。目前，上海工廠已裝配5個(gè)大型壓鑄機(jī)，用于Model Y后地板的生產(chǎn)。德州工廠3月剛剛開(kāi)啟量產(chǎn)，在Model Y后地板的基礎(chǔ)上，增加了前地板（前縱梁）的一體化壓鑄。

一體化壓鑄：傾力布局，研發(fā)不斷突破

布局一體化壓鑄鋁合金專利，專利名為“用于結(jié)構(gòu)部件的壓鑄鋁合金”，其中描述了一種既堅(jiān)固又具有出色延展性的鋁合金，該鋁合金無(wú)需進(jìn)一步加工，可以顯著降低生產(chǎn)成本。

特斯拉一體化壓鑄技術(shù)持續(xù)突破。2019年7月，特斯拉發(fā)布新專利，計(jì)劃通過(guò)一套固定在中心的模具以及四套可以移動(dòng)的模具，壓鑄成型大型的一體式結(jié)構(gòu)零件。

特斯拉吸能系統(tǒng)將與支撐系統(tǒng)集成。2021年7月5日，特斯拉申請(qǐng)了“集成吸能鑄件”專利，這種能量吸收系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽車碰撞結(jié)構(gòu)。通過(guò)單一鑄造工藝可將該吸能系統(tǒng)與部分或全部支撐結(jié)構(gòu)集成，從而減少對(duì)包括點(diǎn)焊、縫焊、鉚接、螺栓連接、粘合等工藝的需要。

一體化壓鑄：部件拓展至前地板，整體焊點(diǎn)減少1 6 0 0+個(gè)

特斯拉一體化壓鑄拓展至前地板。根據(jù)特斯拉公告顯示，2020年特斯拉公布Model Y一體化壓鑄后地板方案，可將零件個(gè)數(shù)由70個(gè)減少至1~2個(gè)；2022年Q1財(cái)報(bào)公布德州奧斯汀工廠生產(chǎn)的一體化壓鑄車身方案，可將前&后地板零部件數(shù)量從171個(gè)減少至2個(gè)，焊接點(diǎn)數(shù)量減少超1600個(gè)。

一體化壓鑄：德州工廠量產(chǎn)，加速技術(shù)應(yīng)用

特斯拉使用的壓鑄機(jī)Giga Press由力勁科技生產(chǎn)，占地面積相比于傳統(tǒng)沖壓焊接工藝的生產(chǎn)設(shè)備能夠節(jié)省35%。根據(jù)特斯拉財(cái)報(bào)信息，上海超級(jí)工廠已有5臺(tái)大型壓鑄設(shè)備用于生產(chǎn)，德州奧斯汀超級(jí)工廠Model Y車身前地板（前縱梁）一體化壓鑄也將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

?蔚來(lái)與文燦合作ET5一體化壓鑄車身后地板。蔚來(lái)ET5采用一體化壓鑄后地板，一體鑄造工藝使車身后地板重量降低30%，同時(shí)后備箱空間增加11L。2021年11月，文燦6000T超大型壓鑄島成功試模，一體化壓鑄的汽車后地板產(chǎn)品成功下線。

4、造車新勢(shì)力搶先跟進(jìn)一體化壓鑄

蔚來(lái)與文燦合作ET5一體化壓鑄車身后地板。蔚來(lái)ET5采用一體化壓鑄后地板，一體鑄造工藝使車身后地板重量降低30%，同時(shí)后備箱空間增加11L。2021年11月，文燦6000T超大型壓鑄島成功試模，一體化壓鑄的汽車后地板產(chǎn)品成功下線。

小鵬汽車攜手廣東鴻圖布局一體化壓鑄。1、目前廣東鴻圖已進(jìn)入小鵬汽車的配套體系，雙方同步開(kāi)發(fā)一體化壓鑄零部件。2022年1月，廣東鴻圖6800T底盤一體化結(jié)構(gòu)件正式下線。2、武漢基地將建設(shè)一體化壓鑄車間，2021年7月該項(xiàng)目正式啟動(dòng)，占地約1500畝，規(guī)劃產(chǎn)能10萬(wàn)輛，將引進(jìn)一套以上超大型壓鑄島及自動(dòng)化生產(chǎn)線。

2022年2月高合汽車與拓普合作的一體化超大壓鑄車身后艙下線。本次7200T壓鑄機(jī)生產(chǎn)的超大型結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)寬分別近1700mm和1500mm，實(shí)現(xiàn)15~20%的減重，整個(gè)開(kāi)發(fā)周期縮短1/3。材料方面，合作方TechCast?高強(qiáng)韌性免熱處理鋁合金材料可以避免因熱處理帶來(lái)的零件尺寸變形及表面缺陷等問(wèn)題，流動(dòng)性高于同級(jí)別材料15%以上、強(qiáng)塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達(dá)到更高維度。

5、國(guó)際傳統(tǒng)主機(jī)廠跟進(jìn)一體化壓鑄

奔馳發(fā)布一體化壓鑄成果，性能提升顯著。奔馳全球首發(fā)最新科研成果—VISION EQXX，其中最大的創(chuàng)新在于車身的后部及前部塔頂應(yīng)用了仿生工程結(jié)構(gòu)部件，整個(gè)車身后部是由一塊獨(dú)立完整的鋁合金鑄件形成。與傳統(tǒng)工藝相比，車身后部的剛性得以大幅提高，并有望減輕15-20%的重量。

沃爾沃將引入一體化壓鑄。沃爾沃將對(duì)其瑞典工廠投資100億瑞典克朗，將在該工廠引進(jìn)一些新的、更具可持續(xù)性的技術(shù)和制造工藝，其中包括一體化壓鑄工藝。

6、滑板底盤成為推動(dòng)CTC和一體化壓鑄中長(zhǎng)期發(fā)展的重要推動(dòng)力

滑板底盤是當(dāng)前汽車行業(yè)最重要的革命性技術(shù)之一，其最大的特點(diǎn)是上下車體解耦，從而大幅縮短整車研發(fā)周期。因此，滑板需要搭載非承載式車身結(jié)構(gòu)和線控底盤；為了便于上裝，底盤不能占據(jù)過(guò)多縱向空間，“三合一”等集成式電驅(qū)系統(tǒng)成為必需；高度集成智能化模塊，需要以集中式EEA為基礎(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦；在有限空間內(nèi)提升動(dòng)力電池的質(zhì)量/體積能量密度，與CTC電池系統(tǒng)集成方案高度契合；高度集成后，底盤的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，一體化壓鑄能夠更好匹配底盤工藝提升的需求。

近幾年眾多國(guó)內(nèi)外廠商陸續(xù)推出自研的滑板底盤，技術(shù)正在逐步走向成熟。

7、新能源汽車?yán)m(xù)航提升倒逼車身輕量化發(fā)展

新能源乘用車銷量持續(xù)高增，2022年預(yù)計(jì)將超540萬(wàn)輛。2018年~2021年，新能源乘用車銷量分別為：105、106、120、332萬(wàn)輛；2021年新能源乘用車滲透率為15.5%。2022年3月新能源乘用車滲透率已達(dá)24.7%，再創(chuàng)新高。我們認(rèn)為，2022年新能源乘用車銷量將超540萬(wàn)輛。

新能源汽車三電系統(tǒng)增重較大。相比燃油車，新能源汽車雖減少發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱系統(tǒng)，但因電池能量密度（約0.1-0.3KWH/KG）低于燃油（12KWH/KG以上），三電系統(tǒng)增重較大。我們選取若干品牌下幾款車型的不同動(dòng)力版本進(jìn)行整備質(zhì)量的對(duì)比測(cè)算，相比于燃油版車型，純電版重量增加約19%~32%，插混版增加約12~18%。

續(xù)航里程提升訴求倒逼汽車輕量化發(fā)展。相比傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車重量大導(dǎo)致續(xù)航里程受到嚴(yán)重影響。2019（第十三屆）汽車輕量化大會(huì)中有數(shù)據(jù)顯示，純電動(dòng)汽車整車重量每降低10%，平均續(xù)航里程將增加5%-8%。

汽車輕量化可顯著改善新能源汽車各項(xiàng)性能，主要體現(xiàn)在環(huán)保性、效用性、動(dòng)力性、安全性、制動(dòng)性方面。

8、鋁合金是當(dāng)前性價(jià)比最高的車身輕量化材料

汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)輕質(zhì)材料的運(yùn)用。汽車輕量化的主要途徑有結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、輕量化材料應(yīng)用、輕量化加工制造技術(shù)。其中，當(dāng)前的主要汽車輕量化措施主要是采用輕質(zhì)材料。

各類輕量化材料中，鋁合金性價(jià)比最高。對(duì)比多種金屬合金和復(fù)合材料，鋁合金在性能、密度以及價(jià)格等多方面綜合優(yōu)勢(shì)明顯，是最具性價(jià)比的輕量化材料。

9、連接工藝、結(jié)構(gòu)件性能及尺寸制約鋁合金材料在汽車中的應(yīng)用

鋁合金車身的制造工藝復(fù)雜度遠(yuǎn)超鋼制車身。若采用鋁合金替代鋼材，白車身通?？山抵?/3左右。以?shī)W迪A8為例，因采用全鋁車身，白車身重量?jī)H為215kg。但鋁金屬導(dǎo)熱系數(shù)大，易造成焊縫性能下降、合金表面氧化層污染電極的問(wèn)題，并且鋁的熱膨脹系數(shù)高易導(dǎo)致零件變形大。仍以?shī)W迪A8為例，其車身制造需要包括MIG焊、遠(yuǎn)程激光焊等在內(nèi)的14種連接工藝，工藝復(fù)雜度遠(yuǎn)高于以電阻焊為主的鋼制白車身。

車身結(jié)構(gòu)件對(duì)性能要求高，鋁合金材料滲透率受限。通常，車身結(jié)構(gòu)件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且壁厚通常只有2-3mm，并需要具有高延伸率及較高強(qiáng)度，以滿足安全性能（碰撞測(cè)試）要求和零件連接要求。隨著工藝/材料/設(shè)備等重點(diǎn)技術(shù)突破，鋁合金車身結(jié)構(gòu)件滲透率有望持續(xù)提升。

10、壓鑄工藝持續(xù)進(jìn)步與革新

壓鑄工藝起源于1885年，于1904年以壓鑄連桿軸承的形勢(shì)最先應(yīng)用于汽車工業(yè)中。壓鑄機(jī)經(jīng)歷氣壓壓鑄、冷室壓鑄、雙沖頭壓鑄等技術(shù)突破，目前壓鑄設(shè)備已發(fā)展為以壓鑄機(jī)/模具為核心、其他外圍設(shè)備輔助的壓鑄島。

11、高壓壓鑄是適用于鋁合金材料的高效加工工藝

高壓壓鑄是適用于鋁合金材料的高效加工工藝。壓力鑄造主要分為高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造等。其中，低壓鑄造與差壓鑄造多用于發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤區(qū)域，而高壓鑄造因效率高、加工零件壁厚小等特點(diǎn)，在汽車車身中的運(yùn)用越來(lái)越多，是未來(lái)的重要方向。

壓鑄分為冷室壓鑄和熱室壓鑄：冷室壓鑄主要應(yīng)用于大型零部件的制造，如汽車零部件、通訊基站冷卻部件等；熱室壓鑄則廣泛應(yīng)用于小型電子或3C產(chǎn)品的生產(chǎn)，比如USB接頭、筆記本殼體等。（報(bào)告出品方/作者：國(guó)海證券，劉虹辰）