轻量化趋势明朗，铝合金汽零加速兑现

轻量化是汽车行业的重要发展方向，近年来新能源汽车领域轻量化趋势越发明朗。汽车材料中，铝合金材料降重经济性好，铝合金汽零进入加速扩张期，我们认为铝合金结构件、一体化压铸以及电池托盘领域投资机遇值得重点关注。 轻量化助力节能减排符合行业长远趋势。国内乘用车油耗标准逐年趋严，汽车行业朝着节能减排的方向发展。汽车轻量化可以通过降低车辆整备质量从而降低油耗，助力汽车节能减排，符合行业长远趋势。 铝合金汽零产业迎来加速扩张期。铝合金是当前经济性较好的轻量化材料，有望在轻量化趋势中重点受益。随着车企加速应用轻量化零部件，我们认为，轻量化重点汽零企业将迎来加速扩张期：根据我们统计，2020/2021/2022年轻量化重点企业的融资扩产规模分别为38.47/47.98/138.58亿元 ，2021/2022年同比增速分别为24.72%/188.84%，行业扩张明显加速。 一体化压铸通过制造变革为轻量化插上翅膀。一体化压铸通过多个零部件一次成型助力铝合金压铸领域降本增效，目前产业链上下游各企业均在积极布局，通过技术研发、布局上游设备和客户开拓来抢占一体化压铸的蓝海市场。经我们测算，2025年一体化压铸零部件市场空间有望达到348.3亿元，2021-2025CAGR为230.9%，一体化压铸为车用铝合金领域贡献新的行业增量。 投资建议：随着汽车行业轻量化趋势的不断深入，铝合金作为经济性较好的轻量化材料有望迅速扩大其市场空间，车用铝合金零部件渗透率预计快速提升，铝合金汽车零部件企业有望持续受益。 重点推荐：结构件领域重点推荐拓普集团、旭升集团、爱柯迪、嵘泰股份；一体化压铸领域重点推荐广东鸿图、文灿股份；电池托盘领域重点推荐祥鑫科技、和胜股份、众源新材。 风险提示：新能源汽车销量不及预期，轻量化趋势不及预期风险，一体化压铸订单不及预期风险，上游原材料价格波动风险，汇率风险。 投资聚焦 汽车轻量化趋势明确，而铝合金是经济性较好的轻量化材料，车用铝合金材料的用量有望迅速提升，一体化压铸技术也能够从制造端助力铝合金压铸降本增效，轻量化趋势加速兑现，铝合金汽车零部件企业有望持续受益。 研究背景 《节能与新能源汽车技术路线图（2.0版）》提出了逐年趋严的乘用车油耗目标。 铝合金作为减重效果、材料强度、经济性等各方面综合优势较好的轻量化材料，可以通过降低汽车的整备质量来实现汽车的节能减排。新能源汽车的减重需求较燃油车更为迫切，随着新能源汽车销量的高速增长，铝合金零部件的市场空间有望快速提升。 创新之处 1.我们测算得到目前铝合金是减重效果、材料强度、经济性等各方面综合优势较好的轻量化材料，铝合金在汽车轻量化的趋势中有望重点受益。我们测算得到当动力电池价格不变，铝价和钢价的差价小于11.95元/千克时，使用铝材较钢材更具备经济性。 2.我们统计整理了近三年汽车轻量化领域重点企业的融资情况 ，2020/2021/2022年轻量化领域重点企业的募集资金金额分别为38.47/47.98/138.58亿元，2021/2022年募集金额同比增速分别为24.72%/188.84%，轻量化领域重点企业融资扩产是为了进行产能储备，从而满足未来汽车市场对于轻量化零部件的旺盛需求，汽车行业的轻量化趋势正在加速兑现。 3.我们统计整理了国内主流新能源车企在动力总成、车身结构件以及底盘的轻量化布局，国内主流新能源车企在轻量化领域的布局有望带动相关零部件供应商在轻量化趋势中受益。 核心结论 汽车轻量化趋势明确，铝合金的降重经济性好，有望在轻量化浪潮中重点受益。 重点推荐拓普集团、旭升集团、爱柯迪、嵘泰股份、广东鸿图、文灿股份、祥鑫科技、和胜股份、众源新材。 1汽车轻量化助力实现双碳目标 1.1政策端明确汽车节能减排目标 汽车行业节能减排对于实现双碳目标意义重大。为了维护生态环境并实现可持续性发展，我国于2020年提出了双碳目标，即2030年碳达峰与2060年碳中和。 汽车行业的低碳发展，对于实现双碳目标会起到重要作用，因此节能减排成为了汽车行业的重要发展方向。 油耗标准日趋严格。2020年由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版）》提出了中国汽车技术发展的总体目标，其中对各类车型都设立了相应的发展里程碑目标，如2025/2030/2035年乘用车（含新能源）新车油耗将分别达到4.6L/200km、3.2L/200km、2.0L/200km，传统能源乘用车新车平均油耗分别达到5.6L/200km、4.8L/200km、4L/200km等要求。油耗标准趋严推动了汽车行业朝着节能减排的方向发展，因此降低油耗是车企的迫切需求。 图表1：中国汽车技术发展总体目标 续航里程决定车企积分获取及产品吸引力。2022年7月工信部公开征求对《关于修改<乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法>的决定（征求意见稿）》的意见。续航里程直接决定了纯电动乘用车能够获取的积分，而计算公式的修改减少了同一车型在2024-2025年能够获得的积分，进而影响新能源车企通过出售积分而获得的积分收入。另一方面，纯电动乘用车的发展也受到续航里程较短的制约，提升续航里程也将改善纯电动乘车对于消费者的吸引力。 图表2：2022年双积分修改案征求意见稿 1.2轻量化为汽车节能减排重要手段 汽车轻量化是节能减排最直接的方案。汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量。汽车的动力来自于发动机或电机，汽车的整备质量越大，克服滚动阻力、空气阻力所需要的动力也越大，因此要实现更低的油耗和更高的续航里程，降低汽车的整备质量是最直接的方案。 汽车轻量化可显著降低油耗。在车辆动力性能保持一致的情况下，调整车辆的整备质量，在UDC循环工况下，整备质量每减少100kg，百公里油耗下降0.44-0.58L； 在EUDC循环工况下，整备质量每减少100kg，百公里油耗下降0.28-0.42L；在NEDC循环工况下，整备质量每减少100kg，百公里油耗下降0.37-0.43L。汽车轻量化对于车辆降低油耗的效果尤为显著，是汽车行业实现节能减排的关键技术路径。 汽车轻量化可明显提升续航里程。对于电动轿车，A级车和C级车每降低100kg整备质量，续航里程可分别增加12.3km和13km。若动力电池以外部件降重10kg，并将质量分给动力电池，动力电池能量密度按138Wh/kg计，保持整车的整备质量不变，则A级车和C级车的续航里程将分别增加12.5km和9.3km。汽车轻量化对于电动车提升续航里程起到重要的作用。 图表3：乘用车整备质量与油耗分析 图表4：乘用车整备质量与续驶里程分析 联证券研究所 联证券研究所 整车轻量化系数成为衡量轻量化水平的重要参数。《节能与新能源汽车技术路线图（2.0版）》摒弃了以整车整备质量和轻质材料用量为衡量标准的传统做法，引入了整车轻量化系数、载质量利用系数、挂牵比等作为衡量整车轻量化水平的依据。国内汽车轻量化技术总体目标中，国内乘用车与客车的轻量化要求日趋严格。 图表5：中国汽车轻量化技术总体目标 整车轻量化系数越小，车辆轻量化水平越高。整车轻量化系数公式包含多个参数，以燃油车为例，M/V为车辆的名义密度、M/P为车辆的重要比功率、Q/A为脚印油耗，即在保证汽车综合性能指标的前提下，车辆的名义密度越小、脚印油耗越少、比功率越大，车辆就更加节能，整车的轻量化水平也就越高。 图表6：整车轻量化系数计算公式 目前主流的轻量化方案为结构优化、材料替代以及工艺改进。在结构方面，通过拓扑优化、尺寸优化、形状优化与形貌优化来实现零部件的集成或优化零部件的布局，进而实现结构轻量化。在材料方面，通过使用轻量化材料，如铝合金、镁合金等材料来代替目前主流的低碳钢，在不影响安全性能的前提下降低车辆的整备质量。在工艺方面，通过一体化压铸工艺，即将多个独立的零部件进行集成后使用大型压铸机进行一次成型，减少零部件数量，降低车辆的整备质量。 结构优化可分为拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形貌优化。汽车的结构优化是在原有设计的基础上，使用CAE仿真软件对仿真对象的承载状态、工艺特性进行分析并进一步对原结构进行优化，常用的结构优化方法为拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形貌优化。在实际的优化过程中，由于拓扑优化处于零部件概念设计阶段，因此一般先进行拓扑优化，得到优化后的拓扑结构后再进行其他的结构优化方案。 图表7：结构优化设计流程 图表8：不同结构优化方案的区别 证券研究所 究所 拓扑优化使车身结构同时满足性能与轻量化需求。拓扑优化可分为连续体拓扑优化和离散体拓扑优化，连续体拓扑优化是从总成的角度来找到有效载荷传递的最佳路径以及材料分布方式，从而提升总成件的整体性能，而离散体拓扑优化是从单个零部件的角度进行优化，如改变零部件的大小与位置。在车身的结构设计中，通过在给定的空间范围内不断使用拓扑优化进行迭代，车身结构可以既满足相应的性能需求，也可以减轻自身的质量。 图表9：车身整体的拓扑优化 尺寸优化寻求最佳尺寸组合。尺寸优化是以零部件的尺寸为变量，在零部件的厚度、截面积以及其他尺寸参数之间寻找最佳的尺寸组合。尺寸优化会在保证原有结构性能的前提下，对零部件的尺寸进行变更，从而最大程度地实现零部件的轻量化。 图表10：钣金件的厚度尺寸优化 形状优化使用减重孔实现零部件轻量化。形状优化是改变模型的形状参数，如倒圆角半径、加强肋高度、减重孔形状，在保证刚度等性能满足要求的情况下，来优化零部件整体的性能。在实际的形状优化过程中，通过减重孔来降低零部件质量是常用的轻量化方法。拓扑优化在概念设计阶段给出的最佳的设计形状往往是不规则形状，因此形状优化还可以在拓扑优化的基础上将形状进行规则化处理，同时满足轻量化和易于制造的需求。 图表11：汽车副支架尺寸优化 形貌优化在不显著增加质量的情况下改善结构刚度。形貌优化通常用于薄壁结构的优化处理，薄壁结构在面对外部压力时可能会产生不良噪音、振动甚至损坏。为了改善振动性能，形貌优化会在薄壁的局部结构加入加强筋或凹凸结构来增强结构刚度。在实际的结构优化过程中，多个优化目标往往会互相影响，因此形貌优化可以在不显著增加质量的情况下，保证其他优化目标满足要求。 图表12：汽车底盘的形貌优化 2铝合金汽零率先受益于轻量化趋势 2.1铝合金材料降重经济性突出 使用轻量化材料可有效降低汽车行业碳排放。全球碳排放中有21%来自于汽车行业，其中用于负荷汽车自重的燃料约占13%，因此降低该部分使用的燃料可以为汽车行业减排提供较大的贡献。汽车各材料中钢铁的质量占比达到55%，通过轻量化材料来代替钢铁，可以减少车辆的整备质量，进而降低用于负荷汽车自重的燃料。 图表13：全球碳排放来源 图表14：汽车各材料质量占比 目前主流轻量化材料为高强度钢、铝合金、镁合金以及碳纤维复合材料。高强度钢广泛应用于客车的车身结构中，但存在减重效果不明显的缺点。铝合金材料具备低密度和高强度的特点，是目前最具发展优势的轻质合金材料。镁合金是目前工业应用中最轻的金属材料，密度仅为钢的2/9,铝合金的2/3，抗冲击性能较好的特点使其有助于改善汽车的NVH性能。碳纤维复合材料减重效果较其他金属合金更高，但由于碳纤维价格较高，成本压力导致其未能广泛应用。 图表15：各类汽车轻量化材料特点 轻量化材料中铝合金与镁合金具备性价比优势。从大众和奥迪等欧洲品牌轻量化技术路线来看，高强度钢减重效果并不明显，铝合金能在普通钢的基础上减重40%，镁合金能够减重49%，金属与碳纤维的复合材料能减重52%，仅使用碳纤维则能减重76%，碳纤维减重效果最为明显。考虑到目前碳纤维价格远高于铝合金和镁合金，铝合金和镁合金在轻量化材料中更具有性价比优势。 图表16：各轻量化材料的轻量化比率 图表17：轻量化材料价格走势（元/吨） 降低整备质量可变相降低动力电池成本。通过使用轻量化材料来代替钢材可以降低整车的整备质量，从而使得车辆的续驶里程