摘要：在“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”和“雙碳”的政策背景下，汽車行業(yè)節(jié)能減排勢在必行。為實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，在提高新能源車比例的同時(shí)，汽車輕量化發(fā)展亦不可或缺。

材料輕量化、結(jié)構(gòu)輕量化、工藝輕量化是助力汽車輕量化發(fā)展的三大路徑。車企主要依靠替換輕質(zhì)材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局、改進(jìn)生產(chǎn)工藝來實(shí)現(xiàn)輕量化。其中鋁憑借“高性價(jià)比”在材料輕量化中得到廣泛應(yīng)用。

汽車的基本結(jié)構(gòu)大體可分為四大部分，分別是車身，發(fā)動(dòng)機(jī)，底盤和電氣設(shè)備。其中車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)合計(jì)占比車重的70%左右，上述系統(tǒng)減重是汽車輕量化的主要突破方向，我們著重預(yù)測這三部分的輕量化情況。

預(yù)計(jì)2025年乘用車總用鋁量達(dá)698萬噸，較2022年增加246萬噸。其中，新能源汽車用鋁由2022年的164.6萬噸增長至2025年的430.2萬噸，年復(fù)合增速達(dá)37.8%，2025年新能源單車用鋁287kg。燃油車總用鋁量由2022年287.7萬噸下滑至2025年的267.7萬噸。由于其份額受到新能源車的擠占，總用鋁量有所下降，2025年燃油車單車用鋁243kg。

風(fēng)險(xiǎn)因素：新能源汽車優(yōu)惠政策變化、汽車銷量不及預(yù)期、工藝推廣不及預(yù)期

正文

一、汽車輕量化大勢所趨

1.1 汽車輕量化推動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題是汽車產(chǎn)業(yè)在可持續(xù)發(fā)展道路上必須要面對的重大挑戰(zhàn)。我國汽車保有量在過去20年不斷增加，截至2022年已達(dá)3.19億量。目前汽車行業(yè)已成為石油資源的最大消費(fèi)領(lǐng)域，2020年發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報(bào)》顯示，我國機(jī)動(dòng)車排放的氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物也分別達(dá)595萬噸和196萬噸，占全國排放總量的33.3%與19.3%。在“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”和“雙碳”政策壓力下，汽車行業(yè)節(jié)能減排勢在必行。

依照國家部委發(fā)布的《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》，我國乘用車新車平均燃料消耗量水平在2020年應(yīng)下降至5L/100km左右，2025年達(dá)到4L/100km。而根據(jù)工信部每年發(fā)布的雙積分成績來看，隨著標(biāo)準(zhǔn)逐年收緊，2016年至2020年，車企不合格率逐年攀升，2020年達(dá)到67.16%。直到2021年，乘用車平均燃料消耗量水平仍在5L/100km以上，尚未完成2020年5L/100km目標(biāo)，距離2025年4L/100km目標(biāo)還比較遙遠(yuǎn)。而根據(jù)國家部委發(fā)布的2021年度《中國乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分核算情況表》推算得知，2021年傳統(tǒng)能源乘用車（包括混合動(dòng)力和非混合動(dòng)力）平均油耗在6.0L/100km，距離《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》中提出的2025年混合動(dòng)力新車占傳統(tǒng)能源乘用車的50%-60%，平均油耗5.2L/100km（WVLTC工況和）非混合動(dòng)力新車平均油耗6.2L/100km總體目標(biāo)，還需減少0.3-0.4L/100km。

對于燃油乘用車，三廂轎車、兩廂轎車、運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SUV）和多用途汽車（MPV）而言，每減重100kg，節(jié)油量分別為0.37L/100km、0.31L/100km、0.46L/100km和0.45L/100km。由此可見，想要達(dá)到《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》中提出的2025年目標(biāo)，在加大混合動(dòng)力乘用車比例的同時(shí)，平均每車需減重100kg左右的整備質(zhì)量。

1.2 汽車輕量化有助于提高電車?yán)m(xù)航里程

提高新能源汽車?yán)m(xù)航里程，發(fā)展電池能力和汽車輕量化是兩個(gè)并行的主要方向。目前電池能力逐漸達(dá)到極限，發(fā)展汽車輕量化的動(dòng)力進(jìn)一步增強(qiáng)?！豆?jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》顯示，通過有關(guān)模擬，從續(xù)駛里程的角度，其結(jié)果是，當(dāng)有能量回收時(shí)，每減少100kg的質(zhì)量，A級(jí)車的續(xù)駛里程增加12.3km，C級(jí)車的續(xù)駛里程增加13.0km；如果除動(dòng)力蓄電池以外的部件減少10kg的質(zhì)量，并將減少的質(zhì)量分給動(dòng)力蓄電池，保持整車的整備質(zhì)量不變，則A級(jí)車的續(xù)駛里程將增加12.5km，C級(jí)車的續(xù)駛里程將增加9.3km。另外，減輕減輕汽車其他部件的質(zhì)量的同時(shí)，也可考慮增加電池容量，保持汽車質(zhì)量不變的情況下，實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程。

從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，增加電池容量的成本高于汽車減重的成本。歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)(EAA)的研究表明，對于高爾夫之類大小的電動(dòng)車型，相同續(xù)航里程下，使用全鋁車身將增加1015歐元成本，但可以節(jié)省電池成本1650歐元，總成本將減少635歐元。

二、三大途徑實(shí)現(xiàn)汽車輕量化

2.1 材料輕量化：高強(qiáng)度鋼和鋁合金應(yīng)用較為廣泛

目前汽車制造中用到的輕量化材料有：高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料、工程塑料等。其中高強(qiáng)度鋼和鋁合金性價(jià)比高，特點(diǎn)明顯，在汽車輕量化的材料中占比較高。根據(jù)賽瑞研究和中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2020年高強(qiáng)度鋼和鋁合金占據(jù)了汽車輕量化市場的85%以上，其中鋁合金的比例接近65%。鎂合金減重效果略好于鋁合金，但化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易燃易被腐蝕，應(yīng)用范圍較為狹窄，一般僅用于內(nèi)飾、輪轂和動(dòng)力總成中。碳纖維復(fù)合材料減重效果遠(yuǎn)勝于金屬材料，但成本上也遠(yuǎn)高于一般常用材料，目前僅應(yīng)用于賽車、超級(jí)跑車。

2.1.1 鋁合金：耐腐蝕延展好，多用于零部件

在諸多輕量化材料中，鋁是最先替代鋼材的制造材料，目前在汽車制造中的用量僅次于鋼材和鑄鐵。鋁合金價(jià)格為鋼的2.5倍，在各種輕量化材料中并不算貴，目前代替低碳鋼可實(shí)現(xiàn)40%～50%的減重。鋁合金化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易腐蝕，延展性好，在輪轂和氣缸中的應(yīng)用較為成熟，也常作為汽車車身的覆蓋件，在車身受到?jīng)_擊時(shí)，可以大量吸收沖擊力，保護(hù)駕乘室安全。此外，汽車底盤鋁化和新能源汽車電池殼鋁化有望成為單車用鋁量增加的新動(dòng)力。據(jù)歐洲鋁協(xié)預(yù)測，未來汽車鋁化的極限可達(dá)到50%。

我國汽車用鋁原料供應(yīng)充足，但工藝上仍有差距。我國是電解鋁的生產(chǎn)大國，2022年國內(nèi)電解鋁產(chǎn)量4007.29萬噸，約占全球產(chǎn)量的59%，在電解鋁的供應(yīng)上不成問題。但汽車制造使用的鋁合金中，70%以上為壓鑄鋁合金，國內(nèi)在鋁合金壓鑄工藝上對比美國、日本還有一定差距，擠壓鑄造產(chǎn)品存在質(zhì)量穩(wěn)定性差、廢品率高等諸多問題。

2.1.2 高強(qiáng)度鋼：成本低強(qiáng)度高，多用于駕駛室

高強(qiáng)高韌、低密度是國際汽車用鋼的重要發(fā)展方向，也是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、改善材料成形質(zhì)量的重要指標(biāo)。高強(qiáng)度鋼相比于傳統(tǒng)低碳鋼可減重15%-25%，目前通過熱成型工藝制造的高強(qiáng)度鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均能超過1000Mpa，是普通鋁合金的3-5倍。在材料成本上，高強(qiáng)度鋼也低于鎂鋁合金和碳纖維復(fù)合材料。

當(dāng)車輛前后方發(fā)生碰撞時(shí)，保護(hù)車內(nèi)乘員安全的乘坐室不應(yīng)發(fā)生過多變形，所以對于駕乘室的框架，如橫梁、縱梁、ABC柱等，基本都會(huì)采用高強(qiáng)度鋼作為材料。以安全著稱的沃爾沃汽車在XC90上的高強(qiáng)度鋼使用占比超過40%，即便是以“全鋁車身”的著稱的奧迪A8，特斯拉Model Y在其駕乘室的框架上，也同樣會(huì)選用了高強(qiáng)度鋼作為原材料。

2.2 結(jié)構(gòu)輕量化：尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化使用廣泛

車身結(jié)構(gòu)輕量化主要通過對車身整體及零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化，改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)，使部件薄壁化、中空化、小型化和復(fù)合化。根據(jù)設(shè)計(jì)變量及優(yōu)化問題類型的不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化四種。

尺寸優(yōu)化顧名思義，以零部件的尺寸作為優(yōu)化的參數(shù)變量。通過板材厚度、桿件橫截面面積等尺寸關(guān)系，尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)的組合。

形狀優(yōu)化通過適當(dāng)改變零部件的外形使結(jié)構(gòu)更加均勻地受力，形貌優(yōu)化則是根據(jù)汽車各部件的強(qiáng)度要求和使用頻率的不同，在強(qiáng)度要求高的部位儲(chǔ)存或增強(qiáng)材料，在強(qiáng)度要求低的部位減薄或去除材料。

拓?fù)鋬?yōu)化是在給定設(shè)計(jì)空間的前提下，通過拓?fù)渌惴?，對材料分布進(jìn)行分析，最終得到最優(yōu)化的動(dòng)力傳遞路徑以達(dá)到盡可能多節(jié)省材料的目標(biāo)。以克萊斯勒汽車公司某款SUV為例，汽車設(shè)計(jì)方按照造型、總布置、人機(jī)等要求，定義好車身拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)空間，進(jìn)行網(wǎng)格劃分并設(shè)定加載工況。該加載工況主要考慮靜態(tài)彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度，動(dòng)態(tài)正碰、側(cè)碰及后碰等工況要求，等效成拓?fù)潇o態(tài)線性工況及約束條件。在經(jīng)過20多次迭代之后，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量減小79kg（15.3%），超出預(yù)計(jì)減重13%的目標(biāo)。車身扭轉(zhuǎn)剛度達(dá)到19100 N·m/deg，彎曲剛度達(dá)到30200N/mm；白車身模態(tài)一階扭轉(zhuǎn)頻率達(dá)到35.3Hz，一階彎曲頻率達(dá)到46Hz，實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)要求。

2.3 工藝輕量化：造車新勢力引領(lǐng)一體化壓鑄

輕量化制造工藝是保證高強(qiáng)度材料、輕質(zhì)材料與多材料混合等輕量化方案成功應(yīng)用的必要手段，是一座連接輕量化材料和輕量化結(jié)構(gòu)的橋梁。輕量化材料通過輕量化的工藝進(jìn)行加工、拼接，最終實(shí)現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果。對于材料輕量化中運(yùn)用最為廣泛的高強(qiáng)度鋼和鋁合金，對應(yīng)的制作工藝分別有熱成型法和一體化壓鑄。

2.3.1 熱成型

目前熱成型工藝在汽車工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。熱成形工藝是將熱成形鋼的原料放進(jìn)爐中加熱，經(jīng)過模內(nèi)熱成形并保壓淬火后，使高強(qiáng)度鋼板由淬火前抗拉強(qiáng)度Rm=500-600MPa提高1000-1600MPa。熱成型工藝制造的鋼材相比于傳統(tǒng)軟鋼質(zhì)量更輕，強(qiáng)度更高，特斯拉官方數(shù)據(jù)顯示，Model 3的材料選用中，使用熱成型工藝制作的超高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋼用量占比分別達(dá)到了18.7%和38.3%，而軟鋼僅占比12.5%。

2.3.2 一體化壓鑄

壓鑄是汽車常用的鑄造方式之一，原理是通過壓機(jī)將金屬液壓射到模具中，汽車上壓鑄件通常是鎂、鋁合金。受制于壓鑄機(jī)鎖模力的大小，過去常以小型零件為主。壓鑄一體化優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)鑄件可以取代原本幾十個(gè)零件，實(shí)現(xiàn)了零件高度集成化、模塊化。同時(shí)在其設(shè)計(jì)和鑄造時(shí)，可通過變化截面、布置加強(qiáng)筋等手段，使得部件的性能更高、質(zhì)量更小。2021年3月特斯拉率先使用6000T超大型壓鑄單元進(jìn)行壓鑄，將Model Y后底板70多個(gè)零件減少至2塊，車輛后部重量減輕了30%，制造成本降低了40%。目前我國一體化壓鑄企業(yè)有廣東鴻圖、文燦集團(tuán)、旭升股份等，其中部分企業(yè)已經(jīng)獲得了蔚來汽車、理想汽車相關(guān)的一體化壓鑄訂單。沃爾沃、奔馳等外資企業(yè)也陸續(xù)推進(jìn)一體壓鑄廠房改造和底盤一體化結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)。

三、各系統(tǒng)輕量化中用鋁量測算

汽車的基本結(jié)構(gòu)大體可分為四大部分，分別是車身，發(fā)動(dòng)機(jī)，底盤和電氣設(shè)備。其中車身、底盤、動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)占汽車總重的比重分別為：27.2%、22.5%、20.4%，合計(jì)占比70%左右，上述系統(tǒng)減重是汽車輕量化的主要突破方向，因此下文將著重預(yù)測這三部分的輕量化情況。

3.1 車身輕量化：目前以鋼為主，鋁合金滲透率增速較快

汽車車身主要由車身結(jié)構(gòu)件、車身覆蓋件及車身加強(qiáng)件組成。其中車身結(jié)構(gòu)件占整車質(zhì)量的20%-30%，其主要目的是為車身起到支撐作用，類似于“人體骨骼”。車身結(jié)構(gòu)件主要包括：前后總成、A/B/C柱、左右減震器懸掛部分、左右縱梁、橫梁、上邊梁等零部件。由于車身結(jié)構(gòu)件需支撐起整個(gè)車身，因此對其強(qiáng)度要求較大。目前使用的材料有普通鋼、高強(qiáng)度鋼、鋁合金等，其中高強(qiáng)度鋼為主流材料。與高強(qiáng)度鋼相比，鋁合金成本更高且不易焊接，在實(shí)際應(yīng)用中有所受限。主要應(yīng)用在前、后減振器塔、頂蓋橫梁與CD柱連接件、擠壓型材骨架結(jié)構(gòu)件（縱梁、門檻及頂蓋橫梁等）、管材結(jié)構(gòu)件等。不過一體化壓鑄技術(shù)的推出，為鋁合金的應(yīng)用帶來了廣闊前景，其中Model Y后底板70多個(gè)零件減少至2塊。從焊接點(diǎn)來看，傳統(tǒng)的組裝過程約有3000個(gè)焊接點(diǎn)。而一體化壓鑄鋁合金車身工藝，通過減少焊接點(diǎn)顯著降低了加工成本。目前由于技術(shù)限制一體化壓鑄并未得到廣泛應(yīng)用，在成本和輕量化驅(qū)動(dòng)下，未來有望得到廣泛應(yīng)用，由此鋁合金車身結(jié)構(gòu)件中的份額將會(huì)隨之提高。

車身覆蓋件是車身輕量化的重要領(lǐng)域。車身覆蓋件占整車的1/4到1/3，主要包括：左右前后車門、車頂、引擎蓋、翼子板、后車廂等。車身覆蓋件起到美觀和疏導(dǎo)氣流的作用，在發(fā)生碰撞事故時(shí)，車身覆蓋件的保護(hù)作用較小，因此對其強(qiáng)度要求較低。此時(shí)，鋁合金憑借其質(zhì)量較輕的特點(diǎn)脫穎而出。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Ducker的數(shù)據(jù)，2020年鋁合金引擎蓋滲透率為73%，預(yù)計(jì)2025年可達(dá)85%。而車門等滲透率相對較低。

為了測算車身用鋁量，我們分別測算車身結(jié)構(gòu)件及車身覆蓋件的用鋁量而后加總。就車身結(jié)構(gòu)件而言，根據(jù)信公咨詢數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)鋼制車身重量為350-450kg，全鋁沖焊車身重量為200-250kg，一體化壓鑄鋁合金全車身重量為200-250kg，因此我們將鋁制車身結(jié)構(gòu)件的重量認(rèn)定為中間值230kg。Ducker Worldwide預(yù)測，2025年全鋁車身滲透率為18%，考慮到一體化壓鑄技術(shù)的快速推廣，這里將2025年的滲透率提升至20%，其余不變。

就車身覆蓋件而言，根據(jù)南山鋁業(yè)公告顯示，以新能源汽車全鋁車身為例，單輛車使用的四門兩蓋及電池托盤等產(chǎn)品的合計(jì)重量約為300公斤。而電池盒重量約為50-80kg，因此我們推演汽車覆蓋件重量約為235kg。另外，綜合Ducker Worldwide預(yù)測的各部件滲透率，我們預(yù)測2025年鋁合金車身覆蓋率為65%。

根據(jù)預(yù)測，2025年全國車身部分總用鋁量達(dá)468.47萬噸，2021-2025年CAGR為：17.3%。其中覆蓋件用鋁量達(dá)348.87萬噸，結(jié)構(gòu)件用鋁量達(dá)119.6萬噸。2021-2025年復(fù)合增長率分別為：15.6%、23.1%。相對而言，結(jié)構(gòu)件增速更快，主要受兩方面因素影響，一是目前全鋁車身滲透率較低，基數(shù)較?。欢且惑w化壓鑄技術(shù)剛剛興起，未來有望得以廣泛應(yīng)用。

3.2 底盤輕量化：滲透率低，前景廣闊

一般認(rèn)為，對汽車底盤實(shí)施輕量化在油耗和操控等方面的收益，要遠(yuǎn)高于同等程度其他部位的輕量化，行業(yè)中流傳著“簧下1斤，簧上10斤”的說法。在保證底盤對車身提供足夠支撐力的前提下，提升簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量的比值，相當(dāng)于卸下了綁在腿上的沙袋，可以顯著提高汽車加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)的響應(yīng)速度和舒適性。

從目前的市場情況來看，汽車動(dòng)力系統(tǒng)的鋁合金滲透率已經(jīng)較高，車身由于成本和安全的限制，短期內(nèi)鋁合金滲透率難以提高，而底盤輕量化則是一片藍(lán)海市場。汽車底盤是一個(gè)統(tǒng)稱，主要是由傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)組成。而底盤用鋁量主要集中在四大系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)、副車架、控制臂，制動(dòng)鉗等零部件上。使用鋁制底盤零部件替換鋼制零部件，可減重約40%，單位油耗可減少約0.15L/100km。在汽車輕量化發(fā)展的洪流下，底盤零部件均有由鋼向鋁轉(zhuǎn)變的傾向。

轉(zhuǎn)向節(jié)（羊角）是汽車轉(zhuǎn)向橋中的重要零件之一，能夠使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向。轉(zhuǎn)向節(jié)的主要功用是傳遞并承受汽車前部載荷，支承并帶動(dòng)前輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)而使汽車轉(zhuǎn)向。目前鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)在豪華汽車的滲透率超過90%，在普通汽車的滲透率約在20%-30%，所有品牌平均滲透率僅為35%左右。單個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)由鋼材轉(zhuǎn)為鋁合金能夠減重2.6kg，平均每千克成本上升13.5元。由于轉(zhuǎn)向節(jié)屬于小件零部件，在設(shè)計(jì)、加工上研發(fā)和量產(chǎn)速度都較快，而隨著底盤輕量化持續(xù)推進(jìn)，鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)將由高端品牌向其他品牌逐步滲透。在汽車輕量化趨勢的下，鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)滲透率有望進(jìn)一步提高，我們預(yù)測到2025年鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)滲透率達(dá)60%。由此可以得出未來鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)帶來的用鋁量為11.2萬噸。

控制臂作為汽車懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向和傳力元件，將作用在車輪上的各種力傳遞給車身，同時(shí)保證車輪按一定軌跡運(yùn)動(dòng)。汽車控制臂分別通過球鉸或者襯套把車輪和車身彈性地連接在一起。汽車控制臂(包括與之相連的襯套及球頭)應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和使用壽命。鋁合金下擺臂優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)久耐用、維護(hù)成本低。同樣重量下，鋁制件強(qiáng)度比鐵的強(qiáng)度更高。目前，國內(nèi)市場鋁制控制臂滲透率為23%，根據(jù)The Aluminum Association在2012年統(tǒng)計(jì)，北美汽車市場的底盤零部件中，鋁合金控制臂的滲透率約為40%。企業(yè)可通過改良制造工藝、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，以提高鋁制控制臂滲透率。預(yù)計(jì)2025年國內(nèi)鋁合金控制臂滲透率將達(dá)到美國滲透水平，即達(dá)到40%。由此，計(jì)算出2025年鋁制控制臂帶來的用鋁量為7.5萬噸。

副車架可以看成是前后車橋的骨架,是前后車橋的組成部分。副車架的作用是阻隔振動(dòng)和噪聲，減少其直接進(jìn)入車廂。從性價(jià)比的角度來看，使用鋁合金副車架需要加價(jià)700-1500元，減重19kg左右，每千克減重成本遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)向節(jié)。受成本和工藝的制約，目前鋁合金副車架在國內(nèi)的滲透率約在13%左右。鋁合金副車架對性能有較高要求，即具有較高的準(zhǔn)入門檻，大量的鋁合金副車架的需求來源于中高端汽車?？紤]到制造工藝技術(shù)不斷更新、材料成本不斷下降，根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)，我們預(yù)測，2025年國內(nèi)副車架鋁合金滲透率將達(dá)25%，屆時(shí)帶來的用鋁量為16.3萬噸。

制動(dòng)卡鉗是整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的一部分，作用是向剎車盤施加作用力，從而起到減速或者停車的作用。使用鋁合金制動(dòng)鉗在減震、降速、平穩(wěn)性上有更強(qiáng)的優(yōu)勢，能夠直接提高消費(fèi)者的駕車體驗(yàn)。目前鋁合金制動(dòng)鉗在國內(nèi)汽車品牌的滲透率偏低，在豪華汽車中的滲透率也僅有20%左右。隨著駕車體驗(yàn)需求的提升，預(yù)計(jì)2025年鋁合金制動(dòng)鉗的滲透率達(dá)20%，用鋁量將達(dá)2.5萬噸。

除上述零部件外，輪轂為底盤輕量化的重頭戲。輪轂是車輪中心安裝車軸的部位，由于輪轂屬于高速旋轉(zhuǎn)零件，其材料要求具有高剛度及耐勞度。目前主要有鋁合金輪轂和鋼制輪轂。鋼制車輪以成本較低、承壓能力較強(qiáng)為優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)過去的主要市場，但由于其重量大、慣性阻力大的缺點(diǎn)，目前僅運(yùn)用于低端車和一些特種車輛中。鋁合金車輪憑借外表美觀、重量較輕等特有的優(yōu)勢，正逐漸取代鋼制車輪成為主流選擇，目前鋁制輪轂廣泛應(yīng)用于中高端乘用車中。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021年我國鋁合金輪轂滲透率達(dá)79%，假設(shè)未來滲透率保持增速不變，因此預(yù)計(jì)2025年我國鋁合金輪轂滲透率將達(dá)83%。

上文的分析中，已經(jīng)給出各底盤部件鋁合金滲透率情況，測算底盤輕量化過程中用鋁量時(shí)，本文采用的推演邏輯為：

部件用鋁量=乘用車銷量×鋁制部件滲透率×鋁制部件單個(gè)重量×單車所用件數(shù)

最后將上面公式所計(jì)算的各部件用鋁量加總得出底盤輕量化過程中的用鋁量。

輪轂首當(dāng)其沖，副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)緊隨其后拉動(dòng)底盤輕量化用鋁量。根據(jù)上文我們的預(yù)測，2025年底盤輕量化帶來的用鋁量達(dá)105.6萬噸左右，2021-2025年復(fù)合增長率為10.56%。其中占比較大的為輪轂用鋁量、副車架用鋁量及轉(zhuǎn)向節(jié)用鋁量，2025年分別達(dá)68.1萬噸、16.3萬噸、11.2萬噸，2021-2025CAGR分別為：6%、24%、20%。主要原因?yàn)椋簩嗇灦裕X合金輪轂滲透率大且單車用量較高，因此用鋁量最大，但未來增速較慢。對副車架而言，自身重量本身較大，且使用鋁制副車架替換帶來的減重效果也較好，因此未來用鋁量較大，且前景較好。對轉(zhuǎn)向節(jié)而言，目前國內(nèi)滲透率水平一般，但鋁制轉(zhuǎn)向節(jié)性價(jià)比最高，每kg減重成本僅需13.5元，因此未來輕量化空間較大，引致的用鋁量也較大。

3.3 動(dòng)力系統(tǒng)輕量化：鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)滲透率處于高位，電池盒成為汽車用鋁新增量

3.3.1 燃油汽車

對于傳統(tǒng)燃油汽車而言，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是為汽車提供動(dòng)力的裝置，是汽車的心臟，決定著汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和環(huán)保性，占到全車重量的12%左右。發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化主要依靠結(jié)構(gòu)輕量化和材料輕量化。結(jié)構(gòu)輕量化指可采用尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化等方式減輕質(zhì)量。同時(shí)通過模塊化設(shè)計(jì)，將不同零部件進(jìn)行組合，減少零件數(shù)量，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化的目的。

就材料輕量化而言，發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫、高壓、摩擦磨損及振動(dòng)的環(huán)境中工作，要求材料具有較好的導(dǎo)熱性和抗腐蝕性。因此材料的選擇要在保證強(qiáng)度和安全性能的前提下做到輕量化。目前發(fā)動(dòng)機(jī)選材主要是鑄鋁和鑄鐵，在同等排量的發(fā)動(dòng)機(jī)中，使用鋁制氣缸體發(fā)動(dòng)機(jī)，能減輕20公斤左右的重量，可減重20%-30%。鋁合金在發(fā)動(dòng)機(jī)中的推廣較為順利，目前鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)比較成熟。未來耐蝕鎂合金和鈦合金也可能在發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化中發(fā)揮一定作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁主要為氣缸體、氣缸蓋及活塞。氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)最基礎(chǔ)的零部件，作用為支承發(fā)動(dòng)機(jī)所有的運(yùn)動(dòng)件和各種附件，承載曲軸、活塞、連桿等結(jié)構(gòu)件。氣缸蓋鑲嵌在缸體上用以支撐活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此氣缸與氣缸蓋的材料一般選用耐磨性好和耐高溫的材料，而鋁合金材料相較于鑄鐵材料更輕，同時(shí)在散熱上也有著更為優(yōu)秀的表現(xiàn)，目前乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體鋁合金使用率均達(dá)到80%以上。

根據(jù)GM Group調(diào)研數(shù)據(jù)，氣缸體、氣缸蓋、活塞及其他零部件用鋁量約為26.6kg，最大用鋁可達(dá)32.8kg，目前達(dá)最大用量的81%左右。目前鋁制缸體滲透率達(dá)80%以上，活塞滲透率達(dá)92.7%，其他發(fā)動(dòng)機(jī)零部件滲透率達(dá)78.2%，在此假設(shè)當(dāng)前鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)滲透鋁約為80%。中研網(wǎng)預(yù)測，到2025年鋁合金的市場滲透率預(yù)計(jì)將達(dá)到85%。由此估算2025年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用鋁約為24.9萬噸，且呈現(xiàn)遞減趨勢，主要是受傳統(tǒng)燃油車銷量下降拖累。

3.3.2 電動(dòng)汽車

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的心臟，占全車重量的20%-30%，是新能源汽車核心動(dòng)力來源，為整車提供驅(qū)動(dòng)電能，由電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、箱體和電池管理系統(tǒng)BMS組成。電芯按照一定的規(guī)律串并聯(lián)組成模組，模組有序排列在電池箱體內(nèi)，由BMS、熱管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，以確保電池包系統(tǒng)的安全及持續(xù)輸出。目前，動(dòng)力電池的輕量化主要有兩大途徑：結(jié)構(gòu)輕量化和材料輕量化。

結(jié)構(gòu)輕量化是指通過合理設(shè)計(jì)電池系統(tǒng)配件結(jié)構(gòu)，減少材料的使用，以提高空間利用率，并結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)仿真分析，在配件安全性能不變的情況下達(dá)到輕量化目的。自2019年起，動(dòng)力電池企業(yè)及各大車企不斷探索動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。探索大抵可以分為電池結(jié)構(gòu)輕量化和電芯形狀輕量化。動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程可簡單概述為：模組標(biāo)準(zhǔn)化—CTP（大模組、去模組化）—CTC（電池底盤一體化）。傳統(tǒng)電池系統(tǒng)集成過程為由電芯組成模組再組成電池包，并安裝在底盤上。模組標(biāo)準(zhǔn)化則是在這一集成過程中的優(yōu)化，通過標(biāo)準(zhǔn)化電池模組以爭取規(guī)?；a(chǎn)實(shí)現(xiàn)降本增效，同時(shí)為后期制造組裝及更換提供便利。CTP技術(shù)則是省去模組環(huán)節(jié)，直接將電芯組合進(jìn)電池包，再將電池包安裝在底盤上。在應(yīng)用過程中，CTP包含大模組盒、去模組兩種形式。這種方式可將電芯在電池包中的空間利用率提高到40%以上，部分車企甚至可提高到70%以上。CTC技術(shù)則是省去模組和電池包兩個(gè)過程，直接將電芯集成在車身地板框架內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)電池底盤一體化，從根本上改變了電池的安裝形式。以零跑汽車為例，CTC技術(shù)帶來10%綜合工況續(xù)航的增益。

電芯形狀方面，目前市場上現(xiàn)有的電芯有：圓柱電芯、方體電芯和軟包電芯。在結(jié)構(gòu)輕量化中，鋁增量主要體現(xiàn)在電芯形狀變化中。對應(yīng)不同形狀電芯，電池殼形狀和材質(zhì)有所差異。其中圓柱、方體電芯均使用硬殼封裝。從材質(zhì)來看，圓柱電芯殼體多采用不銹鋼或鍍鎳鋼；方體電芯殼體多采用鋁合金。對比來看，不銹鋼具有物理穩(wěn)定性強(qiáng)、抗壓力、抗沖擊力大、不生銹且容易焊接的優(yōu)點(diǎn)。但不銹鋼密度較大導(dǎo)致電池和整車質(zhì)量大，從而拖累電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航。相比于鋼殼，鋁殼成本較高。但鋁質(zhì)材料密度低、延展性好的特點(diǎn)使汽車輕量化上升空間更大。在安全性能上，鋁材質(zhì)的金屬鼓脹系數(shù)高于鋼材質(zhì)，當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，鋁材質(zhì)在一定程度上減小了爆炸機(jī)率。

相較于鋼殼、鋁殼這類硬殼，鋁塑膜的使用賦予軟包電池兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。一是安全性更高。軟包電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池一般會(huì)先鼓起，或者從封口處裂開釋放能量，并不會(huì)像硬殼電池一樣有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。二是電池重量輕。動(dòng)力電池通常選用152μm厚的鋁塑膜,鋁塑膜的使用可大幅減少電池重量，相較于鋼殼電池，軟包電池輕40%，相較于鋁殼電池輕20%。另外，軟包電池的容量較大，同等規(guī)格下，較鋼殼電池高10～15%，較鋁殼電池高5～10%。除上述優(yōu)點(diǎn)以外，軟包電池本身內(nèi)阻較小且設(shè)計(jì)相對靈活。但目前軟包電池受限于供應(yīng)鏈不完善、生產(chǎn)成本較高，在國內(nèi)并未能得到廣泛應(yīng)用，主要在歐洲得以應(yīng)用。

除電池殼體外，動(dòng)力電池帶來的鋁增量，還體現(xiàn)在電池盒上。電池盒是動(dòng)力電池的重要結(jié)構(gòu)件。主要用于承載電池模組、冷卻系統(tǒng)等電池系統(tǒng)部件，保護(hù)電池在受到外界碰撞、擠壓時(shí)不受損壞。電池盒由上蓋、托盤（下殼體）組成。上蓋相對托盤更輕薄，主要材料為金屬或復(fù)合材料，比較成熟的輕質(zhì)材料有鋁鎂合金和復(fù)合材料。單從性能而言，碳纖維復(fù)合材料較為優(yōu)異，但礙于成本限制，目前上殼體主要采用沖壓鋼板和沖壓鋁板，未來可能會(huì)采用碳纖維復(fù)合材料作為進(jìn)一步升級(jí)。而托盤要求能夠承載電池模組等部件的重量，因此材料多為強(qiáng)度較大的金屬材料。鋁合金憑借其優(yōu)異的性能，目前為托盤的主流材料，同等尺寸下，相較于鋼可減重20%-30%。

雖然上蓋與托盤都使用鋁合金材料，由于二者功能的差異，鋁合金生產(chǎn)工藝有所不同。電池盒上蓋多采用沖壓-拼焊鋁箱，而托盤采用壓鑄型鋁箱與擠壓-拼焊鋁箱，其中擠壓為主流工藝。

為了估算出未來動(dòng)力電池所帶來的用鋁量，這里分別預(yù)測電池殼和電池盒的用鋁量。電池殼方面：由于不同形狀電池殼所用材料差異，鋁絕大部分用在方體電池和軟包電池中，因此，推演邏輯為：首先根據(jù)動(dòng)力電池裝機(jī)量和各電池市場份額計(jì)算出各類電池裝機(jī)量，對方體電池殼來說，電池殼和電芯存在一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)方體電池裝機(jī)量和單個(gè)電池電池容量計(jì)算出方體電池裝機(jī)個(gè)數(shù)，則：

方體電池殼用鋁量=單個(gè)電池用鋁量*方體電池裝機(jī)個(gè)數(shù)

對軟包電池而言，根據(jù)紫江新材產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，結(jié)合GGII分析：1GWh軟包動(dòng)力電池大概對應(yīng)120萬平米鋁塑膜，計(jì)算出動(dòng)力電池軟包電池1GWh大概需要鋁262噸。因此只需計(jì)算出軟包電池裝機(jī)量，則：

軟包電池殼用鋁量=262噸/1GWh*軟包電池裝機(jī)量

全球動(dòng)力電池呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展，全球動(dòng)力電池裝機(jī)量從2017年的64.3GWh增長至2021年293.7GWh，復(fù)合年增長率為46.2%。2021年中國動(dòng)力電池裝機(jī)量達(dá)154.5GWh，2017-2021年復(fù)合增長率43.5%，2022年國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量將達(dá)261GWh。根據(jù)億歐智庫數(shù)據(jù)預(yù)測2025年將達(dá)755 GWh。目前圓柱電池因其空間利用率低等因素，僅占6%左右份額，主要是特斯拉在使用，預(yù)測未來份額維持在6%左右。方殼電池在市場中被廣泛應(yīng)用，占近80%份額。諸多企業(yè)如寧德時(shí)代、比亞迪等均布局方體電池。而軟包電池市場份額約10%左右，主要是歐洲企業(yè)布局，根據(jù)EVSales數(shù)據(jù)顯示，2020年歐洲銷量前20名的電動(dòng)汽車中，有15款車型采用了軟包電池，包括戴姆勒、日產(chǎn)、雷諾、大眾、現(xiàn)代、奧迪、沃爾沃等，市場占比超過70%。未來軟包電池憑借其優(yōu)異的性能市場份額有望提升，這將擠占方體電池份額。因此預(yù)測2025年方體電池市場份額為70%，軟包電池為24%左右。由此則可得出：

各類電池裝機(jī)量=國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量*所占份額

為估算方體電池單位裝機(jī)量，本文選用寧德時(shí)代產(chǎn)品三元方體電芯為參考，參數(shù)為3.65V、150Ah，則其能量為547.5Wh?？紤]到市場上寧德時(shí)代技術(shù)可能領(lǐng)先市場，因此估算方體電池單位裝機(jī)量為545Wh，并隨著年份增長。由此則可推算出2022年方體電池殼需求數(shù)量為39258.8萬件。另外參考震?？萍籍a(chǎn)銷數(shù)據(jù)，估算出每萬件方體電池殼需用鋁1.24噸，根據(jù)這一數(shù)據(jù)則可推演出方體電池總用鋁量。

由上文可知，軟包電池裝機(jī)量=國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量*軟包電池市場份額，1GWh軟包動(dòng)力電池大概對應(yīng)262噸鋁箔，則軟包電池殼用鋁量=軟包電池裝機(jī)量*262噸/1GWh，最終得出用鋁量。

電池盒方面：電池盒是動(dòng)力電池的重要結(jié)構(gòu)件，動(dòng)力電池占全車重量的20%～30%，而電池盒則占動(dòng)力電池重量的20%～30%。從減重效果看，鋼制電池盒重量約為120kg，而鋁制電池盒質(zhì)量為50～80 kg，同等體積下，鋁合金電池包的質(zhì)量更輕，可以多配置同等質(zhì)量的電池，延長續(xù)駛里程。因此，鋁制電池盒幾乎完全覆蓋市場，本文假設(shè)鋁制電池盒覆蓋率為100%。另外，在型材鋁電池盒廣泛應(yīng)用下，鋁電池盒重量有望進(jìn)一步減重。本文估計(jì)市場上電池盒平均單位重量2022年為70kg，考慮到未來規(guī)模經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步顯現(xiàn)以及技術(shù)進(jìn)步，預(yù)估2025年平均重量達(dá)55kg。

國內(nèi)新能源汽車銷量仍處于快速增長階段，由2019年的120.6萬輛增長至2021年的352.1萬輛，年復(fù)合增長率達(dá)70.87%，根據(jù)中國工程院院士丁榮軍預(yù)測2025年中國新能源汽車銷量將達(dá)1500萬輛，未來保持增長態(tài)勢。由于基數(shù)增大，預(yù)測增速有所放緩，2022-2025年，新能源汽車銷量CAGR為：29.6%。

綜上，電池盒用鋁量推演邏輯為：

電池盒用鋁量=新能源車銷量*鋁制電池盒滲透率*鋁制電池盒單位重量

水漲船高，新能源汽車行業(yè)發(fā)展帶動(dòng)鋁產(chǎn)業(yè)。2022年動(dòng)力電池用鋁量達(dá)53.8萬噸，其中電池殼用鋁量達(dá)5.5萬噸，電池盒用鋁量達(dá)48.2萬噸?？梢?，動(dòng)力電池板塊新增的用鋁量主要用于制造電池盒。預(yù)計(jì)2025年動(dòng)力電池用鋁量達(dá)99.1萬噸，增速逐漸放緩，2022-2025年復(fù)合增長率為22.6%。其中電池殼用鋁量和電池盒用鋁量分別為16.56萬噸、82.5萬噸，CAGR分別為：44.0%、19.6%，電池盒用鋁量增長較慢的原因主要為前市場上鋁制電池盒幾乎全覆蓋，且隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)，單體用鋁量呈下降態(tài)勢，這抵消了部分動(dòng)力電池行業(yè)的增長。

四、國內(nèi)汽車用鋁市場規(guī)模測算：輕量化浪潮中，國內(nèi)乘用車用鋁快速攀升

輕量化發(fā)展刺激汽車用鋁需求，新能源車引領(lǐng)汽車用鋁。政策導(dǎo)向疊加汽車電動(dòng)化發(fā)展，汽車輕量化趨勢漸濃。權(quán)衡成本和性能，鋁材料在輕量化過程中脫穎而出。從銷量來看，2025年預(yù)計(jì)乘用車銷量達(dá)2600萬輛，其中新能源汽車占57.69%，雙碳及優(yōu)惠政策引導(dǎo)下，汽車電動(dòng)化比例不斷提高，而傳統(tǒng)燃油車銷量則因此受挫。根據(jù)前文所述：

乘用車總用鋁量=車身總用鋁量+底盤總用鋁量+新能源動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量+燃油車動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量

由于在車身及底盤部分并未區(qū)分燃油車和新能源車，為計(jì)算新能源車用鋁量及燃油車用鋁量，我們首先算出單車非動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量：

單車非動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量=（車身總用鋁量+底盤總用鋁量）/乘用車銷量

則：新能源車用鋁量=單車非動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量*新能源汽車銷量+新能源動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量

燃油車用鋁量=單車非動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量*燃油車汽車銷量+燃油車動(dòng)力系統(tǒng)用鋁量

據(jù)估算2022年乘用車用鋁量為452萬噸，預(yù)計(jì)到2025年達(dá)698萬噸，增長約0.5倍，增量主要來自新能源汽車。預(yù)計(jì)新能源汽車用鋁由2022年的164.6萬噸增長至2025年的430.2萬噸，年復(fù)合增速達(dá)37.8%，占比由2022年的36.4%增長至2025年的61.6%，逐步成為主要用鋁車型。而傳統(tǒng)燃油車由于其份額受到新能源車的擠占，用鋁量有所下降，預(yù)計(jì)2025年傳統(tǒng)燃油車用鋁量為267.7萬噸。

單車用鋁量逐步攀升。在汽車輕量化洪流中，燃油車及新能源汽車單車用鋁量均有提升。國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)委托CM Group完成的《中國汽車工業(yè)用鋁量評(píng)估報(bào)告(2016-2030)》顯示：2021年中國燃油車單車用鋁量預(yù)計(jì)為150kg/輛，新能源車單車用鋁量預(yù)計(jì)為220kg/輛。根據(jù)我們的推演邏輯：

乘用車單車用鋁量=乘用車總用鋁量/乘用車銷量

燃油車單車用鋁量=燃油車用鋁量/燃油車汽車銷量

新能源車單車用鋁量=新能源車用鋁量/新能源車汽車銷量

我們預(yù)測2025年燃油車單車用鋁量將達(dá)243kg/輛，新能源車單車用鋁量將達(dá)287kg/輛。乘用車單車用鋁量達(dá)268kg/輛。

總的來看，在雙碳及電動(dòng)化背景下，汽車輕量化發(fā)展勢在必行。鋁材質(zhì)質(zhì)量較輕，在加入其他化學(xué)物質(zhì)后，鋁合金硬度、強(qiáng)度等大幅改善，且相較于其他輕量化材料鋁成本較低，“性價(jià)比”較高。因此，鋁在汽車輕量化中得到廣泛應(yīng)用。汽車電動(dòng)化前景明朗，新能源汽車滲透率逐步攀升，相較于傳統(tǒng)車新能源車用鋁量更大，為汽車用鋁注入新活力。未來隨著新能源車的快速發(fā)展，汽車輕量化腳步加快，汽車鋁需求有望有較大提升。