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六、主要风险24
插图
图1:
我国乘用车年产销已突破1500万辆4
图2:
我国乘用车产量稳步提升4
图3:
我国原油表观消费量逐年上升加大了我国原油对外依存度5
图4:
涡轮增压实质是一个空气压缩器6
图5:
缸内直喷实质是将喷油嘴移入气缸6
图6:
丰田THS系统结构示意图7
图7:
THS行星齿轮示意图7
图8:
新近上市的特斯拉ModelS出现着火事故10
图9:
汽油发动机外特性曲线显示3000转/分左右燃油经济性最好11
图10:
一汽丰田已经国产混动明星普锐斯12
图11:
广汽丰田已经国产主力中级车混动版凯美瑞12
图12:
长安第二代混合动力逸动亮相法兰克福车展13
图13:
比亚迪混合动力秦将于年内上市13
图14:
三洋为诺基亚代工的薄型锂电池17
图15:
三洋生产的圆柱形镍氢电池17
图16:
科力远电解镍贸易业务盈利能力下降较多,未来规模将继续压缩21
图17:
科力远泡沫镍业务实现产能搬迁和工艺升级,为后续生产动力电池打下基础21
图18:
科力远收购湘南工厂实现了镍氢电池业务质的飞跃22
图19:
科力远的销售费用和比例均在小幅上升22
图20:
科力远管理费用随湘南工厂的收购快速上升23
图21:
科力远连续的资本开支带来财务费用的上升23
表格
表1:
大众TSI发动机节能减排效果出色6
表2:
2012年以南北大众为主体的德系车市场份额大幅提升,反超日系6
表3:
凯美瑞2.5L混动版在动力和油耗上全面超越同型号常规动力车型7
表4:
丰田混合动力汽车销售业绩市场领先7
表5:
铅酸电池成本优势明显,锂电池成本较高8
表6:
如果要达到汽油车600公里设计里程,锂电池单成本一项就不可接受8
表7:
各种电池的比能量仍远低于汽油的能量密度9
表8:
丰田决心通过云动计划将混合动力汽车的成功复制到中国市场12
表9:
凯美瑞混动版8年的购置+燃油成本略高于同配置的普通版凯美瑞13
表10:
普锐斯和混动版凯美瑞车载电池的载电量均较低14
表11:
镍氢电池的容量显著高于18650锂电池15
表12:
普通镍氢电池和锂电池相比,电芯层面性能全面落后17
表13:
镍氢电池成组后的电池管理系统比锂电池结构简单、成本低廉18
表14:
科力远“湘南中国化”战略做大做强镍氢动力电池业务20
表15:
公司盈利预测及估值25
一、汽车进入节能减排时代,混合动力迎来发展时机
(一)我国汽车工业市场规模不断扩大带来汽车节能减排的压力
经过多年的发展,我国汽车工业获得了长足的发展,成为世界上最大的汽车市场:
2012年全国汽车产销1927.18万辆和1930.64万辆,同比分别增长4.6%和4.3%,连续四年蝉联世界第一;
其中,乘用车产销1552.37万辆和1549.52万辆,同比增长7.17%和7.07%;
商用车产销374.81万辆和381.12万辆,同比下降4.71%和5.49%。
对于消费属性更强的乘用车市场,过去7年我国乘用车的产销量更是保持了稳定的快速增长势头,从2005年393万辆增长到2012年1551万辆,年均复合增长达到21.7%。
乘用车多年的产销两旺,推升了我国机动车的保有量。
截至2012年底,我国机动车保有量已达2.4亿辆,机动车驾驶人达2.6亿人。
我国乘用车年产销已突破1500万辆
图2:
我国乘用车产量稳步提升
资料来源:
中汽协,*******资料来源:
中汽协,*******
机动车保有量的大幅攀升,直接推升了我国原油表观消费量,从2009年4.00亿吨快速增加至2012年4.92亿吨。
在我国原油产量增加有限的情况下,我国原油对外依存度持续攀升。
截至今年7月,我国原油对外依存度已经高达59%,大大超过一般公认的50%的能源预警线。
在原油消费中,成品油消费量大幅增长是最主要的推手。
在乘用车进入普通百姓家庭的大趋势下,我国乘用车渗透率和保有量进一步提升是大概率事件,从而给原油消费带来更大的压力。
所以在数量无法控制和压缩的情况下,降低单车的油耗水平就成为我国汽车工业发展的必选之路。
同时,机动车主要在城区行驶,其尾气排放靠近人群的呼吸带,尾气中包含的污染物对人体的健康影响也较大。
对城区空气而言,汽车尾气排放的可吸入颗粒物(PM2.5)占比高达40%左右,而氮氧化物的占比更高,接近50%,是名副其实的最大污染物来源。
所以,机动车减少污染物排放与节省能源一道,成为汽车工业必需解决的当前命题。
所以,汽车节油减排的实现,是承载“中国梦”的重要载体。
以丰田混合动力车普锐斯为例,最高节油率可达55%,综合减少尾气排放可达70%。
科力远主导的中国首条镍氢动力电池生产线将于10月28日投产庆典,这是现实混合动力汽车大规模推广的关键环节之一,能够将汽车整体的节油率和环保性能推上更高的层级。
在“供给创造需求”的商业逻辑下,科力远在实现民族梦想的同时,也必将实现自身商业经营的成功。
当前欧美日各国混合动力汽车的消费者预定都超出预期数倍,国内混合动力车的销售趋势也逐步显现。
我们看好科力远的高技术壁垒和广阔的产业空间。
我国原油表观消费量逐年上升加大了我国原油对外依存度
Wind资讯,*******
(二)汽车节能存在改进内燃机效率和改善内燃机工况两种路线
由于电能是无法储存的,所以除了有轨电车可以通过线缆从电网取电以外,汽车必需以化学能的形式将能量搭载在车身之上:
常规动力汽车在油箱中装满汽油或柴油,新能源汽车在电池中提升正负极的电位差。
在能量的释放过程中,常规动力汽车通过内燃机的热化学反应将化学能转化为热能继而转化为动能,新能源汽车通过电池的电化学反应将化学能转化为电能继而转化为动能。
所以,如果我们不考虑机械传动的效率差异(含液力变矩器的自动变速器、直接齿轮咬合的双离合变速器以及电动车代替变速器的差速齿轮,三者具有不同的传动效率)和车身轻量化设计对汽车能源利用效率带来影响,那么汽车的节能减排就存在改进内燃机效率和改善内燃机工况两种技术路线。
1、大众汽车TSI发动机是改进内燃机燃烧效率的代表
大众汽车是改进内燃机燃烧效率的代表厂商,其大力推广的TSI发动机,就是内燃机效率提升的良好典范。
大众TSI发动机主要使用了涡轮增压和缸内直喷技术来提升汽油燃烧效率:
一方面利用发动机排出的尾气推动涡轮高速旋转,将空气压缩进入气缸,增加气缸的进气量;
另一方面把燃油喷嘴从进气歧管移到气缸内,实现更精确的油气比例控制和更充分的油气混合。
涡轮增压实质是一个空气压缩器
图5:
缸内直喷实质是将喷油嘴移入气缸
爱卡汽车,*******资料来源:
爱卡汽车,*******
从发动机参数来看,大众TSI发动机的确实现了小排量大马力的设计初衷,1.4L、1.8L、2.0L的TSI发动机最大功率分别相当于2.0L4、2.4L4和2.5V6的自然吸气发动机。
在不影响车辆动力的情况下,大众实现了发动机排量减小和油耗降低的综合效果。
大众TSI发动机节能减排效果出色
大众汽车,*******
从市场销售来看,大众在中国依靠TSI+DSG的先进动力获得了消费者的普遍认可,在市场定价高于竞争对手的情况下,实现了市场份额的进一步提升。
2012年以南北大众为主体的德系车市场份额大幅提升,反超日系
网易新闻,*******
2、丰田汽车混合动力车型是改善内燃机运行工况的代表
在主流车厂纯电动汽车尚不成熟的情况下,丰田的混合动力汽车无疑是改进内燃机运行工况的代表(在化石能源为主的现在,纯电动车只是凭借大型电厂超临界和超超临界机组,实现了化石能源向电能的高效率转换)。
丰田引以为傲的动力系统THS(ToyotaHybridSystem),几乎成为混合动力汽车动力总成系统的代名词。
THS结合了串联和并联两种动力混合方式的特点,属于重度混合动力系统。
THS系统由发动机、发电机、电动机、行星齿轮、逆变器和蓄电池组成。
其中,两个电机MG1和MG2既可以做电动机,也可以做发电机,通过行星齿轮与发动机有机联系起来,完成对车辆的驱动和动能的回收。
丰田THS系统结构示意图
图7:
THS行星齿轮示意图
丰田THS系统在起步、加速、巡航、滑行、刹车、低速和倒车的不同工况下,发动机、电机MG1和电机MG2分别处于运行和停机、电动和发电的不同工作状态,并通过行星齿轮的运转和锁止,实现动力和负载的分配,完成对车辆的驱动和能量回收。
由于丰田在普锐斯、混动版凯美瑞等车型上还采用了能效比更高的阿特金森循环发动机(排气节门比奥托循环更晚关闭,压缩冲程压缩比减少,能效提升,功率下降),轻量化的车身设计以及用行星齿轮代替了使用液力变矩器的普通自动变数箱,所以丰田混动版车型比同型号的常规动力车型,节油率超过30%,节能减排的效果十分明显。
凯美瑞2.5L混动版在动力和油耗上全面超越同型号常规动力车型
汽车之家,爱卡汽车,*******
良好的节油性能和出色的操控体验,让丰田混合动力汽车销售一马当先。
从1997年12月首台普锐斯上市算起,丰田混合动力汽车累计销量达到512.6万辆,累计市场份额超过80%。
在2013年1月至4月,丰田混合动力汽车的全球市场份额达到了15%,在日本市场的销售份额更是高达40%,远远领先第二名本田的市场份额。
其中,普锐斯、混动版雷克萨斯、混动版凯美瑞都是丰田的明星车型,市场销售和客户反馈都十分良好。
丰田混合动力汽车销售业绩市场领先
丰田官网,*******(2013年数据截至4月)
(三)成本、续航里程和安全性限制纯电动汽车大规模推广
从纯技术角度讲,纯电动汽车使用高效成熟的电机直接驱动车轴,结构简单、零部件少,动力系统的传动效率高于常规内燃机汽车,而且符合汽车电控化和电驱化的发展趋势,代表了未来的发展方向。
但是,截至目前纯电动汽车动力电池的性能瓶颈尚未解决,车载动力电池成本高昂、比能量少、化学稳定性差,极大制约了电动汽车的整体性能。
首先,从成本来看,锂动力电池的成本区间在5-7元/瓦时,略高于镍氢动力电池4-5元/瓦时的成本区间,远高于铅酸电池0.5-0.8元/瓦时的成本区间。
目前,锂电池正极材料成本受碳酸锂和复杂制备工艺支撑、隔膜材料被国外厂商垄断、电解液制造工艺复杂,成本下降困难;
镍氢电池负极储氢合金使用大量稀土,成本受稀土价格推升而难以下降。
所以,在纯电动汽车大规模推广带来汽车动力电池生产规模化之前,动力电池的瓦时单位成本呈现较强的刚性,难以出现大幅度的下降。
铅酸电池成本优势明显,锂电池成本较高
*******
如果按照汽油车满油600公里的设计里程来测算,以比亚迪E6和特斯拉ModelS的耗电量为基准,在不考虑电池体积和重量约束的情况下,纯电动车单单电池的成本价格就是一辆高端豪华车的价格。
所以仅降低成本一项,纯电动车就任重而道远。
目前,比亚迪E6在实际使用过程中,百公里耗电量为21.5千瓦时左右,特斯拉ModelS厂商宣传的百公里耗电量为17.7千瓦时。
如果按照600公里行驶里程设计,比亚迪E6需要车载129千瓦时电量,特斯拉ModelS需要车载106.2千瓦时电量。
如果采用的锂电池仍然在目前的成本区间,则比亚迪E6的电池成本在64.6-90.3万元,特斯拉ModelS电池成本在53.1-74.34万元,基本没有市场竞争力。
如果要达到汽油车600公里设计里程,锂电池单成本一项就不可接受
其次,锂电池比能量虽然较铅酸电池和镍氢电池有较大程度提升,但是距离汽油12800Wh/Kg的能量密度依然有数量级的差距,导致纯电动汽车电池包的重量随着载电量的上升快速攀升,影响整车的行驶性能。
目前,比亚迪E6使用磷酸铁锂电池,比能量150Wh/Kg左右,车载60Kwh电池包的电芯重量达到400Kg;
特斯拉ModelS使用三元材料钴酸锂电池,比能量200Wh/Kg左右,车载85Kwh电池包的电芯重量达到425Kg左右。
而一般汽车的油箱容积在60升左右,考虑到汽油的的密度在0.72-0.73g/L,满油重量在42.5Kg左右,而一般汽油发动机的重量在200Kg左右,变速箱在30Kg(手动)和80Kg(自动)左右,所以汽油车的油箱加动力装置的总重量在280-340Kg左右。
在不考虑电动车重量为50-100Kg的驱动电机(特斯拉驱动电机重量在50Kg左右,一般的永磁电机更重)的情况下,纯电动车电池包电芯的重量已经超过传统汽油车整套动力装置的重量。
所以,目前比亚迪E6、特斯拉ModelS的整车重量均在2吨以上,主要是受电池包电芯比能量太低所拖累。
各种电池的比能量仍远低于汽油的能量密度
最后,由于车辆在行驶过程中面临各种复杂路况和事故的威胁,车载电池需要面对高温、低温、挤压、穿刺等各种极端因素的考验,锂电池爆炸起火的外部诱因无法根除。
而锂电池本身化学性质活跃,单体电芯电位差高,高温起火燃烧的概率大大高于镍氢电池和铅酸电池,所以纯电动车起火燃烧的风险,目前尚无法排除。
并且,随着纯电车行驶里程的增加,车载电池容量加大,一旦出现线路短路,大容量的电池包基本就相当于一个高能的炸药包,不但电池出问题的概率大增,而且一旦出现问题后果的严重性也陡然增加。
从实际的使用情况来看,比亚迪E6曾起火,日产Leaf曾起火,甚至刚刚上市的红透半边天的特斯拉ModelS在国庆期间也出现起火事故。
纯电动车的安全性始终是悬在其头上的达摩克利斯之剑。
新近上市的特斯拉ModelS出现着火事故
(四)我国混合动力汽车迎来发展的窗口期
1、改进内燃机效率已到尽头,混合动力让内燃机工作在经济工况才是出路
四冲程的内燃机在对外输出动能的过程中,必然经历吸气、压缩、做功、排气四个阶段。
其中,只有油气混合物燃烧膨胀对外做功这个冲程活塞是对外输出能量的,在吸气、压缩、排气三个冲程中活塞都需要吸收飞轮提供的能量来维持运转。
所以,改进内燃机效率的措施主要集中在提升做功环节的能量使用效率,包括改进改进燃油喷射技术和提升压缩油气的压缩比等等。
从热化学的反应原理来看,燃油和空气精确地按照标准比例混合,是充分燃烧释放能力的重要前提。
发动机燃油喷射技术的发展正是为了提升油气比例的控制精度,不断将燃油喷嘴从进气歧管移近气缸,最终通过缸内直喷技术将喷嘴移入了气缸,极大提升了燃油的燃烧效率。
同时,通过增压涡轮将过量空气压缩进入气缸,提升气缸内油气混合物的压缩比,实现燃油和空气更充分的接触,也能有效的提升发动机的燃烧效率。
但是,从目前的内燃机技术的发展阶段来看,燃油喷嘴进入气缸后已经达到接近燃烧中心的极限,压缩比的提升受燃油品质和气缸壁材料性能的限制也无法继续提升。
在缸内直喷、涡轮增压等技术已经进入大规模商业化应用阶段后,内燃机的实际性能已经在向其理论极限靠近,通过改进内燃机效率提升整车节油性能的空间已经十分狭窄。
改进内燃机效率的道路基本已经走到尽头。
所以,在纯电动汽车尚未成熟之前,汽车节能减排的发展思路需要转变,未来努力的方向将集中在改善发动机的实际工况上来。
根据汽油发动机的外特性曲线,发动机的有效功率N(千瓦)、扭矩M(牛顿米)、比燃料消耗量g(克/千瓦小时)是随发动机转速n而连续变化的。
在发动机低速阶段,气缸燃烧频率低、飞轮储存动能少、曲轴运行平顺性差、发动机燃烧效率低,导致发动机比燃料消耗量高;
在发动机高速阶段,活塞、连杆、曲轴等运动件的摩擦开销上升,发动机的比燃料消耗量也出现上升。
所以,从发动机的比燃料消耗曲线来看,3000转/分附近是发动机的经济工作转速。
在这个区域,发动机拥有最高的燃烧效率和能量利用效率。
汽油发动机外特性曲线显示3000转/分左右燃油经济性最好
对于混合动力汽车而言,一方面,它可以在车辆起步、低速等发动机低效工作时间关闭发动机的运行,使用电机驱动车辆,等待车辆进入正常行驶状态后再启动发动机直接工作在经济工况来驱动车辆和为车载电池充电;
另一方面,它可以在车辆刹车减速阶段通过发电机回收部分动能储存在车载电池中,减少能量的浪费。
所以,混合动力汽车在采用高性能发动机之后,天生就具有更高的能量利用效率,其相对常规汽油车30%-50%的节油率也就不足为奇了。
2、国内外厂商加大混合动力汽车的市场培育和车型投放
一个新产品投放市场,必定会经历初期艰难爬升、中期快速放量、晚期价跌量缩的完整生命周期。
对于混合动力汽车而言,由于在国外已经畅销十多年,国外大厂的产品已经成熟:
在更节省燃油的情况下,对驾驶习惯和车辆性能均没有改变。
所以混合动力汽车在其导入期最大的推广障碍在于初始的购置成本。
如同苹果强力推动智能手机大放异彩,一举结束了手机的诺基亚时代一样,一个化时代产品的成熟一定需要一个强大的厂商来推动。
在混合动力汽车领域,这个棋手无疑就是丰田汽车。
对于丰田来讲,经过15年的持续研发,其混合动力汽车的开发已经趋于完善,“阿特金森循环发动机+行星轮动力传动装置+镍氢动力电池+永磁高效交流电机”为整车提供了澎湃的动力和出色的燃油经济性。
依靠车辆性能、购置价格和使用成本的良好结合,丰田的混合动力汽车在北美和日本市场取得了巨大的成功,旗下普锐斯、混动版雷克萨斯和混动版凯美瑞都是新能源汽车畅销榜上的排头兵。
一汽丰田已经国产混动明星普锐斯
图11:
广汽丰田已经国产主力中级车混动版凯美瑞
在北美和日本市场取得巨大成功之后,丰田在2012年在中国发布了“云动计划”,旨在将其旗下这些性能出色的混合动力车型推向中国消费者,并培育出中国消费者对混动汽车的消费习惯。
丰田决心通过云动计划将混合动力汽车的成功复制到中国市场
丰田官网,*******
同时,丰田也积极在加强混合动力车型的厂商实力,用自己成熟的混合动力技术与宝马涡轮增压技术互换,支持宝马开发混动版i-3,拉拢更多的实力厂商来培育和引导欧洲和中国混合动力汽车消费市场的成熟和扩大。
另一方面,国内如长安、吉利、上汽、一汽、比亚迪等整车厂在看到纯电动汽车仍然任重而道远的情况下,也加大了对混合动力汽车投入和推广。
比如长安第二代混合动力轿车逸动Hybird在法兰克福高调亮相、比亚迪混合动力“秦”将于年内上市等等。
长安第二代混合动力逸动亮相法兰克福车展
图13:
比亚迪混合动力秦将于年内上市
如果仅仅从购置+燃油成本的角度来看,在目前的价格体系下,如果没有政府补贴,对于普通家庭用户而言,购买混合动力汽车的经济账依然略微不划算。
以凯美瑞2.5L豪华版和2.5L豪华混动版为例,以二者的指导销售价格为基础,假设用户年平均的行驶里程为1.5万公里,今后8年93号汽油的平均价格为9元/升,那么普通版的凯美瑞将以30.2万元的综合成本略低于混动版的31.7万元。
凯美瑞混动版8年的购置+燃油成本略高于同配置的普通版凯美瑞
易车网,*******
但是,对于新能源汽车而言,价格并不是消费者考虑的唯一因素。
在常规版和混动版车型的综合使用成本趋于相似的情况下,混动版车型对车主环保意识、社会地位的标识作用将得到彰显。
在汽车逐步从基础的代步工具演化为车主“名片”的时代中,混合动力车型“Hybird”标志无疑将成为车主身份的象征,激起消费者对其的购买欲望。
所以,在混动版车型的价格劣势日渐缩小的时候,混动版车型的环保优势有望得到发挥。
另外,在特斯拉的热销中,所有人再次目睹了“供给创造需求”的魅力。
在过去的年份中,国内投放市场的纯电动和混合动力车型无论是数量、价格还是性能,均存在差强人意的地方。
新能源汽车终端销售不利,消费市场迟迟不能培育成功自然是不可避免。
但是,在经过技术扩散和产品改进后,现在出现了更多推动混合动力汽车进入主流消费市场的厂商力量。
在旗手厂商丰田不断的引领下,在国内实力厂商长安、吉利、比亚迪等的跟随下,混合动力汽车消费市场的打开已经指日可待。
二、镍氢电池是混合动力汽车的主流选择
丰田旗下混合动力车型均是从使用镍氢电池出发的。
到目前为止,镍氢电池依然是丰田非插电式混合动力汽车的唯一选择。
我们认为两个重要的原因将保证镍氢电池的商业寿命与非插电式混合动力汽车保持一致。
这也意味着在未来的5-10年内,镍氢电池依然是混合动力汽车的主流选择。
(一)镍氢电池完全能够实现混合动力汽车对电池性能的要求
混合动力汽车的主要储能单元还是油箱,主要驱动装置还是发动机。
这决定了混合动力汽车对动力电池的比能量要求不高,镍氢电池的性能足够满足要求。
以丰田最为成熟的两款混合动力汽车为例:
普锐斯车载镍氢动力电池的载电量在1.31Kwh左右,混动版凯美瑞车载镍氢动力电池的载电量在1.59Kwh左右,与纯电动汽车动辄20Kwh以上的载电量相比,混合动力汽车所需载电量大为减少,对电池比能量的要求大大降低。
普锐斯和混动版凯美瑞车载电池的载电量均较低
同时,丰田混合动力汽车镍氢电池的工作范围限制在20-80%的范围内,车载镍氢电池满冲后实际能够使用的电量普锐斯为0.8Kwh、混动版凯美瑞为0.9Kwh,基本能满足电机单独驱动车辆行驶5公里所需的能量。
而这些镍氢电池的重量大约在20Kg左右,如果换做锂电池重量大约为10Kg,两者的重量差距仅有10Kg,这对于一般1.5吨的整车重量来讲影响不大。
另一方面,混合动力汽车车载电池主要工况是不断的瞬时能量吸收和释放。
这需要电池具有大电流的充放电能力,并且具有高倍率的充放电能力。
从厂商产品来看,丰田子公司PEVE镍氢动力电池的容量为6.5Ah,科力远镍氢动力电池的容量为6Ah,而松下、索尼、三星的18650电池的容量在1.5-2.5Ah之间。
这样,在镍氢电池比18650锂电池最大持续放电
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