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图表1:
2013年国内机动车污染物排放量分担率
环保部,北京欧立信咨询中心
交通部长杨传堂在接受采访时提到根据交通部门检测到的数据大气污染中汽车尾气占据约31%,他也指出汽车怠速是影响汽车尾气的三个重要因素之一。
由于汽车怠速时,燃油无法得到充分燃烧,所以相比于汽车正常行驶时,怠速时汽车会排放出更多的CO和CH,PM2.5的排放是顺畅行驶时的5倍以上。
考虑到日益严格的汽车尾气排放标准,降低汽车怠速时的尾气排放也成为各大汽车厂商的研究重点。
表格2:
汽油车在不同工况下排放污染物浓度
网络资料,北京欧立信咨询中心
由于汽车怠速所带来的燃油浪费和排放污染,目前很多国家和地区都在推行有关于怠速停止的政策,有些国家对于怠速长时间不熄火的行为制定了严厉的惩罚措施。
国内一些城市也制定了有关停车熄火的规定:
珠海市是国内第一个处罚停车不熄火的城市,处以20~200元不等的罚款;
北京、南京等地也出台了鼓励停车熄火的相关政策。
但是目前来说,鉴于对停车不熄火问题的处罚取证十分困难:
珠海市截至2013年还未对停车不熄火开出一张罚单。
所以国内的相关政策多以倡导为主。
表格3:
各国有关怠速停止的政策
二、启停系统:
解决怠速问题,助力汽车节能减排
当车辆处于停止状态(非驻车状态)时,发动机将暂停工作(而非传统的怠速保持),暂停的同时,发动机内的润滑油会持续运转,使发动机内部保持润滑;
当松开制动踏板后,发动机将再次启动,此时,因润滑油一直循环,即使频繁的停车和起步,也不会对发动机内部造成磨损,启停电池提供能量使得发动机重新启动。
启动停车技术就是致力于最大限度减少发动机怠速时燃油的损耗,避免这部分能源的浪费,同时对节省能源与减低排放有着重要的意义。
简单的启停系统平均可以减少汽车5%左右的油耗量和CO2排放量,在较为拥堵的城市地段,其节油减排效果会更为明显,可以达到15%。
图表2:
启停系统的工作过程
DaramicLLC,北京欧立信咨询中心
LuxResearch将启停系统分为三类:
轻度启停系统、中度启停系统和重度启停系统,它们在系统的复杂程度、节能效果以及价格上都有着明显的差异。
受到价格因素的影响,目前应用最为广泛的是轻度和中度启停系统,其中又以轻度启停系统最为普及。
价格约为1000~4000元。
表格4:
各类启停系统的特点
LuxResearchFEVInc,北京欧立信咨询中心
三、启停电池:
启停系统的关键环节
启停电池在各类启停系统中均为不可或缺的重要一环。
传统的起动电池只需在车辆起动时进行放电,而在车辆行驶的过程中则一直处于充电状态。
而启停电池除了与普通铅酸起动电池一样,需提供起动发电机所需的大电流外,在汽车怠速自动熄火后还需对车载电子系统以及车内附属用电设备进行供电。
图表3:
一般车辆和启停车辆铅酸蓄电池的使用方法
2014中国国际铅酸蓄电池高峰论坛,北京欧立信咨询中心
图表4:
一般车辆和启停车辆铅酸蓄电池的充放电特征
与传统起动电池相比,为了适应行驶过程中的频繁启停,启停电池需要更好的循环耐久性能,其循环寿命要达到普通启停电池的2倍以上。
启停电池的放电深度与普通蓄电池相比有所增加,若普通蓄电池的放电深度在10%~15%(相当于荷电状态为85%~90%),则启停电池的放电深度需达到20%~40%。
此外,中度启停系统还会在车辆刹车时对电池进行充电。
为了给予驾驶员更好的用户体验,对于电池的快速起动能力也提出了更高的要求。
图表5:
启停系统对于电池的新要求
DaramicLLC.,北京欧立信咨询中心
启停电池的发展方向分为铅酸电池和锂电池,其中锂电池和铅炭电池作为启停电池还未得到量产应用,目前得到大规模应用的启停电池主要有EFB(Enhanchedfloodedbattery,增强型注水式铅酸电池)和AGM(Absorbedglassmat,玻璃纤维吸附式蓄电池)。
与传统起动电池相比,EFB电池在细节方面进行了诸多改进,AGM电池则更加先进,其极板不是浸泡在电解液(稀释的硫酸)中,而是将电解液的大部分吸附在多孔的玻璃纤维隔板上。
另外,在充电过程中产生的气体将通过化学反应被吸收,电池完全密封,从而可以安装在驾驶室内。
但AGM电池承受不了高温,因此要尽量避免将它安装在发动机的附近,否则一定要保持良好的通风。
EFB电池一般适用于不带智能充电管理系统的入门级车型。
当带有交流发电机智能管理系统时,就应该使用AGM电池。
因为AGM电池具有特殊的隔离设备、厚度较小的板栅和极板所含的特殊混合物等使内部电阻变小的技术,所以能够承受高强度的充电电流。
此外,与传统电池不同,构成AGM电池的单一物质在进入电解池之前已被压缩,这使它能有效地对抗震动。
厂家已把这其中许多技术移植到EFB电池中,从而提高了它们的充放电次数,使其可以承受高强度充电,但它还是没有达到AGM电池的水平。
一般来说,EFB电池的循环寿命能达到普通铅酸电池的2倍,其成本比传统铅酸电池高出50%左右;
而AGM电池的循环寿命可以达到普通铅酸电池的3~4倍,成本比传统铅酸电池高出2倍左右。
图表6:
EFB启停电池的结构示意图
VARTA官网,北京欧立信咨询中心
图表7:
AGM启停电池的结构示意图
BOSCH官网,北京欧立信咨询中心
表格5:
第二节国内启停电池处于起步阶段,先发企业机会巨大
一、国外启停市场发展分化明显:
欧日暂时领先,美国亟待追赶
目前启停系统在欧洲和日本都已经得到了大规模的普及。
2008年,欧洲仅有5%的新车装有启停系统,而到2013年,启停系统的装配率已超过了50%。
2013年,欧洲的汽车销售量为1190万辆,而启停电池的出货量达到1127万套,包括OEM市场和售后市场。
日本启停市场也经历了与欧洲相似的历程:
2010年至2012年,日本装配有启停系统的车辆从几万辆迅速增长至228万辆,占其新车销售量的42%。
图表8:
欧洲2010-2013启停电池销售
EUROBAT,北京欧立信咨询中心
图表9:
日本启停汽车销售量
图表10:
截至2014年5月日本国内启停车辆品牌汇总
启停系统在欧洲和日本取得的巨大成功与其严格的碳排放政策和政府的政策支持是分不开的。
欧洲于2009年起使用强制性法律手段代替自愿性的CO2减排协议,并在2014年发布了全球最严格的碳排放标准,要求其乘用车在2015年和2020年分别达到130g/km和95g/km(2020年要求95%达标,2021年全体达标)的CO2排放标准。
日本至2020年的燃油经济性标准为20.3km/L。
严格的燃油消耗量和碳排放标准有力的推动了启停系统的发展。
欧洲在2013年就已经提前完成了2015年130g/km的CO2排放目标,而50%以上的新车启停系统装配率可谓功不可没。
日本目前对于启停系统增加的成本,由政府提供50%的补贴。
图表11:
欧洲乘用车燃油消耗量演变历史及未来目标
ICCT,北京欧立信咨询中心
启停系统在欧洲和日本市场都取得了巨大的成功,但在美国市场的普及却进展缓慢。
截至2014年,美国市场上新车的启停系统装配率约为7%,大大低于人们的预期。
这与美国燃油经济性标准的发展和其油耗和碳排放的测量方法是密切相关的。
美国采用“公司平均燃油经济性”(CorporateAverageFuelEconomy,简称CAFE)标准,以车型销量作为加权因子进行油耗的加权平均,从而得到汽车企业的油耗水平,并对该指标进行要求。
1975年~1985年,美国的CAFE标准和汽车的实际CAFE都得到了快速的发展,但自此以后针对乘用车的油耗要求一直停滞不前,美国车也被认为是最不讲究效率的车。
直到2010年,美国才开始大幅度提高CAFE标准。
本土的厂商才开始真正去重视汽车的节能减排问题。
所以美国在启停系统的发展和推广上可以说失去了先机。
图表12:
美国汽车市场实际CAFE水平和目标(1978-2002)
第一电动网,北京欧立信咨询中心
图表13:
CAFE标准要求(1978-2026)
另外一个很重要的原因是启停系统在美国环保局测量乘用车油耗和碳排放量的工况中并未表现出很好的节油减排的效果。
美国测量乘用车所使用的是循环工况包含FTP-75(城市循环)和两个补充循环(SC03高温空调全负荷运转循环和US06高速、高加速度工作循环),最终的结果由这三种工况的测试结果加权而来。
在美国这种测量工况中,停车次数很少,导致怠速时间占比很小。
以城市工况为例,在整个循环中,汽车仅停止一次,所以启停系统只能对燃油经济性起到0.1~0.2mpg的提升效果。
这样的测试方法受到了很多的诟病,尤其是FTP-75城市工况,该工况于1975年开始实施,被认为与目前实际的城市道路拥堵情况相差甚远。
很多汽车制造商和相关人士也批评美国环保局的循环测试手段大大阻碍了启停系统在美国市场上的推广。
图表14:
FTP-75循环工况
针对这一情况,美国环保局对于安装了启停系统的汽车给予了循环外额度(Off-CycleCredit)的奖励。
循环外额度是指对在燃效及尾气试验中不会产生影响、但在实际驾驶时效果较好的装备进行评估。
根据其实际的节能效果给予一定的信用额度,可以用来下调企业平均燃效(CAFE)规制及温室气体(GHG)规制要求厂商达到的燃效标准及二氧化碳排放量平均值。
目前加装启停系统所能获得的CO2额度为2.5~4.4g/mile,大大低于厂家的预期(以奔驰为例,其启停系统申请的循环外额度是9.1~19.0g/mile)。
这主要是因为美国环保局对于在实际行驶过程中怠速的时间占比与厂家之间还存在着较大的分歧,要求各厂商提供更为详尽和普遍的数据来说明启停系统实际的节能减排效果,而各大汽车厂商也在做着不懈的努力。
另外,美国的保有汽车分布相对分散,很多消费者平时并未过多受到红绿灯或是道路拥堵的困扰,所以启停系统的功能对他们来说可能吸引力不够;
而且美国大部分家庭都至少拥有两至三辆汽车,平均下来每辆汽车的使用率并不高,所以每辆车都加装启停系统对于他们来说并无必要;
最后,目前一些配备启停系统的车辆的用户体验还有待提高。
但是由于面临着严格的油耗和排放政策,汽车制造商对于启停系统的热情也在逐渐升温。
目前美国市场上配备启停系统的车型显著增多,宝马、雪佛兰、道奇、保时捷等制造商都为旗下部分车型安装了启停系统,迈锐宝95%的车型都已安装启停系统,福特计划到2017年为旗下70%的车型安装启停系统。
据IHS预测,到2020年,美国将有57%的新车配备启停系统。
二、对标欧洲日本,国内启停市场潜力巨大
国内始终是以欧盟的油耗和碳排放标准为自己追赶的目标。
从工信部发布的数据来看,国内2020年的油耗目标虽然还与欧洲有比较明显的差距,但已基本与日本持平,显著领先于美国。
严格的目标对于各家汽车制造商来说都是严峻的挑战。
表格6:
主要国家和地区燃料消耗量标准目标对比
工信部,北京欧立信咨询中心整理
国内2015年和2020年的百公里油耗目标分别为6.9L和5L。
但近年来国内的新车平均油耗的下降速度十分缓慢,2013年的平均百公里油耗为7.3L,2014年的平均百公里油耗为7.22L,年下降幅度仅为1%左右,且距离2015年百公里6.9L的油耗目标仍有一定距离。
图表15:
国内乘用车燃油消耗量演变历史及未来目标
ICCT,北京欧立信咨询中心整理
为了更好的督促汽车制造商完成制定的油耗目标,工信部联合五部门于2014年10月发布了《关于加强乘用车企业平均燃料消耗量管理的通知》,其中明确了对不达标企业,将采取公开通报、限制新产品《车辆生产企业及产品公告》申报、限制扩大产能投资以及加强海关通关审核、进口检验、生产一致性核查等管理措施,并提出投资管理要加强燃料消耗量审核,企业应主动采取整改措施等要求。
而汽标委也针对我国乘用车的燃料消耗目标,提出了2020年乘用车节能标准技术选项,怠速启停也是其中的重要一项节能技术。
相比于其它节能技术,启停系统成本低廉,对于汽车结构的改动小,且具有很好的节能减排效果,所以更易得到普及。
仅考虑加装轻度启停系统后能达到的5%左右的节油率,国内的平均百公里油耗就可以从2014年的7.22L下降为6.86L,能够达到2015年的油耗要求。
目前很多汽车厂商都在大力推广启停技术,如神龙公司的T+STT系统、马自达的i-Stop+i-Eloop系统、大众汽车的智能蓝驱等。
图表16:
2020年乘用车节能标准技术选项
与美国测试所采用工况不同,国内工信部测量汽车百公里油耗采用的是欧洲标准的NEDC综合工况,包括4个市区工况和1个市郊工况,总体的测试时间为1180s,而其中怠速的时间长达316s,为总测试时间的28%左右,仅次于等速工况。
所以安装启停系统后,能显著降低怠速时的油耗,对于汽车百公里油耗达标能起到重要的帮助作用。
以上的政策法规都使得汽车制造商有需要也有动力去推行启停技术的普及。
图表17:
NEDC循环工况
工信部,北京欧立信咨询中心
图表18:
各种工况所占时间比
另外中国的汽车保有量分布相对比较集中,根据公安部发布的数据,截至2014年底,我国汽车保有量为1.54亿。
全国有35个城市的汽车保有量超过百万辆,保有量排名前十城市的汽车总保有量超过3000万辆,北京的汽车保有量已经超过了532.4万辆。
汽车的高度集中使得中国很多大中型城市的拥堵情况十分严重;
中国的汽车使用率相对较高,所以安装启停系统后能够充分发挥其功能。
同时随着启停技术的不断发展和完善,其用户体验也会不断得到改善。
2014年,国内新车的销售量为2349万台,而启停系统的装配率仅为8%左右,不足200万套。
鉴于国内目前启停系统的低装配率和位居全球首位的新车产销量,在政府法规政策以及消费者自身需求的推动下,我国的启停系统市场很有可能重演欧洲日本的爆发式增长。
根据高工锂电的预测,2018年国内启停电池的渗透率将达到50%,约为1350万套;
2020年渗透率将达到70%,出货量约为2100万套,产值达到140亿元。
而2015年至2018年是中国汽车启停电池的黄金增长期,年复合增长率高达83%。
同时考虑到启停电池平均3-4年需要进行更换,国内启停电池的售后市场也具有很大的潜力。
图表19:
欧洲2013年和中国2014年启停电池出货量对比
图表20:
三、启停电池供应商:
江森汤浅行业龙头,国内企业蓄力已久
目前,国内启停电池的主要供应商有美国的江森自控、日本的汤浅、国内的骆驼股份、风帆股份、南都电源等。
美国江森自控在启停电池领域处于绝对的龙头位置,尤其是在AGM电池领域。
自2007年以来,江森自控在全球已累计生产超过2800万个AGM电池。
2014年仅在欧洲市场,江森自控就销售了1300万个AGM电池。
其于2011年投资1亿美元在中国建造启停电池工厂,计划至2015年年产240万只启停电池。
2015年已经开始量产EFB电池,AGM电池的国产化进程也在不断推进中,其旗下VARTA品牌的AGM电池也正式进入中国汽车后市场。
目前,其已为上汽集团旗下的自主品牌车型、奥迪、宝马和奔驰等品牌旗下的多款车型供应启停电池。
日本汤浅在启停电池领域也获得了不错的市场份额,尤其是在日本国内市场。
2012年,其占据了日本国内约50%的启停电池市场。
目前其在中国的天津杰士和顺德汤浅分公司开始进行启停电池的生产和销售。
目前,其已为为马自达CX-5、马自达阿特兹、本田奥德赛、本田飞度等车型供应启停电池。
骆驼股份也是国内最早开始启停电池研发生产的企业之一。
其2013年研发出14款EFB电池新产品并部分实现配套供货;
AGM启停电池通过沃尔沃、东风乘用车的产品认证,并已成功实现配套供货。
2014年在启停电池领域的新上项目涉及大众、福特、沃尔沃、东风乘用、广汽本田、长安马自达等多家主机厂。
公司为东风乘用车公司开发的AGM启停电池,实现批量供货,批量配套生产约2万只,是公司首款批量生产、销售的AGM电池。
公司为大众集团开发的首款EFB电池获得德国大众BMG认可,成为国内首家通过德国大众试验室认可的EFB电池,获得一汽-大众、上海大众、德国大众的供货资格。
福特T7-EFB电池通过美国福特汽车公司试验室的严格检测,公司获福特T7项目、福特全球项目B515(H6-EFB)电池定点开发、生产。
风帆股份作为国内起动电池的龙头企业,市场占有率达到20%。
它在2011年就引进了国际先进的关键生产设备,利用自有资金建成一条AGM电池生产线。
2012年,风帆股份开始进行小批量的AGM电池生产,向上海通用、比亚迪等整车厂商供货7000只。
2013年,其募集资金投资年产400万只AGM电池项目,预计于年2015年年底完成。
目前其AGM电池已经开始批量生产,为主机厂进行供货;
EFB电池实现向德国大众进行OTS送样。
南都电源主要进行铅炭启停电池的研发和生产。
2014年完成冲压电池的产品开发和工艺制定,积极推进铅炭启停电池在节能汽车领域的应用,完成启停电池的产品送样。
公司“高性能启停用铅炭电池项目”被列为工信部强基工程项目,并获得资助。
2015年发布的非公开增发预案,计划扩充铅炭启停电池产能。
天丰电源生产的用于摩托车的磷酸铁锂起动电池技术领先,配套顶级摩托车品牌Ducati和KTM等。
公司目前也在积极储备用于汽车的启停电池技术。
超威动力于2014年5月以650万欧元收购Moll的40%权益,在中国合作生产启停电池。
表格7:
国内主要供应商在启停电池研发、生产和供货上的进展
MARKLINES公司公告网络资料,北京欧立信咨询中心
四、启停系统逐步进入中低端车型,国内企业有望获益
目前装配有启停系统的车型还是以进口车型和合资的中高端车型为主,例如BBA全系配备启停系统。
2013年国内装载启停电池的汽车品牌主要为奥迪、宝马、马自达、奔驰和大众,它们五家占据了国内整体份额的91%。
现在,越来越多的汽车制造商也加入到了推广启停系统的队伍中来,如别克威朗和东风标致408和最新的福特翼虎1.5T都是全系标配启停系统。
配备启停系统的车型也不再局限于中、高端车型,如雪佛兰的赛欧3系列也是全系标配启停系统。
国内自主品牌汽车也加入到了配备启停系统的行列中来,如比亚迪的新F3全系和长安逸动XT系列的部分车型系也配备了启停系统。
图表21:
中国2013年装载启停电池汽车品牌比例
高工锂电,北京欧立信咨询中心
图表22:
国内配备启停系统的车型举例
近年来,国内的乘用车市场上,微型、小型和紧凑型车型始终占据着70%以上的市场份额。
所以启停系统想要得到广泛的推广和应用,加速其在中低端车型上的应用和普及至关重要。
在中低端车型这样的档位上,无论是整车制造商还是消费者对于价格都会更为敏感。
图表23:
狭义乘用车市场各个级别国内零售份额
搜狐汽车,北京欧立信咨询中心
我们比较了VARTA(江森自控)、汤浅、骆驼和风帆四种品牌的起动电池和AGM电池的价格(由于汤浅和风帆的AGM电池没有找到80AH规格的,所以图中采用的规格是70AH)。
江森和汤浅的起动电池和AGM电池的价格都明显高于国产的骆驼和风帆,其中起动电池的价格约高30%,而AGM电池约高50%。
由于起动电池本身单价较低,即使相差30%,实际的花费差别也并不明显。
而整车厂和消费者为了追求更为稳定的性能,很可能会愿意选择国外品牌。
但对于启停电池来说,由于其本身的价格较高,国内、外品牌的价格差很可能会促使整车厂和消费者选择更具有性价比的国产品牌。
同时国内的启停电池品牌也可能会得到一定的政策扶持,从而帮助它们获得更高的市场份额。
图表24:
主要品牌的起动电池和AGM电池价格比较
图表25:
主要品牌的起动电池和启停电池每AH的价格比较
五、启停电池重树行业壁垒,优质企业从中受益
已有百余年历史的铅酸蓄电池原理简单,技术成熟,行业准入门槛低。
中国作为铅酸蓄电池的第一生产大国、消费大国和出口大国,在最高峰时期有3000余家铅酸蓄电池企业,这些企业在产能规模、研发实力、管理规范等方面均是良莠不齐。
尤其是一些规模较小的企业对于生产过程中造成的污染问题既无足够的重视也无足够的能力来处理。
针对这一情况,国家相继出台了《铅蓄电池行业准入条件》、《关于促进铅酸蓄电池和再生铅产业规范发展的意见》等政策,这也给国内蓄电池行业带来了一轮洗牌,淘汰了很多落后企业。
2013年我国的铅酸蓄电池企业已经从3000余家下降为400余家。
但是和发达国家比仍然差距明显,产能与我国接近的美国仅有30余家铅酸蓄电池企业。
所以国内铅酸蓄电池行业的发展与整合仍然任重而道远。
汽车起动电池占据铅酸蓄电池下游应用的半壁江山,它主要分为配套市场和维护市场。
因为汽车整车厂商对于供应商有严格的认证机制,只有少数大型企业能够进入配套市场,相对集中。
但是对于维护市场,由于产品的技术难度低,所以有许多产能和技术相对落后的中小企业在该块市场上仍占有一席之地。
而启停电池相对于传统起动电池,结构更为复杂,生产工艺要求更高(需使用冲压工艺),且对于电池的性能、稳定性等
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