【研报】电气设备行业：特斯拉进化时代-20200123[28页].pdf

《【研报】电气设备行业：特斯拉进化时代-20200123[28页].pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【研报】电气设备行业：特斯拉进化时代-20200123[28页].pdf（28页珍藏版）》请在三个皮匠报告上搜索。

1、 证券证券研究报告研究报告行业深度报告行业深度报告 特斯拉特斯拉：进化时代进化时代 特斯拉新能源汽车“霸榜”特斯拉新能源汽车“霸榜” Model 3 2019 年销量创新高，登顶全球电动车之巅。销量之 外，以续航-电耗为主要评价标准，Model 3 表现出色。我们认为 公司产品强大竞争力源于其力求性能领先的 “技术极客技术极客” 特质。 特斯拉新能源汽车具备特斯拉新能源汽车具备划时代的软硬件系统划时代的软硬件系统 在特斯拉的新能源汽车产品中，硬件和软件逐步实现解耦， 硬件资源通过操作系统抽象为可调度的资源，程序设计更加容 易，新硬件、传感器的添加更加灵活，更容易实现 ADAS 和自动 驾驶的相

2、关功能；算力的统筹集中使得特斯拉更容易利用传统汽 车的算力功耗，实现高算力的 ADAS 算法；许多重大缺陷可以通 过 OTA 升级解决，且公司已多次推送 OTA 升级用于强化性能/提 升其他使用体验。 特斯拉新能源汽车用能特斯拉新能源汽车用能- -充能高效高性能，动力电池相对短板充能高效高性能，动力电池相对短板 特斯拉新能源汽车以纯电平台打造，主电机、电控、减速器 高度集成，Model 3 采用的优化磁场排布永磁同步电机-碳化硅 Mosfet 电控保证了高效用能，最大功率 250kW 的超级快充相当 程度上可以缓解里程焦虑现象。 特斯拉新能源汽车动力电池采用圆柱电池技术路线，松下 21700

3、电池单体的质量能量密度为约 254Wh/kg， 体积能量密度为 约 722Wh/L。但电池包的体积能量密度较低。可以说动力电池已 经在一定程度上成为了特斯拉产品的短板。 宁德时代无模组电池或可为宁德时代无模组电池或可为 Model 3Model 3 新增新增 1/41/4 续航里程续航里程 CTP 电池包省去了电池模组组装环节，其体积利用率提高， 零部件数量减少， 生产效率提升。在保守、 高电池单体能量密度、 叠加低电耗三个情景下，特斯拉 Model 3 采用宁德时代 CTP 技术 可以分别获得约 12.3%、26.4%和 32.1%的工况续航提升。我们看 好宁德时代后续成为特斯拉的动力电池供

4、应商。 投资评价和建议投资评价和建议 建议投资者关注电池核心环节的全球动力电池龙头企业宁 德时代及其供应商：正极材料：容百科技、当升科技、长远锂科、 厦门钨业；负极材料：中科电气、凯金能源等；电解液：天赐材 料、新宙邦、江苏国泰；隔膜：恩捷股份；结构件：科达利；电 气部件：宏发股份。建议投资者关注特斯拉产业链优质标的（相 应标的分别由汽车、机械、有色、电子、化工团队覆盖） 。 风险分析风险分析 特斯拉 Model 3 销量、成本降幅不及预期，Model Y 上市进 度不及预期，特斯拉产品技术竞争力优势降低；宁德时代 CTP 电 池推广不及预期，性能增幅不及预期、成本降幅不及预期；新能 源汽车安

5、全事故风险，新能源汽车产业政策不及预期，基础设施 建设不及预期。 维持维持 买入买入 吕娟吕娟 - 执业证书编号：S1440519080001 发布日期： 2020 年 01 月 23 日 市场市场表现表现 相关研究报告相关研究报告 -3% 7% 17% 27% 37% 2019/1/22 2019/2/22 2019/3/22 2019/4/22 2019/5/22 2019/6/22 2019/7/22 2019/8/22 2019/9/22 2019/10/22 2019/11/22 2019/12/22 电气设备上证指数 电气设备电气设备 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后

6、一页的重要声明 目录目录 一、绝尘，特斯拉新能源汽车“霸榜” . 1 1、销量霸榜，2019 年特斯拉丰收 . 1 2、性能霸榜，Model 3 续航电耗表现出色 . 1 二、极客，划时代的软硬件系统 . 4 1、电子电气架构，直达行车电脑级别 . 4 2、软件升级，OTA 引领潮流 . 6 三、高效，用能配合充能 . 8 1、电机：从交流异步包打天下到技术路线按需选择 . 8 2、电控：从硅基 IGBT 到高效碳化硅基 MOSFET . 9 3、快充：全球布局的超级快充站&400V-250kW 第三代快充 . 13 四、妥协，瑕瑜互见的圆柱电池储能 . 16 1、18650 圆柱电池，成熟的

7、单体和配套热管理 . 16 2、21700 电池，渐进式工程创新 . 17 五、优选？如果宁德时代 CTP 牵手特斯拉 Model 3 . 20 1、Cell to pack，宁德时代撒手锏 . 20 2、如宁德 CTP 牵手特斯拉 Model 3，近 200km 续航提升或可期 . 21 投资评价和建议 . 23 风险分析 . 23 图表目录图表目录 图表 1： 特斯拉纯电动乘用车历年销量 . 1 图表 2： 2019 年 Model 3 销量和中国竞品对比 . 1 图表 3： 典型新能源汽车积分基础值*和 EC 系数 . 2 图表 4： 特斯拉 Model 3 车速-续航关系 . 2 图表

8、 5： 特斯拉历年研发费用（亿美元） . 3 图表 6： 特斯拉高性能长寿命电池配套电解液专利概要 . 3 图表 7： 汽车电子电气架构进化示意图 . 4 图表 8： 特斯拉 Model 3 的电子电气架构图 . 5 图表 9： 特斯拉布线架构专利主图 . 5 图表 10： 特斯拉布线架构专利摘要 . 5 图表 11： 汽车 OTA 更新示意 . 6 图表 12： 特斯拉 OTA 临时解锁冗余电量. 6 图表 13： 特斯拉系统 V10.0 主要内容. 7 图表 14： 新能源乘用车电机主要类型和相应优势 . 8 图表 15： 特斯拉 Model S 的功率扭矩-车速图 . 8 图表 16：

9、特斯拉 Model S 整车爆炸图 . 9 图表 17： 特斯拉 Model S 后轴电机电控减速器 . 9 图表 18： 特斯拉 Model 3 三电系统及底盘示意 . 9 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 图表 19： 典型半导体基体材料及性能（在 300K 温度下；不同数据源数据稍有区别） . 10 图表 20： 功率半导体器件分类 . 10 图表 21： 硅功率半导体器件的额定电流、额定电压、开关频率范围 .11 图表 22： MOSFET 和 IGBT 的基本结构 . 12 图表 23： 特斯拉 Model X 的逆变器示意 . 12 图表 24： 碳化硅

10、 MOSFET 封装工艺 . 13 图表 25： 特斯拉 Model 3 使用的搭载碳化硅 MOSFET 模块的逆变器 . 13 图表 26： 特斯拉北美超级充电网络 . 14 图表 27： 特斯拉亚洲超级充电网络 . 14 图表 28： 特斯拉二代、三代超级快充实际功率对比 . 14 图表 29： 松下 18650 电池基本技术参数 . 16 图表 30： 特斯拉 Model S 电池包示意图 . 17 图表 31： 特斯拉 Model S 电池和液冷示意图 . 17 图表 32： 松下 21700 电池含硅石墨负极形貌 . 17 图表 33： 松下 21700 电池负极中硅微晶粒度分布 .

11、 17 图表 34： 松下 21700 电池基本技术参数 . 18 图表 35： 特斯拉 Model 3 不同版本技术参数区别* . 18 图表 36： 特斯拉 Model 3 电池包尺寸 . 18 图表 37： 特斯拉 Model 3 电池模组排布 . 18 图表 38： 宁德时代 cell to pack 技术电芯和 BMS 连接示意 . 20 图表 39： 宁德时代 cell to pack 技术电芯的装配和冷却示意 . 20 图表 40： 宁德时代 CTP 电池在特斯拉 Model 3 上的效果估计 . 21 1 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 一、绝尘，

12、特斯拉新能源汽车“霸榜”一、绝尘，特斯拉新能源汽车“霸榜” 1、销量霸榜，、销量霸榜，2019 年特斯拉丰收年特斯拉丰收 特斯拉全年销量突破特斯拉全年销量突破 36 万辆，万辆，Model 3 是验证最充分的单一车型。是验证最充分的单一车型。 2019 年，特斯拉全球销量达 36.75 万辆，创造新记录；2019 年第四季度，公司生产 10.48 万辆电动车，交 付 11.2 万辆；Model 3 是年度最佳销量单品，2019 年全年实现销量 30 万余辆，其中第四季度 9.25 万辆；全年 销量超过中国 2020 年全年纯电动乘用车单品销量前五名之和，同比 2018 年实现翻倍增长，而且对同

13、等定位的 燃油车型也形成了一定程度威胁。 图表图表1： 特斯拉纯电动乘用车历年销量特斯拉纯电动乘用车历年销量 图表图表2： 2019 年年 Model 3 全球全球销量和中国竞品对比销量和中国竞品对比 资料来源：特斯拉，中信建投证券研究发展部 资料来源：特斯拉，乘联会，中信建投证券研究发展部 2、性能霸榜，、性能霸榜，Model 3 续航电耗表现出色续航电耗表现出色 销量之外，以续航销量之外，以续航-电耗为主要评价标准，特斯拉电耗为主要评价标准，特斯拉 Model 3 表现出色。表现出色。 以我国 2021-2023 年“双积分”政策（ 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修正

14、 案）征求意见稿的积分计算方式评估（纯电动整车积分由在 CLTC 工况下的续航里程决定基准值，由整备质量 对应的理论电耗和实际电耗的商决定调整系数，在积分基础值-EC 系数 XY 图上，续航越长、同等整备质量情续航越长、同等整备质量情 况下电耗越低的车型越处于右上角况下电耗越低的车型越处于右上角） ， 特斯拉的主要产品 （特斯拉的主要产品 （Model 3、 已公布部分技术参数的、 已公布部分技术参数的 Model Y） 续航长、） 续航长、 电耗低；国产版电耗低；国产版 Model 3 受限于相对保守的电池方案技术指标有所降低，但仍然在与主要国际竞争对手受限于相对保守的电池方案技术指标有所降

15、低，但仍然在与主要国际竞争对手 id.3、 leaf、iX3 的竞争中占据上风，遑论工况续航不足的竞争中占据上风，遑论工况续航不足 300km 的的 Golf 电动版；电动版；和自主车企产品相比，和自主车企产品相比，Model 3 国产国产 版的主要竞争优势在于更低的电耗、 验证更充分的辅助驾驶以及部分品牌溢价版的主要竞争优势在于更低的电耗、 验证更充分的辅助驾驶以及部分品牌溢价； 双电机长续航版续航最佳之一，； 双电机长续航版续航最佳之一， 同时电耗控制出色。同时电耗控制出色。 2 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 图表图表3： 典型新能源汽车积分基础值典型新能源

16、汽车积分基础值*和和 EC 系数系数 资料来源:中信建投证券研究发展部；*基础值不考虑理论上限 以等速续航论，Model 3 长续航版在约 40km/h 条件下甚至可以取得长达 850km 续航。 图表图表4： 特斯拉特斯拉 Model 3 车速车速-续航关系续航关系 资料来源:驱动视界，中信建投证券研究发展部 3 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 优质产品背后，公司研发费用自 2013 年以来屡创新高，2018 年达 14.6 亿美元；在新能源汽车诸多核心环 节（甚至包括电池材料）都有较深入的研究。可见，公司产品的畅销、性能的出众很大程度源于其力求性能领 先的“技

17、术极客技术极客”特质。 图表图表5： 特斯拉特斯拉历年历年研发费用研发费用（亿美元）（亿美元） 图表图表6： 特斯拉高性能长寿命电池配套电解液专利概要特斯拉高性能长寿命电池配套电解液专利概要 资料来源：特斯拉，中信建投证券研究发展部 资料来源：特斯拉专利US20190393546，中信建投证券研究发展部 4 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 二、极客，划时代的二、极客，划时代的软硬件软硬件系统系统 1、电子电气电子电气架构，架构，直达行车电脑级别直达行车电脑级别 和传统车企不同，没有历史包袱的特斯拉可以尝试相对激进的电子电气架构，走上“软硬件解耦-软件定义 汽车”之

18、路。 特斯拉 Model S、 Model X 的电子电气架构近似。 中央控制 DCU （Domain controller unit） 、 动力域、 车身域、 底盘域划分明显，保留了诊断接口，且大量使用 CAN/LIN 用作主干网/支线网。72 个 ECU 控制器节点包括 44 个 CAN 节点和 28 个 LAN 节点。 中央控制 DCU 横跨多个网段， 接入多个节点并具备诸多功能， 可以说 Model S、 Model X 前瞻性地初步实现了行车电脑级别的电子电气架构：将分散的 ECU 集成到有限的几个 DCU 中，传统 的 ECU-促动器一对一关系变成 DCU-促动器一对多的关系；在

19、DCU 中实现算力资源和程序的集中管理，而 不是像传统 OEM，所有零部件的软件对整车厂都是 black-box，OEM 不能直接、便利的管理各部分代码；DCU 本身更类似于通用计算机，而非专用微控制器。 图表图表7： 汽车电子电气架构进化示意图汽车电子电气架构进化示意图 资料来源：博世，中信建投证券研究发展部 Model 3 则更进一步，将整个电子电气架构划分为三个部分：中央控制 DCU、左车身控制 DCU、右车身控 制 DCU。其中中央控制 DCU 整合了驾驶辅助系统（ADAS） 、信息娱乐系统、外部连接和车内通信系统功能； 车身与便利系统、 底盘与安全系统和部分动力系统分属车身控制模块。

20、 其中 Model 3 的信息娱乐系统采用了 X86 架构的 intel Atom A3950 处理器，并运行特斯拉自己打造的车载 linux 系统。 Model 3 的电子电气架构突出地体现了硬件标准化、后续用软件弥补漏洞的思路。这样，整车开发周期得以 5 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 缩短，整车潜力也可以更有效地得到挖掘。 图表图表8： 特斯拉特斯拉 Model 3 的电子电气架构图的电子电气架构图 资料来源:IND4汽车人，中信建投证券研究发展部 随着整车电子电气架构的进化， 相应线束长度也有望缩短。 Model S的线束长度约3km， Model 3缩短

21、至1.5km。 特斯拉在相应领域的专利布局了新的布线架构，布线围绕电池和中央控制 DCU，按照子系统进行划分，使得其 长度进一步缩短，而且相应子系统组件的组装和验证工作也可以得到简化，有利于提升汽车生产效率。我们预 计 Model Y 的整车线束长度有望进一步缩短。 图表图表9： 特斯拉布线架构专利主图特斯拉布线架构专利主图 图表图表10： 特斯拉布线架构专利摘要特斯拉布线架构专利摘要 资料来源：特斯拉专利US20190217794，中信建投证券研究发展部 资料来源：特斯拉专利US20190217794，中信建投证券研究发展部 总之，在特斯拉的产品中，硬件和软件逐步实现解耦，硬件资源通过操作系

22、统抽象为可调度的资源，程序在特斯拉的产品中，硬件和软件逐步实现解耦，硬件资源通过操作系统抽象为可调度的资源，程序 设计更加容易，新硬件、传感器的添加更加灵活，更容易实现设计更加容易，新硬件、传感器的添加更加灵活，更容易实现 ADAS 和自动驾驶的相关功能；算力的统筹集中和自动驾驶的相关功能；算力的统筹集中 使得特斯拉更容易使得特斯拉更容易利用传统汽车的算力功耗，实现高算力的利用传统汽车的算力功耗，实现高算力的 ADAS 算法；许多重大缺陷可以通过算法；许多重大缺陷可以通过 OTA 升级解升级解 6 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 决，而非必须召回返厂修理。决，而非

23、必须召回返厂修理。 2、软件升级，、软件升级，OTA 引领潮流引领潮流 OTA（Over The Air-空中升级更新）是智能手机固件、系统、APP 更新的主要方式。对乘用车而言，OTA 要求受方有通讯模块（最好支持高速通讯方式） ，还要求相关电子件带有 bootloader（引导装入）功能。OTA 功功 能既可以用于“解决部分问题” （免于召回） ，也可以用于“解锁新功能” （而非推出中改款车型等） ，从而使得能既可以用于“解决部分问题” （免于召回） ，也可以用于“解锁新功能” （而非推出中改款车型等） ，从而使得 整车的综合吸引力得到强化。整车的综合吸引力得到强化。 燃油车的发动机、 变

24、速箱控制单元比电机控制单元的固件和软件都要复杂， 性能提升多需要整体调教， OTA 引发的风险相比于纯电动车型更大，所以燃油车企 OTA 主要针对非安全部分，起到诸如车机 UI、导航、音乐 更新，对智能设备的新支持、WiFi 优化等“锦上添花”式作用。 图表图表11： 汽车汽车 OTA 更新示意更新示意 资料来源：电子发烧友，中信建投证券研究发展部 作为 OTA+乘用车的鼻祖， 特斯拉的 OTA 服务依托其先进的电力电子架构， 已经实现了诸如强化加速性能、 优化刹车表现、沿途电池预热、甚至是解锁电池冗余容量应急等功能，而非仅仅娱乐应用更新。美国飓风“艾 尔玛” 、中国台风“山竹”袭来时，特斯拉

25、均为车主提供了相应 OTA 支持。 图表图表12： 特斯拉特斯拉 OTA 临时解锁冗余电量临时解锁冗余电量 资料来源：雷锋网，中信建投证券研究发展部 7 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 特斯拉在 2016 年加入了“代码签名”安全机制，并对所有 FOTA 升级固件进行强制完整性校验，以强化 OTA 的安全性。自诞生至今，特斯拉通过 OTA 方式已更新系统版本至 10.0。 图表图表13： 特斯拉系统特斯拉系统 V10.0 主要内容主要内容 资料来源：特斯拉，中信建投证券研究发展部 可见，硬件架构先进、软件日趋进步，特斯拉在软硬件系统方面堪称极客。其他企业在不彻底重

26、构硬件架 构的情况下，产品迭代速度将显著慢于 Tesla。 8 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 三、三、高效高效，用能配合充能用能配合充能 充能-储能-用能的能量流是新能源汽车有效应用的关键基础。用能主要依赖于电机、电控，储能依赖于电池 （用能、充能也部分受电池影响） ，充能主要依赖于电网及充电桩。和燃油车型相比，新能源汽车在用能环节优 势明显，而在储能、充能环节仍有不足。 1、电机、电机：从交流异步包打天下到：从交流异步包打天下到技术路线按需选择技术路线按需选择 电机是新能源汽车相比于传统燃油车的主要优势部件。新能源乘用车电机主要包括交流异步/永磁同步电机 两种

27、应用相对广泛的技术路线。 图表图表14： 新能源乘用车电机主要类型和相应优势新能源乘用车电机主要类型和相应优势 电机类型电机类型 主要优点主要优点 交流异步电机 成本低，高速区效率高，可靠性高，无退磁风险，高速能力强，安全性高无稀土资源依赖 永磁同步电机 瞬态效率高，稳态效率高，低速效率高，功率扭矩密度大，密封性强，抗过载能力强 资料来源：爱卡汽车，中信建投证券研究发展部 特斯拉 Model S/X 的电机采用交流异步电机技术路线，前后电机最大功率分别为 202/285（高性能版 375） kW。 图表图表15： 特斯拉特斯拉 Model S 的功率扭矩的功率扭矩-车速图车速图 资料来源：易车

28、，中信建投证券研究发展部 Model S/X 的主电机、电控、减速器集成于后轴。 9 行业深度报告报告 电气设备电气设备 请参阅最后一页的重要声明 图表图表16： 特斯拉特斯拉 Model S 整车整车爆炸图爆炸图 图表图表17： 特斯拉特斯拉 Model S 后轴后轴电机电控减速器电机电控减速器 资料来源：特斯拉，中信建投证券研究发展部 资料来源：知化汽车，中信建投证券研究发展部 和 Model S/X 不同，Model 3 定位中端，受限于有效空间对电机效率和体积功率密度要求更高，故将交流异 步电机更新为优化了磁场排布的永磁同步电机， 兼顾动力性、 能效和体积需求。RWD、 AWD、 AW

29、D Performance 三个车型的电机功率（不同信息源数据稍有区别）分别为 211kW、274kW(188+147)、353kW(211+147)。双电机 版本的两个电机功率相加并不等于实际总功率， 这是因为双电机版本中每个电机的外特性不同， 峰值点不重合。 图表图表18： 特斯拉特斯拉 Model 3 三电系统及底盘示意三电系统及底盘示意 资料来源:搜狐汽车，中信建投证券研究发展部 Model 3 的主电机、电控、减速器同样高度集成，而且整体体积功率密度进一步获得了提升。这一方面是因 为永磁同步电机的贡献，另一方面是因为电控的功率半导体器件经历了较大革新。 2、电控、电控：从硅基：从硅基 IGBT 到高效碳化硅基到高效碳化硅基 MOSFET 特斯拉产品的电控系统（以核心逆变器为主要评判标准）使用的功率半导体器件经历了从硅基 IGBT 到碳 化硅基 MOSFET 的转型。 半导体功能的实现受到基体材料理化性质的限制。首先，基体材料需要有一个较宽的能隙基体材料需要有一个较宽的能隙，以确保在没有 掺杂的情况下，本征载流子浓度低于最轻掺杂区掺杂浓度的温度上限较高，且临界击穿场强较高；能隙也不应 过宽，致使自建电势和门槛电压过高。其次，