电动车产业链技术研究专题系列之一：CTP降本增航，助LFP渗透续航500km以下乘用车.pdf

敬请参阅最后一页免责声明 -1- 证券研究报告 2020 年 03 月 09 日 电气设备 行业 CTP 降本增航，助 LFP 渗透续航 500km 以下乘用车 电动车产业链技术研究专题系列之一 行业专题研究 开文明（分析师） 021-68865582 kaiwenmingxsdzq 证书编号： S0280517100002 wangjin3xsdzq 证书编号： S0280119120005 CTP 技术 “化繁为简”， 省去 电池包的 模组环节 常规电池包采用 单体 电芯 模组 电池包的 多层级 成组方式 ， 该方式 会 降低电池包的 空间 利用率。 CTP 技术省去了电池模组环节，提高了电池包的 空间利用率，可以 容纳 更多的电芯 ，提升续航 。 并且，模组环节的去除 使 电池包的零部件数量降低、工作效率提升，成本也相应下降。 根据建立的模型测算， CTP 技术可使 续航增加 60km 以上 、 度电成本下降16%以上 为了研究 使用 CTP 技术 时 单车带电量和整车质量的变化对续航里程的影响，我们建立了三者之间的数学模型，即 续航里程 （ km） =334.21+9.538*带电量（ KWh） -0.275*整车装备质量 （ kg） 。同时，基于比亚迪 的 专利，我们建立了 LFP/NCM 电芯搭配常规 /CTP 电池包 时 的续航里程和成本模型 。 根据我们的测算，使用 213L 和 310L 电池包，由于电芯材料不同， 单车带电量可提升 1421%，续航里程增加 60130km。 同时 ， 电池包 的 度电成本能够下降1619%， 到 0.570.69 元 /Wh。 短期看， CTP 技术有望 推动 LFP 渗透 续航里程 500km 以下的 乘用车 当电池包为 213L和 310L时，装满电池后 CTP 技术 对成本的降幅 最高 约 3700元，续航里程可提高 60130km。短期来看， CTP+LFP/NCM523 电池包 对应的续航里程有望达到常规 NCM811 电池包 的水平 ，主要覆盖 500km 以下续航里程 。在不考虑补贴的影响， LFP 的 降本幅度 比 NCM523 高 10002000元 ，更具经济性 。 长期看，高镍三元在长续航车型中地位稳固 LFP 正极材料比容量 已接近理论值，而高镍三元依然有 30%以上 的提升空间 。 长期来看，动力电池高镍化趋势不改。 根据我们测算， CTP+高镍三元比常规高镍三元电池包对应的续航里程 多 80130km， 有望将电动车续航里程推到新 高点 。 在电动车续航里程不断向传统燃油车看齐的趋势下，高镍三元应用前景依然广阔。 投资建议 ： 我们推荐 1）推动 CTP 技术应用的龙头企业，如宁德时代 、比亚迪 等 ； 2） LFP 电池产业 链，如鹏辉能源、 国轩高科 等 。 受益的公司有德方纳米 等 。 风险提示： CTP 技术 的安全性不及预期 ，新能源汽车政策不及预期 推荐 （ 维持 评级） 行业指数走势图 相关报告 新基建、新方向，电力设备价值重估2020-03-08 新基建、新方向：新能源汽车充电桩和特高压 2020-03-04 疫情暂时扰动，难改电动车和风光景气向上趋势 2020-03-01 2020 年新能源汽车政策向好概率增加，且存在上行风险 2020-01-11 破晓之时：经济性初具，等政策风来，待模式演进 2020-01-06 重点推荐标的业绩和评级 证券 股票 2020-03-06 EPS PE 投资 代码 名称 股价 2018 2019E 2020E 2018 2019E 2020E 评级 300750.SZ 宁德时代 143.52 1.53 2.09 2.53 93.58 68.6 56.7 强烈推荐 002594.SZ *比亚迪 65.36 1.02 0.64 0.84 64.08 102.1 77.8 强烈推荐 300438.SZ 鹏辉能源 25.87 0.94 0.71 1.41 27.47 36.4 18.4 强烈推荐 002074.SZ *国轩高科 22.94 0.51 0.61 0.71 44.98 37.6 32.3 推荐 资料来源： Wind、新时代证券研究所（ 带 *为采用 wind 一致预期 ） -19%-14%-9%-4%1%6%11%2019/03 2019/06 2019/09 2019/12 2020/03 电气设备 沪深 300 王 琎 （ 联系人 ） 2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -2- 证券研究报告 目 录 1、 CTP 技术能降本增效，开启市场推广 . 4 2、 站在整车角度看 CTP 技术对续航里程和成本的影响 . 5 2.1、 续航里 程（ km） =334.21+9.538*带电量（ KWh） -0.275*整车装备质量（ kg） . 6 2.2、 CTP 提升单车带电量 14-21%，提升整车装备质量 7-11% . 8 2.3、 CTP 技术有助于续航里程增加 60130km， CTP+高镍三元续航提升效果显著 . 11 2.4、 CTP 有助成本下降 1619% . 15 2.5、 短期 CTP+LFP 有望在 500km 以下车型占据一席之地，长期高镍三元依然是主流 . 16 3、 投资建议 . 18 4、 风险提示 . 19 图表目录 图 1： 大众 MEB 电池包架构 . 4 图 2： 大众 MEB 平台电池包 . 4 图 3： 使用 CTP 技术的比亚迪刀片电池包 . 4 图 4： 宁德时代 CTP 技术对电池包能量密度的改善 . 5 图 5： 蜂巢能源 CTP 技术对电池包能量密度的改善 . 5 图 6： 比亚迪 “汉 ”续航 605km . 5 图 7： 宁德时代、北汽联合研发的 CTP 电池发布 . 5 图 8： CTP 会通过带电量、电池包质量和电芯总成本影响续航里程和电池包成本 . 6 图 9： 续航里程的影响因素较多，主要有单车带电量和汽车质量 . 6 图 10： 续航里程数学模 型回归分析 . 8 图 11： 电池包 213L 时， CTP 电池提高电池包体积能量密度 14%以上 . 9 图 12： 电池包 310L 时， CTP 电池提高电池包体积能量密度 14%以上 . 10 图 13： 电池包 213L， CTP 提高单车带电量 1421% . 10 图 14： 电池包 213L， CTP 提高电池包质量 8%左右 . 10 图 15： 电池包 310L， CTP 提高单车带电量 1418% . 11 图 16： 电池包 310L， CTP 提高电池包质量 10%左右 . 11 图 17： 2019 年我国乘用车市场以 A 级车为主，其次为 B 级和 A0 级 . 11 图 18： 除电池包外的整车质量分别为 3 档 . 12 图 19： 电池包 213L 时， CTP 电池提高续航里程 15%以上 . 12 图 20： 搭载 213L 的 CTP 高镍三元电池包， A0/A 级车续航里程超 500km. 13 图 21： CTP 对续航里程的增加额在 62113km . 13 图 22： 电池包 310L 时， CTP 电池提高续航里程 14%以上 . 14 图 23： 搭载 310L 的 CTP 高镍三元电池包， B 级车续航里程超 650km . 14 图 24： CTP 对续航里程的增加额在 82130km . 15 图 25： CTP 技术有助于电池包度电成本下降 16%以上，单位：元 /Wh . 16 图 26： CTP 技术可使度电成本下降 16%以上，单位：元 /Wh . 16 图 27： 213LCTP 电池包，续航增加、成本下降情况 . 17 图 28： 310LCTP 电池包，续航增加、成本下降情况 . 17 图 29： 三元正极材料比容量还有 30%以上的提升空间 . 17 表 1： 部分样本数据 . 7 表 2： 电动车续航里程数学模型准确度高 . 8 表 3： 不同技术下的续航里程 情况，单位： km . 17 2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -3- 证券研究报告 表 4： 相关公司估值 . 19 2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -4- 证券研究报告 1、 CTP 技术 能降本增效，开启市场推广 CTP 技术是 一种 从电池包 结构 层面 来提升电池包空间利用率和能量密度的方法。 国内 、 外车企的电池包基本上都采用从单体 电芯 模组 电池包的成组方式，通过多层级的成组方式保障电池安全，但会牺牲电池包的空间利率和能量密度。 因此 电池企业在积极探索新的技术方向，其中做大电芯和模组尺寸或者直接放弃模组是主要方法 。 其中，放弃模组，电芯直接安装于电池包的技术被称为 CTP 技术。 图 1： 大众 MEB 电池包架构 图 2： 大众 MEB 平台电池包 资料来源： 高工锂电 、 新时代证券研究所 资料来源： 网上车市 、 新时代证券研究所 图 3： 使用 CTP 技术的比亚迪刀片电池包 资料来源： 比亚迪专利、 新时代证券研究所 CTP 技术有助于成本降低，提升体积能量密度 。根据 公司信息 ，比亚迪 CTP电池 包 的 体积能量密度 较传统电池包能够增加 50%； 宁德时代和蜂巢能源 CTP 电池 包 的空间利用率 能够 提升 520%，零部件数量 可 减少 2240%。 电池包包体单体电池单体电池2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -5- 证券研究报告 图 4： 宁德时代 CTP 技术对电池包能量密度的改善 图 5： 蜂巢能源 CTP 技术对电池包能量密度的改善 资料来源：高工锂电 、 新时代证券研究所 资料来源：网上车市 、 新时代证券研究所 CTP 技术对电芯产品的一致性要求高， 目前 处于推广应用阶段。 传统电池包构成中，模组将电芯集合在一起，对电芯起到固定、支撑和保护的同时还提供了电池监控和管理作用。 CTP 技术直接将电芯串并联到一起做成电池包，对电芯的一致性要求 提 高。目前，少数企业开始推广 CTP 技术电池包。其中，比亚迪预计 2020年 6 月上市的新车型“汉”将搭载 自产的 CTP 超级 LFP 电池包 ，宁德时代的 CTP三元电池包将配套北汽 EU5。此外，蜂巢能源等也在推进相关的产业化落地。 图 6： 比亚迪“汉”续航 605km 图 7： 宁德时代、北汽联合研发的 CTP 电池发布 资料来源：第一电动 、 新时代证券研究所 资料来源：第一电动 、 新时代证券研究所 2、 站在整车角度看 CTP 技术对续航里程和成本 的影响 站在整车厂的角度，最关心两个变量，续航里程和成本。 续航里程方面， CTP电池技术配合不同类型的动力电池会 通过单车带电量和整车质量对续航里程产生影响。成本方面，带电量不同、电池种类差异和 CTP 电池技术带来的制造成本和人工费用减少等因素都会对成本产生影响。 2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -6- 证券研究报告 图 8： CTP 会通过带电量、电池包质量和电芯总成本影响续航里程和电池包成本 资料来源：新时代证券研究所 为了研究 CTP 技术对整车端和动力电池产业链带来的影响，我们基于比亚迪的专利 CN209389112U，建立了 相同 电池包体积下 不同类型 电芯 和电池包 对应的 续航里程 关系 ，并计算相应的 电池包成本。 2.1、 续航里程（ km） =334.21+9.538*带电量（ KWh） -0.275*整车装备质量（ kg） 影响电动 车续航里程 的因素较多 ，可 简单地 分为能量供给和能量消耗两大类 。能量供给方面，影响因素为单车带电量 、 电 能可使用比例 等 ；能量消耗方面，主要有 汽车动能、 机械部件间的能耗、 电子部件的能 耗 、风阻 和汽车与路面的摩擦等。考虑到 单车带电量、汽车质量 对续航里程的影响 较大，这里主要研究二者对续航里程的影响 。 图 9： 续航里程的影响因素较多，主要有单车带电量和汽车质量 资料来源：新时代证券研究所 整 车 角 度续 航 里 程电 池 包 成 本单 车 带 电 量整 车 质 量电 芯 总 成 本除 电 芯 外 成 本其 它电 池 包 质 量除 电 池 包 外整 车 质 量续 航 里 程 能 量 供 给能 量 消 耗单 车 带 电量机 械 / 电 子部 件 的 能量 消 耗风 阻电 池 包 技 术常 规C T P电 能 可 使用 比 例其 他电 芯 种 类L F PN C M 5 2 3N C M 6 2 2N C M 8 1 1汽 车 动 能汽 车 质 量其 他2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -7- 证券研究报告 为了降低 传动效率 、 电控效率 等 因素 对续航里程的影响， 样本 主要 为 比亚迪车型 。由于比亚迪车型的续航里程 在 305520km，为 了 覆盖 500660km 续航里程范围，样本增加了特斯拉、广汽等中高端车企 的 长续航车型。 表 1： 部分样本数据 通用名称 级别 纯电动续航里程 ，km 动力蓄电池组总能量 ， KWh 整车整备质量 ，kg 比亚迪元 EV A0 SUV 305 41 1450 比亚迪 e2 A 305 35 1250 比亚迪秦 A 310 41 1420 比亚迪秦 A 320 41 1420 比亚迪 e1 A00 351 34 1080 比亚迪秦 A 400 53 1520 比亚迪秦 Pro A 401 53 1605 比亚迪秦 A 405 51 1490 比亚迪宋 A SUV 405 59 1745 比亚迪元 EV A0 SUV 410 53 1645 比亚迪秦 Pro A 420 56 1650 比亚迪 e5 A 420 53 1570 腾势 X B SUV 500 83 2330 传祺 AION.S A 510 59 1625 比亚迪秦 Pro A 520 70 1710 传祺 AION LX B SUV 520 73 1900 Model X 高性能版 C SUV 552 100 2530 Model X 长续航版 C SUV 576 100 2491 Model 3 长续航全轮驱动版 B 590 78 1874 Model 3 高性能全轮驱动版 B 595 78 1875 传祺 AION LX B SUV 600 93 2180 传祺 AION LX B SUV 650 93 2040 Model S 高性能版 C 654 100 2292 Model S 长续航版 C 660 100 2260 Model 3 长续航后轮驱动版 B 664 78 1753 资料来源： 汽车之家 、 工信部 、 新时代证券研究所 分析显示电动车的续航里程和单车带电量、整车装备质量具有强相关性， 建立的数学模型具有高置信度。 电动车的续航里程和单车带电量、整车装备质量的 数学关系 可表达 为： 续航里程 （ km） =334.21+9.538*带电量 （ KWh） -0.275*整车装备质量 （ kg） 2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -8- 证券研究报告 图 10： 续航里程数学模型回归分析 资料来源：新时代证券研究所 该数学模型具有比较强的适用性。 2020 年比亚迪新车型 “ 汉 ” 的续航里程为605km，与数学模型测得的 592km 相差较小，在 2%左右 。 表 2： 电动车续航里程 数学模型 准确度高 项目 数值 带电量， KWh 85 整车装备质量， kg 2020 工信部续航里程， km 605 预测续航里程， km 592 误差 2% 资料来源： 工信部、 新时代证券研究所 2.2、 CTP 提升 单车带电量 14-21%，提升 整车装备质量 7-11% 在电池包体积一定的情况下，由于体积利用率的提升， CTP 电池 包 的带电量和质量会相应增加，从而影响电动车的续航里程。这里，基于比亚迪的专利披露信息，我们研究在 相同 电池包体积下不同种类的 方形 电池包带电量和质量的变化。 为了便于研究，做出了如下的 关键假设： 1. CTP 电芯的体积 /质量能量密度与常规 电池包中的 电芯一样； 2. 基于比亚迪专利中 LFP 常规电池包 的体积利用率 55%，专利中说明常规电池工艺下，体积利用率 一般 在 50%左右，下限 40%。 这里假设配套NCM523/622/811 分别为 52%/49%/42%； 3. 不同种类电池包的质量能量密度取 TOP5 车型 质量 能量密度 的 均值 ； 4. 电池包中各部件体积： 电池包采用相同的结构 。 LFP+常规 /CTP 电池包 以比亚迪专利为基础， 在 CTP 技术中 ，假定 不使用横纵梁， 横纵梁与空隙体积为常规技术中的 40%； 配电箱体积不变 ； 不同电芯对应的热管理及其他配电箱等的体积比例与常规技术中一样。 根据宁德时代 公开 资料，电池包能量密度 200Wh/kg，推测为 NCM811，假设公开资料中包体与热管理及其他配电箱等体积同 NCM811; 回归统计M u l t i p l e R 0 . 9 6 6 7 6 8 4R S q u a re 0 . 9 3 4 6 4 1 2A d j u s t e d R S q u a re0 . 9 3 2 3 8 7 4标准误差 2 7 . 4 0 7 8 9 1观测值 61方差分析df SS MS F S i g n i fi c a n c e F回归分析 2 6 2 3 0 4 5 . 6 2 2 2 3 1 1 5 2 2 . 8 1 1 4 1 4 . 7 0 4 3 7 4 . 4 0 3 7 7 E -3 5残差 58 4 3 5 6 9 . 1 6 4 6 6 7 5 1 . 1 9 2 4 9 4总计 60 6 6 6 6 1 4 . 7 8 6 9Co e ffi c i e n t s 标准误差 t S t a t P -v a l u e L o w e r 9 5 % U p p e r 9 5 % 下限 9 5 . 0 % 上限 9 5 . 0 %In t e rc e p t 3 3 4 . 2 1 0 3 9 2 1 . 6 1 3 5 2 5 0 5 1 5 . 4 6 3 0 2 0 9 3 . 0 8 2 E -2 2 2 9 0 . 9 4 6 2 1 9 2 3 7 7 . 4 7 4 5 6 2 9 0 . 9 4 6 2 2 3 7 7 . 4 7 4 5 6X V a ri a b l e 1 9 . 5 3 8 1 7 7 9 0 . 5 5 9 6 1 5 9 1 9 1 7 . 0 4 4 1 5 0 5 2 . 9 6 4 E -2 4 8 . 4 1 7 9 8 4 9 4 3 1 0 . 6 5 8 3 7 1 8 . 4 1 7 9 8 4 9 1 0 . 6 5 8 3 7 1X V a ri a b l e 2 -0 . 2 7 5 1 2 4 0 . 0 2 9 9 0 1 4 0 5 -9 . 2 0 1 0 3 2 4 6 . 1 8 8 E -1 3 -0 . 3 3 4 9 7 7 9 5 8 -0 . 2 1 5 2 7 -0 . 3 3 4 9 7 8 -0 . 2 1 5 2 72020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -9- 证券研究报告 5. 电池包 中各 个部件质量：常规 /CTP 中的包体与热管理及配电箱质量简单假设为与其体积成正比。 在 搭建的勾稽关系中， CTP 技术对电池包 体积 利用率和 质量能量密度的改善和 公布的技术指标 相 符合 。 1） 电池包的质量能量密度方面 ， 电池包为 213L时， 三元 CTP 电池包提高了 815%，符合蜂巢能源的 510%（第一电动披露）和宁德时代的 1015%（第一电动披露） ；电池包体积为 310L 时，三元 CTP 电池包提高了 48%，符合蜂巢能源中的 510%（第一电动披露） ，略低于宁德时代的 1015%（ 第一电动 披露） ； 2）电池包的空间利用率方面， 电池包为 213L时，三元 CTP 电池包的空间利用率提高了 1521%，高于蜂巢能源的 5%（第一电动披露） ，符合宁德时代的 1520%（第一电动披露） ；电池包为 310L 时，三元 CTP 电池包的空间利用率提高了 1518%，高于蜂巢能源的 5%（第一电动披露） ，符合宁德时代的 1520%（第一电动披露） 。 图 11： 电池包 213L 时， CTP 电池提高电池包 体积 能量密度 14%以上 资料来源：比亚迪专利 、 第一电动 、 新时代证券研究所 注：比亚迪和宁德时代的数据为推算 种类 L F P N CM 5 2 3 N CM 6 2 2 N CM 8 1 1 L F P N CM 5 2 3 N CM 6 2 2 N CM 8 1 1 BY D 超级 L F P CA T L 公开资料工艺 卷绕 卷绕 卷绕 卷绕 卷绕 卷绕 卷绕 卷绕 叠片 卷绕体积能量密度， W h / L 455 485 534 660 455 485 534 660 468 660质量能量密度， W h / k g 175 200 220 270 175 200 220 270 180 270工艺 常规 常规 常规 常规 刀片 CT P CT P CT P 刀片 CT P电池包体积， L 213 213 213 213 213 213 213 213 213 213电芯体积合计， L 117 111 104 89 133 128 122 109 133 109除电芯外体积， L 96 102 109 124 80 85 91 104 80 104内部横 / 纵梁与间隙体积， L 16 16 16 16 6 6 6 6 6 6包体与热管理及其他配电箱等体积， L 58 64 70 85 51 57 62 75 51 75配电箱体积， L 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23电池包质量， kg 394 382 358 351 424 409 387 382 424 371电芯质量， kg 303 269 253 219 345 309 296 266 345 266除电芯外质量， kg 92 113 105 132 79 99 91 116 79 106梁质量， kg 5 5 5 5 0 0 0 0 0 0包体与热管理及配电箱等质量， kg 87 108 100 127 79 99 91 116 79 106带电量， K W h 53 54 56 59 60 62 65 72 62 72体积能量密度， W h / L 249 252 261 277 283 291 305 337 291 337质量能量密度， W h / k g 134 141 156 168 142 151 168 188 146 193体积能量密度成组率 55% 52% 49% 42% 62% 60% 57% 51% 62% 51%质量能量密度成组率 77% 70% 71% 62% 81% 76% 76% 70% 81% 72%电芯体积之和占电池包体积比例 55% 52% 49% 42% 62% 60% 57% 51% 62% 51%CT P / 刀片对体积能量密度的提升 14% 15% 17% 21% 17% 21%CT P / 刀片对质量能量密度的提升 6% 8% 8% 12% 9% 15%CT P / 刀片对体积利用率的提升 14% 15% 17% 21% 14% 21%电池包指标电池包电芯C TP / 刀片电池的影响2020-03-09 电气设备 行业 敬请参阅最后一页免责声明 -10- 证券研究报告 图 12： 电池包 310L 时， CTP 电池提高电池包体积能量密度 14%以上 资料来源：比亚迪专利 、 第一电动 、 新时代证券研究所 测算 注：比亚迪和宁德时代的数据为推算 CTP 技术提升单车 带 电量 1421%，增加 质量 711%。 当电池包体积为 213L时，使用 CTP+ LFP/三元电池的单车带电量提升 1421%，从原来的单车电量5359KWh 上升到 6072KWh； CTP+ LFP/三元 电池包质量增加 79%，从原来的351394kg 上升到 382424kg。当电池包体积为 310L 时，使用 CTP+ LFP/三元电池的单车带电量提升 1418%，从原来