汽车行业未来商业模式(2025中国汽车市场未来发展趋势)

Mark wiens

发布时间:2022-09-08

汽车行业未来商业模式(2025中国汽车市场未来发展趋势)

 

新能源重卡在2021年迎来小高潮,市场发展进入加速期。牵引车占比大幅提升,氢燃料电池重卡逐步开始起量,应用场景和多种技术路线蓬勃发展,新能源重卡市场愈发火热。

新能源重卡分车型销量

未来在双碳政策、商业模式创新和TCO不断优化的驱动下,商用车新能源(包括纯电及氢燃料)到2030年中重卡渗透率达到25%以上,轻卡渗透率达到30%以上。

核心技术趋势

趋势一:换电解决续航和补能效率短板,叠加车电分离的销售模式,提升纯电重卡的经济吸引力

2021年,纯电重卡销售中的换电车型占比高达43%。换电车型的兴起主要由如下几方面的因素驱动:

1.换电模式减少车辆充电等待时间,使得重卡出勤以及相应的日行驶里程大幅提升,为能耗成本节降提供了基础;

2. 车电分离为金融创新提供基础,降低客户一次性购买成本压力;

3. 不论是一汽、东风等传统主机厂,还是三一、宇通等新兴主机厂,都快速推出相应产品,供给端可选车型充足;

4. 换电模式受政策支持,如高排放企业为满足碳中和要求,给予纯电卡车在运输趟数、运输价格等方面的优惠,以提升新能源车辆使用比例,避免节能减排未达标带来的减产惩罚风险。与此同时,换电站基础设施正逐步完善。

trcoff丰田车上出现这标志什么意思?trcoff灯亮怎么关闭丰田车出现trcoff这标志,说明该车辆的牵引力控制系统关闭了。牵引力控制系统简称TCS,又称为ASR或者TRC。

目前,由于电池厂家不一、换电模式不同(如顶换模式、侧向换电模式和整体双侧换电模式等)导致接口标准尚未统一。换电技术的落地难点并非在于技术本身,而在于主机厂、换电站和电池厂商之间在标准统一与运营方面的协作生态构建。

趋势二:中短期多种新能源技术路线并存,氢燃料为长期趋势

目前,纯电商用车已经能够适用市政专用车、城市渣土、短倒等短途场景。在换电模式支持下,纯电应用进一步拓展。中期来看,部分高油耗场景为应对四阶段燃油限值要求,需要采取混动技术,因而在这一阶段出现多种技术路线并存的局面。2022年6月,第四阶段重型商用车燃料消耗量限值的征求意见稿发布,提出第四阶段限值需要较第三阶段限值加严15%,基本可以实现2025年我国商用车油耗达到国际领先水平的目标。但长期来看,纯电动重卡电池能量密度难以满足中长途货运需求,而混合动力仍然需要内燃机,因此只有氢燃料才能兼顾商用车全场景需求和零排放目标的实现。

重卡新能源技术路线演变趋势

与纯电相比,氢燃料电池具备更高功率与能量密度,适用于中途及重载应用场景,且由于氢燃料为开放系统,伴随高压和液态储氢技术的发展未来有望应用于长途。但在TCO方面,当前氢燃料电池存在系统成本高、能耗成本高两大短板。未来燃料电池系统存在大幅度降本预期,预计未来3-5年实现2,000元/KW,未来5-10年实现1,000元/KW的水平,而氢燃料能耗成本则需降低至20元/KG以内才具备优势。目前,副产氢和煤制氢的成本较低,因此钢铁、煤炭等能源化工企业有运营优势。未来,在规模化和制氢降本双重趋势下,燃料电池将逐步赶超纯电。

当前纯电与氢燃料电池性能对比

就氢燃料电池本身的技术趋势而言,在商用车领域具有三大关键技术趋势:

1. 大功率系统(>250KW)出现:随着电堆价格的下降,大功率燃料电池系统有助于减少电池用量,同时满足重卡对功率的要求。例如,奔驰GenH2氢燃料重卡采用2个150KW的燃料电池电堆,燃料电池系统功率输出可达300KW。

2. 金属双极板应用:当前,兼具寿命和效率的石墨双极板电堆是氢燃料重卡应用主流,但石墨双极板存在功率密度上限。未来3-5年内,随着重卡对功率和功率密度要求的提升并逐步克服金属双极板寿命低的问题,重卡电堆中金属双极板将逐渐上升,电堆体积功率密度有望从当前的3-3.5KW/L提升至7-8KW/L。

3. 高压/液态储氢系统推广:当前,氢燃料电池车主要使用III型铝内胆35MPa氢气储罐。未来3年内,车用氢气储罐仍然以气氢储罐为主,但将由III型35MPa向IV型70MPa气氢储罐过渡。

趋势三:新能源专用平台出现,整车效率和性能进一步提升,并与自动驾驶平台同步迭代

当前,由于规模效应不足,几乎所有的新能源商用车车型都为油改电平台。原有柴油车底盘的布置方式限制了电池、储氢罐等新增部件的布局灵活性,整车底盘空间尚未得到有效的应用。未来,新能源车专用底盘将有三大显著的技术趋势:

1. 电驱动桥优化底盘布置:当前,轻型商用车已经开始逐步商业化集成电驱动桥,而重卡仍主要采用中央直驱的模式,主要由于直驱对于整车平台的改动较小且所需的研发投入低,但其并非最高效率传动方案,且底盘空间占用较大。未来,新能源车底盘将更多采用电驱动桥的传动形式,通过集成化设计释放更多底盘空间给到电池和储氢系统,且整车重量有所降低,传动效率得到提升,但当前面临着开发成本高和可靠性方面的挑战。就集成电驱动桥而言,国内厂家目前主要关注平行和同轴式,而国外头部厂家则关注垂直式,从技术实现难度上看,未来国内将主要商业化平行和同轴式电驱桥。同时为提升电驱动效率和集成化,电机的功率密度将进一步提升,既可以满足更高的集成要求,如集成到轮边甚至轮毂,另也可通过电机高速化提升功率密度,可以实现电机小型化,进而降低成本。除了牵引车和货车的电驱动桥,挂车企业也在尝试应用挂车电驱动桥,以辅助能量回收、为冷藏箱等辅助装置提供单独的能量支持、支持牵引车的启动/停止操作等。

新能源商用车驱动技术变化趋势

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2. 储能系统与底盘一体化设计:结合电驱动桥,原有采用背挂形式的储能系统(电池和储氢罐)可以被更好地集成到底盘,优化货箱空间。例如,欧洲某领先商用车企业的纯电和氢燃料牵引车已经将电池布置在底盘而非传统的背挂式。这些新的布置方式优化了整车的空间,同时通过与底盘的一体化设计,避免可靠性和结构强度的问题。

3. 高压平台:重卡目前主要为400-600V系统(电机额定电压),通过提升整车电压,可以提升充电效率。例如,某零部件供应商已经推出可用于混合动力和电动商用车的 800V电机,实现更高的功率密度并降低热能损耗。同时,由于整车电压的提升,可一定程度降低线束规格,减少线束用量,实现降本减重。另一方面,高压平台可以适配更大功率的快充技术,以提高充电效率,如德国正在实施世界上第一个兆瓦充电项目,目标是3.75兆瓦峰值。但也需注意到的是,高压平台下,传统的IGBT电控将无法满足需求,需要采用SiC技术才能应对高压技术要求,而目前SiC仍面临技术和成本的挑战。

趋势四:未来十年内,纯电和氢燃料技术在商用车仍难以普及,碳中和燃料是实现商用车减排的中间路径

短期来看,商用车难以一步走到纯电和燃料电池技术。相比纯电和氢燃料电池,内燃机产业链更完整、技术成熟度更高、成本更低,因而使用低碳、碳中和燃料是未来十年的减碳关键抓手。

考虑到技术难度和应用成熟度,近期低碳技术得到了更多关注,即使用低碳燃料或提升燃烧效率。低碳燃料主要指天然气和丙烷,或在高碳燃料中添加低碳或零碳燃料,如在柴油中添加生物柴油(甲酯FAME)。欧洲各国披露了当前及未来计划的生物柴油添加比例,普遍位于5%-10%之间。

尽管压缩或液化天然气(CNG/LNG)作为低碳燃料已经获得规模化使用,但考虑到其仍为化石燃料,仅能减少10%-20%的碳排放,因而从零碳目标角度而言,或仅是过渡方案,未来仍需开发全生命周期碳中和燃料,以实现真正的节能减排。碳中和燃料包括三种生物质燃料、零碳燃料和电力合成燃料:

1. 生物质燃料:即直接光合作用得到的生物质燃料。商用车领域目前讨论较多的是生物柴油(Biodiesel)和氢化植物油(HVO,也即Renewable Diesel),二者可适应现有发动机技术和基础设施。

a) 生物柴油:一种主要使用大豆油,采用酯化反应生产脂肪酸甲酯。生物柴油热能相对较低,一般在车用柴油中掺混使用,但比例不能过高,其技术成熟且价格相对低廉。二氧化碳排放相比传统柴油下降约60%。

b) 氢化植物油:使用可持续的原料生产,包括餐厨废油脂等,采用加氢处理-异构化-分馏的方式加工而成。其是一种真正的碳氢化合物,与柴油相近,热能高,是目前最好的石化柴油替代品之一,可与柴油以任意比例混合,无需改动柴油发动机的结构和控制程序便可使用。二氧化碳排放相比传统柴油下降约90%。

2. 零碳燃料:通过绿电电解水得到绿氢,绿氢还可与氮气合成得到绿氨。零碳燃料可以实现100%无二氧化碳排放。

3. 电力合成燃料(e-fuel):采用绿氢、直接空气碳捕集获得的二氧化碳与绿电合成,如合成甲醇、合成汽油、合成煤油和合成柴油等。

考虑到不同碳中和燃料的优劣势以及我国国情,对于其商业化路径的畅想如下:

1. 可优先关注生物柴油,特别是氢化植物油的应用——存在快速上量机会,但有一定天花板:技术和基础设施方面已经不存在太大阻碍,如某欧洲领先的商用车企业在2018年发布的全新一代卡车就可以兼容HVO燃料,并于2021年宣布其Euro 6发动机均可使用HVO燃料运行。国内目前已经基本攻克HVO制备工艺挑战,但由于不与人争粮 的基本原则,生物柴油的发展需基于废油,因此在回收体系和原料供给方面存在挑战,或存在一定天花板。但值得注意的是,中国食用油消费占全球消费约20%,这为国内发展可再生生物柴油提供了一定基础。

2. 其次是零碳燃料——解决燃料制备成本和基础设施是前提条件,存在一定不确定性:零碳燃料可以真正实现无碳排放,同时不存在原料上的限制。然而,要想实现绿氢和绿氨,绿电的成熟是大前提。燃氢和燃氨对发动机需要进行一定调整,但技术难度正在被攻破,国内头部商用车车企在2022年已经成功点火了燃氢和氨柴发动机。尽管氢内燃机在技术上具有可行性,但氢气的储运、安全和可靠性是主要挑战。相较于氢气,氨无需专门的基础设施,液氨的储运更方便,但其实际应用需要解决氨内燃机着火难、燃烧慢以及NOx排放等技术挑战。目前,氨的储运优势使其得以率先在船用领域开始突破,如德国已经有企业在研发制造能够使用氨气和柴油运行的双燃料中速发动机。随着国内加快普及绿电以及氢能基础设施的强化,这一技术趋势仍然向好。

3. 最后是电力合成燃料——成本和技术是拦路虎,但作为后起之秀,有弯道超车的机会:该燃料可以完全使用现有的基础设施和发动机技术,极大保留同内燃机相关的产业供应链,但e-fuel燃料制备要以绿氢为基础,而当前电解水制氢成本较高,且制备工艺更加复杂,同时需要碳捕捉技术,整体成本更高。然而,随着绿电规模化以及碳捕捉技术的成熟,未来e-fuel成本下降后,其高度适用现有技术和基础设施的特点或将使其后来居上,赶超零碳燃料。目前,较受关注的 e-fuel 燃料包括直接合成甲醇、甲醇合成汽油、 Fischer-Tropsch合成柴油,这三种燃料已经研究多年,具备一定量产能力。

从主机厂视角来看,除了技术之外,碳中和燃料的应用受限于成本和基础设施的变化,而这两者的发展因受到多行业和政策的影响而不确定性较大。例如,天然气价格的波动将导致天然气重卡销售的波动,而前者在目前全球政治环境大背景下将变得更加难以预测。在此不确定性下,主机厂对碳中和燃料发动机的投入应该注意与柴油发动机的协同,以平衡风险和投入,即优先探索可与现有柴油发动机技术共用较多技术的低碳/碳中和燃料类型。例如, 2022年初,某全球领先的商用车动力系统供应商宣布进一步扩展动力总成平台,实现包括清洁柴油、天然气、汽油、丙烷和氢气等在内的多种低碳燃料通用。这些发动机气缸盖垫下方的大部分零部件结构类似,可以通用,而发动机气缸盖垫上方将会根据不同燃料类型,采用不同零部件组合。

商业模式思考

随着新能源商用车的普及,电池作为高价值资产,带来相应的资产管理机会。围绕电池即服务(BaaS),存在三大创新商业模式:

1. 充换电服务:当用电量足够时,充换电服务可以获得可观的收益。新能源商用车,尤其是重卡,因其用电量大,为充换电服务的盈利性提供了支撑。以重卡换电站为例,一般5年左右可以回收建设投入。

2. 电池租赁:重卡单车电池成本约30-40万元(约300度电),已经赶超柴油牵引整车价值,客户对于电池的租赁存在需求。通过电池租赁,是切入充换电服务和梯次利用的抓手。

3. 电池回收再利用:废旧电池的回收利用符合低碳环保的要求,而商用车所用的磷酸铁锂电池也更适合梯次利用。梯次利用业务的毛利率预估为15-20%,该环节的引入可以进一步降低电池全生命周期成本。特别对于重卡换电模式,该模式能够提高电池回收率,解决当前电池回收面临的回收网络的挑战。

这些潜在新模式带来的收益率或将超出传统整车制造,因此对于主机厂而言,在计算客户TCO和自身投入回报时需要更加开放,相应地也需思考自身在价值链上新定位的可能性,以获取更大收益。

新能源商用车BaaS商业模式

(本文资料来源:罗兰贝格)

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