深度：特斯拉電動汽車產業鏈詳解（上）
OFweek新能源汽車網訊 能源革命與人工智慧兩大浪潮助推特斯拉引領未來汽車大趨勢，國產化預期持續發酵下，汽車電動化、智能化、共享化三大趨勢性機會正加速來臨。
摘要
能源革命與人工智慧助推特斯拉引領汽車未來。環保需求推動能源清潔化、可再生化，並加速汽車電動化趨勢。同時，基礎計算設施、深度學習算法、大數據等技術的持續突破，使得人工智慧從未來走進現在，汽車智能化趨勢正全面鋪開。
國產化預期持續發酵，特斯拉主題熱點紛呈。特斯拉 2016年4月發布Model 3，其後短短一個月時間內取得37.3萬的預定量，成為特斯拉旗下大眾化的爆款產品。但目前特斯拉在華售價較高且享受的優惠政策有限，導致其2015年在華銷量僅完成預定目標的50%。我們認為如果特斯拉如能建立合資工廠，至少可以減免25%關稅和10%購置稅，同時本土化採購有望帶來成本的下降，更低的售價有利於帶動銷量提升。根據此前公司高層言論，預計特斯拉將最快在2016年下半年兌現在華建廠，國產化預期發酵將持續催化主題投資機遇。
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正文
1. 能源革命與人工智慧助推特斯拉引領未來
本篇報告聚焦特斯拉產業鏈，站在汽車行業深度變革的前夜，為投資者梳理汽車界「蘋果」--特斯拉所引領的三大顛覆性革命：汽車電動化、智能化、共享化，並挖掘其對應的投資機會。
我們認為特斯拉身處能源革命與人工智慧兩大浪潮之中。未來兩股熱潮將把特斯拉推向風口之巔，預計2020年特斯拉汽車銷量將達百萬台，將引領未來數十年相關產業鏈廣闊的投資機遇。而特斯拉國產化趨勢有望驅動產業鏈上下游進入全面加速新浪潮。
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1.1. 能源革命推動汽車電動化大趨勢
環保需求將推動能源清潔化、可再生化，有利於汽車電動化。目前全球能源使用結構依舊以不可再生能源為主(占90%)，但未來清潔能源使用量上升是大勢所趨。根據2007年世界綜合能量流動圖，世界交通94%依賴石油。而交通在能量消耗中占據相當比重，在大多數國家占將近1/3。發電站能量轉化效率(60%)遠高於內燃機(20%)。電動車若廣泛推向市場，以汽車能耗體量，將引發能源結構革命，對全球能源可持續利用與環保意義深遠。
Model 3普及化加速汽車電動化新征程。目前汽車市場仍以傳統的內燃機驅動汽車為主，電動汽車份額低於10%。但是，電動化技術路線已較為成熟，且特斯拉並不執著於打造類似蘋果的閉環，其技術大範圍複製推廣或可擁有較為廣闊的未來。最新主推產品Model 3主打「低價+大眾化」，推出後預定量達37.3萬輛，7倍其2015年總銷量。我們看好特斯拉系列產品帶來的大眾普及化趨勢，並將加速汽車電動化新征程。
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1.2. 人工智慧催生汽車智能化跨時代投資機遇
AlphaGo戰勝李世石引發全世界範圍內對於人工智慧的關注。隨著基礎計算設施、深度學習算法、大數據等技術持續突破，人工智慧發展瓶頸逐漸解決，產業進入第三次黃金髮展期。谷歌CEO施密特多次表示，下一個時代是人工智慧時代。汽車智能技術興起晚於電動化，但未來同樣前景廣闊。
人工智慧技術演進將推動汽車兩大變革方向：無人駕駛+車聯網。一方面，特斯拉向傳統汽車注入網際網路基因，通過全球7萬多輛特斯拉自動駕駛大數據，基於「深度學習」與「空中升級」，不斷優化機器自動駕駛技術，最終實現「無人駕駛」。駕駛人從方向盤中解放出來，車載工作、娛樂系統前景無限廣闊。另一方面，智能化將顛覆車載系統的生態格局，未來將有越來越多的「汽車+網際網路」應用出現。
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目前無人駕駛領域特斯拉處於技術領先階段，感知、判斷、執行是無人駕駛的三大重要環節，圖形技術是無人駕駛的核心技術。同時，網際網路時代，汽車也將充分融入，車機互聯將成趨勢，也將帶動相關晶片、語音識別等技術發展。
1.3. 特斯拉國產化預期發酵，主題熱點紛呈
特斯拉在華銷量低於預期，國產化預期發酵。特斯拉2014年全球銷售31655輛，在華銷售2499輛，占比為7.9%，2015年特斯拉在全球銷量為50，000輛左右，中國銷售5，000輛左右，此前預計在中國銷量為10，000輛，實際僅完成了目標的50%，大幅低於預期。特斯拉在華銷售僅能享受免牌照的優惠，相比於國內電動車的免購置稅和補貼，對客戶吸引力較小。
國產化趨勢將有效降低成本，有望打開銷量空間。特斯拉如果效仿國內合資品牌建設合資廠商，國內生產的特斯拉將享受包括補貼、牌照、購置稅等一系列優惠政策，即使不能納入補貼車型，僅進口關稅27%和購置稅10%兩項費用的減免也非常可觀，同時零部件國產化將降低總體成本。特斯拉Model 3定價更適合中國市場，在華銷量值得期待。Model 3的競爭車型奔馳C級、奧迪A4等在華年銷量總計為30萬輛左右，我們認為隨著特斯拉充充電接口與新國標統一後，特斯拉在華銷量值得期待，按照10%的滲透率計算，年銷量可達3萬輛。
2. 電動化：特斯拉電池、BMS和電機引領行業趨勢
2.1. 特斯拉電池引領高鎳NCM和NCA電池大潮流
2.1.1. 特斯拉電池經歷三個階段，主要採用鎳鈷鋁
特斯拉汽車到目前為止一直採用松下電池，主要經歷以下三個階段：(1)Roadster主要採用鈷酸鋰18650電池。(2)Model S採用鎳鈷鋁18650電池，核心是提高了循環壽命。早期的Model S採用2.9AH的18650電池，後期改進為3.1AH的電池，而同期國內主流的新能源汽車三元18650電池為2.2-2.6AH，差距較大。(3)Model 3採用鎳鈷鋁20700電池，同時採用矽炭負極。Model 3電池的直徑由18mm改進為20mm，提高比例為10%，高度由65mm提高為70mm，提高比例為7.6%，最終體積提高了33%，同時負極石墨材料中加入了10%的矽，待超級電池工廠大規模量量產後，單體能量密度可達343 Wh/kg，電芯容量可達6.2AH，相對於以前的18650電池3.1AH容量，整整提高了一倍。
從Model S之後，特斯拉一直鍾情能量密度最高的鎳鈷鋁(NCA)電池。目前主流的鋰電池正極材料有鈷酸鋰、鎳鈷猛(NCM)、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋁(NCA)。汽車動力電池解決方案一般有三種：磷酸鐵鋰、NCM和NCA，磷酸鐵鋰安全性較好，但是能量密度較低，目前我國客車上主要使用磷酸鐵鋰電池，NCM能量密度較高，但是安全性較差，需要良好的控制技術，乘用車使用NCM較多，NCA能量密度最高，技術含量也最高，目前我國尚不能批量生產鎳鈷鋁電池能力，全球範圍大規模使用NCA整車廠僅有特斯拉。
2.1.2. 電池成本占比60%，是未來特斯拉成本下降的主要源頭
特斯拉的電池成本主要分為三個階段，目前電池成本占比接近60%，未來投資50億美金的超級電池工廠投產，成本有望下降30%以上。
第一個階段為2013年以前，18650電芯價格較低僅為$2，但是BMS和PACK成本較高，電池成本占比為57%。此前松下一直為特斯拉的電池獨家供應商，提供的電池為18650的NCA電池，單個電芯為3.1Ah，能量為11.47Wh，單價為$2左右，預計該價格為松下搶占市場而有意放低的價格。以85kwh的Model S為例，採用7263顆電芯，電池成本為$15246，特斯拉公告的BMS和PACK成本為$20000，總電池成本為$35246，2013年特斯拉年報顯示其毛利為22.5%，車子售價為$79900，其成本為$79900 × (1 - 22.5%)= $61923，電池成本占比為$35246/ $61923=57%。
第二階段為2013年至特斯拉的超級電池工廠Gigafactor投產前，受商業因素的而影響，電芯單體價格大幅上升為$3.5，得益於BMS和PACK成本下降，電池成本占比為59%。2013年10月30號特斯拉與松下簽訂了高達70億美元合同，此時18650NCA電芯的價格上漲到了$3.5，漲幅高達75%，同樣85kwh的7263顆電芯成本為7263×3.5=$26680，但是特斯拉單獨出售的電池包價格和年報顯示的毛利卻沒有太大的變化，估測BMS+PACK成本已經大幅降低為$10000，因為BMS和PACK主要成本為設計費，本身的電子元器件和製造成本很低，整個電池包的成本為$26680+$10000=$36680，成本占比為$36680/ $61923=59%。
第三階段為超級電池工廠建成之後(2017~)，電池成本下降30%以上。預計20700單體價格為$3.3，摺合0.14美元/w。由於Model 3電芯數量較少且容量較少，預計Model 3 BMS+PACK成本為$2880左右，綜合電池包成本為$6960，電池包成本占比29%。
2.1.3. 高鎳NCM和NCA電池大勢所趨
Ni的含量越高，對應比容量越高，NCM811和NCA比容量最高。NCM分子中，Mn只起到穩定結構的作用，並不參與電化學反應，主要通過Ni和Co的價態變化來實現鋰離子(Li+ )脫嵌過程中的電荷平衡。Ni存在Ni 2+ 到Ni 3+ ，以及Ni 3+ 到Ni 4+ 兩個氧化過程，Co只存在Co 3+ 到Co 4+ 的氧化過程。且Ni的氧化還原電壓平台較低。所以Ni元素含量的高低是決定多元材料容量的主要因素。NCM811中Ni含量為35.6%，比容量要比NCM111高出29.3%，NCA中Ni含量為47.5%，比容量比NCM111提高30.5%。
正極材料是電池能量的短板，提高正極材料比容量是提高電池能量密度的最佳方式，未來高比容量的NCA和高鎳NCM是大勢所趨。正極材料的比容量一般為100-200mAh/g，而石墨負極材料的比容量高達400mAh/g，所以電池中負極和電解液等一般採用冗餘配置，電池的最終能量密度由正極材料決定。採用高容量的正極材料，能夠帶來負極、隔膜、電解液用量的大幅減少，電池最終能量密度的提升幅度遠大於正極材料比容量提高的幅度。所以採用高容量的正極材料對於減輕電池重量，提高電動車的續航性能具有重要意義。
NCA中Ni含量最高，技術壁壘高，產能主要集中在日韓，我國量產較少。2014年全球NCA產量為1.45萬噸，占所有正極材料8.9%左右，2015年NCA產量為2.3萬噸，占比為10.3%。目前NCA主要供應商有日本化學產業株式會社、戶田化學(Toda)和住友金屬(Sumitomo)，韓國的Ecopro和GSEM也有少量產品銷售，2015年我國NCA供應量不到2000噸，而同期三元材料為3萬噸，NCA產量比例明顯低於國際水平。NCA正極材料技術壁壘高，工藝難度大，量產NCA電池難度也非常大，所以目前我國NCA正極材料及電池規模都非常小，目前僅有寧波金和能量產NCA正極材料。
特斯拉2015年銷量為5萬輛，折算 NCA正極材料6400噸，占全球NCA產量27.4%。2015年全球銷量為5萬輛左右，主要以85度電的Model S為主，共需要電池425萬kwh，每kwh需要NCA正極材料約1.5kg，僅特斯拉就消耗NCA正極材料6400噸，占全球NCA產量比例高達27.4%，特斯拉有力的推動了NCA電池市場。
我國企業正在逐步攻克NCA和高鎳NCM技術，未來有望進入特斯拉產業鏈。如：寧波金和鋰電正極材料已獲得三星SDI、LGC、ATL等大客戶認可，並已建立長期戰略合作關係。當升科技新建4000噸NCM811產線，中和股份新建NCA產線等，未來隨產線的逐步投產，我國正極材料企業有望進入特斯拉供應鏈。
2.2. NCM和NCA電池對BMS要求更高，看好專業三方公司
2.2.1. 特斯拉採用小型電池+優秀BMS的方案
特斯拉採用小型電池+優秀BMS的方案。小型電池工藝成熟，積累了過去15年消費電池的成熟技術，同時消費電池能量較高、成本較低，將眾多(7000多個)的小電池單體組成電池組，將會大幅增加電池單體之間的不一致性，導致單體溫度、電荷、電壓出現不平衡現象，引起個別電池過充、過放，從而降低電池組壽命以及安全性。特斯採用了優秀的BMS和PACK技術來解決小型電池的缺點。
電池PACK採用多級串並聯組成。其中每69節並聯一組為電池磚(brick)，再將9組串聯一層為電池片(sheet)，最後串聯堆疊11層構成構成電池PACK。
2.2.2. 電池檢測實驗室：源頭增加鋰電池單體一致性
源頭的篩選提高電池的一致性。因標準18650電池單體容量較小(約10.4wh)，Tesla Model S 85kWh版電動汽車需要7263顆電池單體。如此眾多的電池單體所組成電池組，會大幅增加單體之間的不一致性，容易導致個別單體過充、過放並產生靜電反應從而降低電池組壽命並產生安全隱患，從而對單體的一致性檢測提出極高的要求。Tesla擁有一個獨立的鋰電池監測實驗室並依據鋰電池單體化學性能、形狀係數建立了一個完備的數據信息中心，通過這個實驗室以及數據中心將電池供應商Sanyo所提供的18650電池進行嚴格的性能測試以及一致性篩選，主要關注指標包括：單體容量大小，儲能持久性、功率輸出大小、電壓上下限等。其中一致性、安全性較好的電池作為電池組備用電池，從而在根本上保證電池組功率傳導的穩定性以及持久性。
2.2.3. 電荷平衡系統：有效排除18650故障單體
特斯拉自主研發優秀的均衡技術。為此Tesla自主研發單體電荷平衡系統，可有效排除故障單體，保證整車安全性能。Tesla電池組尾部安裝有印刷電路板，內置眾多電源開關，每個電源開關一端連接某個18650電池單體，另一端連接一個中型的集電器(單體電荷監控器)。當電池組中某一電池因過充、過放、溫度過高導致電量與其他電池不同時，集電器就會將能量在電池之間進行相互轉移，防止其電壓超過安全範圍而產生異變。而當該電池真的產生異變時，電子集成器將控制電路板上相對應的電源開關彈開，從而將此電池單體隔離，避免產生靜電反應而引起爆炸。
2.2.4. 主動溫度管理系統：提升整車安全性能
電池組智能溫度監測系統。電動汽車安全性能主要體現在對電池組溫度以及電流的控制上，尤其對於大容量的電池模組，當電池組過充、過放、碰撞以及運行過程中電池過度發熱都會引發電池組溫度過高而引發爆炸。Tesla汽車電池組中的每一個電池單體都連接著一個熱敏電阻以及一系列的光導纖維，同時將熱敏電阻連接到電池監控器，將光導纖維連接到光敏感應器。當某個電池單體溫度超過安全標準時，熱敏電阻將產生一個電信號傳達至電池監控器以便啟動電池冷凝系統保證電池安全性能。當電池發生熱逃逸等現象時，將影響光導纖維中光束的傳輸，進而刺雷射敏感應器發出相應信號進行熱度調節。而當汽車發生劇烈碰撞時，電池組與電機的能量傳輸路徑將被立即阻斷，電池組外保護層將保護電池組免受碰撞影響，從而避免發生劇烈爆炸。
電池組液體冷凝系統-實時溫度控制系統。Tesla自主研發的機體液體冷凝系統為雙模式冷卻系統，其中第一層冷卻迴路專門為電池組降溫，電池迴路將電池組與冷卻泵相連接，迴路中充滿了冷卻劑，且延伸多個冷卻管覆蓋至每個電池單體，「冷卻液」呈綠色，由50%的水和50%的乙二醇混合而成。第一層冷卻迴路將控熱系統，通風設備以及其他散熱裝置與電池組熱量管理系統連接起來，從而保證每個電池單體溫度低於其安全值以下，保證其散熱性以及安全性能。第二層冷卻迴路包括第二冷卻儲液罐並與至少一個轉動部件進行熱交換，並立於第一個冷卻迴路，保證電池組冷卻系統的獨立性。
良好的電池管理系統為電池循環壽命提供了保障。Tesla公司承諾為Tesla Model S電池組提供8年或是10萬英里的質量保證，其汽車其他部件提供4年或是5萬英里的質量保證。以早期的Roadster為例，電池組內各單體電池的溫度差異控制在±2°C內。2013年6月的一份報告顯示，在行駛10萬英里後，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%~85%，而且容量衰減只與行駛里程數明顯相關，而與環境溫度、車齡關係不明顯。可見特斯拉電池管理系統的水平。
2.2.5. 目前國內專業三方BMS公司技術占優，看好其發展前景
NCM和NCA電池對BMS要求更高。電池能量密度更高，但是安全性能稍遜，對電池管理系統要求更高。且一般單體容量較小，以18650電池為例，其單體容量為8-10w，特斯拉電池包有7000多個單體電芯，其BMS難度不言而喻。磷酸鐵鋰電池的單體容量高，以CATL方形為例，其三元電池容量為6~42AH，而磷酸鐵鋰電池為50~200AH，單體容量大，同樣容量的電池包單體數量則越少，BMS技術難度自然降低了不少。
特斯拉一直將BMS視為核心技術，我國整車和電芯企業企業從事BMS技術研發時間較短，當前階段專業第三方BMS技術占優。目前國內從事BMS和PACK主要有電芯廠、整車廠和專業第三方公司。我們認為BMS具有很強的技術壁壘，且核心技術在於軟體和算法，而PACK需要與整車廠密切合作，具備較強定製屬性。我國電芯類的公司從事BMS技術研發時間較短，且BMS軟體技術開發與電芯的電化學工藝存在較大差異，在當前階段電芯公司的核心競爭力在於利用規模化生產降低成本，並提供高度標準一致的產品，與PACK行業定製屬性存在較大差異。整車也大多是從傳統的燃油車企業轉向電動車，對BMS也缺乏經驗。我國專業第三方BMS公司積累的經驗最為豐富，所以在一定時間內，我們看好專業第三方公司的發展，長期來看我們認為整車企業也將掌握BMS技術但不一定會自己生產，專業的BMS公司將和電芯企業一起為整車企業服務。
2.3. 鑄銅轉子感應電機，特斯拉的獨門絕技
電動機相對於傳統燃油發動機有巨大優勢，這種巨大優勢造就了特斯拉的驚人性能。電動機的輸出扭矩可以在大範圍調整，可以始終維持大馬力狀態，以特斯拉電機為例，轉速可達13000轉，不需要變速箱(裝有固定減速比為9.3的減速器)，這一優點是大多數內燃機無法匹敵。特斯拉電動車作為新生事物，誕生之初就能在3秒內加速至100公里/小時的速度，達到了很多超級跑車的水平。
有別於永磁電機和鋁轉子感應電機，特斯拉電機採用鑄銅轉子感應電機。目前電動車普遍選用永磁電機，原因在於永磁電機不需要無功功率形成勵磁，電機效率較高，通常能夠比感應電機節能20%左右。但感應電機結構更為簡單，無需電刷、換向器等結構，可靠性更好。特斯拉通過採用鑄銅轉子替代鑄鋁轉子，降低了內阻，實現了感應電機效率和功率密度的大幅提升，達到接近永磁電機的水準，使得感應電機可靠性好、溫度特性好的優勢發揮出來。
富田電機是特斯拉唯一的電機供應商，與富田合作更有利於打入特斯拉供應鏈。富田電機自特斯拉生產Roadster時就開始供應感應電機，也是目前特斯拉正在量產的Model S、Model X的電機供應商。若其他廠商希望進入特斯拉的供應鏈，與富田電機進行相關合作是較好的方法，可以通過如合作建廠、技術授權、股權交換等等方式來實現合作。特斯拉單電機售價約2000美金(Model S)，Model 3電機售價預計在1500美金左右，Model 3配有2個電機，若Model 3年產50萬輛，僅Model 3的電機需求可達15億美金。
只要攻克鑄銅轉子的核心技術，就有機會進入特斯拉電機轉子採購體系。感應電機作為一種很成熟的產品，在工業領域有極其廣泛的應用，而特斯拉感應電機的核心技術之一在於鑄銅轉子。鑄銅轉子在澆築過程中熔點更高，同時容易出現氣泡，澆築成型的難度比較大。預計鑄銅轉子占電機總成本30%以上，預計售價在300-500美金，遠高於普通轉子，如果企業能夠突破鑄銅轉子工藝技術，未來就有機會進入特斯拉供應鏈。
電控系統是決定新能源汽車的控制和運行，是驅動系統的大腦。電機控制系統主要由逆變器(主要部件為IGBT功率模塊)、逆變驅動器、電源模塊、中央控制模塊、軟啟動模塊、保護模塊、散熱系統信號檢測模塊等組成，能夠實現對充放電速率、電壓等級、電機的每分鐘轉數(RPM)、轉矩和再生制動系統等。
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