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快充行业 - 陶瓷球
金融民工1990
长线持有
2024-05-08 21:36:58

会议要点

1、陶瓷球轴承在新能源车快充行业中的应用与前景

· 陶瓷球轴承作为高速电机中的核心旋转体,因其抗冲击性、疲劳强度及耐腐蚀性、耐绝缘性,适用于新能源车电压平台升级至800伏快充技术。

· 特斯拉已开始应用陶瓷球轴承,其他车企也在跟进测试,预示着陶瓷球轴承在新能源车中的技术迭代和应用前景。

· 陶瓷球产业链主要由海外企业主导,国产企业正加速推进国产替代,关注国内企业在陶瓷球轴承国产化进程中的替代进度。

2、陶瓷球轴承的技术优势与市场空间

· 陶瓷球轴承相较于传统轴承,在加工精度、锻炼韧性、表面质量、疲劳寿命等方面表现更佳,存在一定的加工壁垒。

· 陶瓷球成本略高于传统钢制球,目前产业链由海外企业如斯坦福公司主导,国产替代化率不高,市场处于早期推进阶段。

· 预计到2027年,全球新能源领域陶瓷球市场空间约36亿元,2024年至2027年的复合年增长率约为115%。

3、产业链分析与国产化进程

· 陶瓷球产业链分为陶瓷材料(粉体)、陶瓷球制品和陶瓷球轴承三个环节,目前以日本和欧美企业为主导。

· 国内高品质氮化硅粉体供给量少,国内企业如中财、立新等主要通过海外进口粉体后加工陶瓷球制品。

· 国内企业在陶瓷球轴承领域规模较小,但已有公司产品达到车用等级要求,国产化降本过程中存在进度风险。

4、竞争格局与主要企业情况

· 主流整车厂目前主要使用混合陶瓷轴承,国内企业如立新、中材高新、国瓷材料等在陶瓷球制品领域有所突破。

· 海外公司如日本精工、美国诺顿在陶瓷球表面加工方面具有优势,国内企业在粉体制备和加工上还需进一步提升。

5、产业发展趋势与投资价值

· 陶瓷球轴承因其耐高温、耐腐蚀、抗冲击等特性,在800伏高电压平台的电动车中具有更好的应用前景。

· 随着成本下降和更多车型适配,陶瓷球轴承在新能源车中的应用份额有望提升,产业趋势性强,具有投资价值。

1、快充技术下的陶瓷球轴承前景

· 陶瓷球实际上是高速电机中的一个关键组件,主要是陶瓷球轴承的核心滚动体。陶瓷球轴承主要应用于以电机为主的零部件总成中。

· 我们之所以关注陶瓷球,是因为在新能源汽车电压平台向800伏快充技术升级的背景下,整车尤其是电机为代表的三电系统的转速正在逐渐提升。随着电机高速化,对电机内部旋转轴体的抗冲击性、疲劳强度以及耐腐蚀性和绝缘性提出了更高的要求。

· 目前,特斯拉已经开始应用陶瓷球轴承,许多车企也在进行高速电机方案的测试验证。应用陶瓷球轴承的高速电机在新能源车使用电压平台越来越高的背景下,有望成为技术迭代的方案。

· 陶瓷球产业链主要由海外企业主导,国产企业正在加速推进国产替代。我们关注主流车企使用陶瓷球轴承产品的测试验证进度,以及国内企业在陶瓷球轴承国产化替代进程中的进展。我们认为这一技术方向具有前景,值得在产业后期持续跟踪。

· 陶瓷球轴承产品的主要变化来源于轴承中的滚动体。轴承作为工业核心基础零部件,其性能在高速化电机背景下对陶瓷球提出了更高要求。陶瓷球轴承通过替换传统轴承中的钢制球,提升了加工精度、韧性、表面质量和疲劳寿命等评价指标。由于陶瓷材料的硬度和耐磨耐腐蚀特性,陶瓷球轴承存在一定的加工壁垒,导致其成本略高于传统钢制球轴承。

· 目前,陶瓷球产业链由海外企业如斯坦福公司主导,国产替代化率尚处于起步阶段。在一定规模的产业化阶段,陶瓷球轴承仍处于早期推进阶段,值得后期持续关注和跟进。

· 我们对市场的假设是,在新能源车型中,800伏车型将陶瓷球设置为标配。预计到2027年,全球新能源领域陶瓷球市场空间约为36亿元,2024年至2027年的复合年增长率约为115%。随着陶瓷球轴承成本的下降,未来可能在600伏、400伏等更多车型中适配,但目前市场空间测算仍基于800伏车型的标配场景。整体来看,这是一个小而精、精而美的市场,我们对其未来几年的年化增速持积极预期。

2、快充行业陶瓷球产业现状与前景

· 当前,陶瓷球产业的供应链情况显示,国外在陶瓷球研究方面起步早于国内,最初主要应用于军事和航空领域,随后逐步扩展至大型自动化工业机床。近年来,陶瓷球开始在新能源行业中得到应用。

· 陶瓷球产业链主要分为三个环节:首先是陶瓷球的材料,即陶瓷粉体;其次是陶瓷球制品;最后是陶瓷球轴承。陶瓷球轴承之后,进一步应用于高速电机,再延伸至整车制造。目前,陶瓷球轴承环节主要由日本和欧美企业主导。

· 在陶瓷球材料环节,主要使用的原材料是氮化硅。国内高品质的氮化硅供给量相对较少,国内企业如中财、立新等主要依赖进口海外粉体,然后进行陶瓷球制品的加工。国内高端碳化硅陶瓷球有9%依赖进口,导致陶瓷球的国产化率较低。然而,随着国产化进程的推进,特别是在球体加工方面的突破,以及快充产业的增长前景,国内产业展现出良好的发展潜力和投资价值。

· 我们对陶瓷球产业链的研究观点如下:首先,看好陶瓷球产业在快充产业趋势下的发展前景;其次,国内产业正积极从粉体到陶瓷球制品,再到陶瓷球轴承的国产化进程。接下来,我们将探讨陶瓷轴承作为核心零部件的性能优势、生产工艺和壁垒;在800伏趋势下,陶瓷球的应用必要性和市场空间;以及陶瓷球的竞争格局和主要企业情况。我们将重点讨论这三个方面的问题,首先关注轴承环节的耐高温、耐腐蚀和抗冲击等典型工况。

3、快充行业陶瓷球轴承应用前景

· 目前,主流电动车的电机转速普遍在12000至15000转之间,而随着电压提升至800伏,电机转速有望突破15000转,甚至达到16000至18000转。特斯拉考虑到整车电子电器设计方案中采用的大电流设计,因此引入了陶瓷球轴承。陶瓷球轴承在接触应力、最大温升和轴承寿命方面均优于钢制球轴承,性能指标提升约30%。

· 陶瓷球轴承根据材料构成可分为全陶瓷和混合陶瓷两种。全陶瓷轴承的滚动体和轴瓦均为陶瓷材料,而混合陶瓷轴承则是滚动体为陶瓷,套圈为钢制。从结构类型来看,主要分为滚动轴承和滑动轴承,目前电动车电机主要采用滚动轴承,因其摩擦系数低、传动效率高。

· 目前整车厂主要采用混合陶瓷轴承方案,其中滚动体材质为陶瓷,轴瓦和套圈为钢制。陶瓷球轴承的关键零部件包括陶瓷球本身以及高温塑料制成的宝石价。陶瓷球轴承在耐腐蚀性和耐高温性能上表现亮眼。

· 陶瓷球轴承的加工难度较高,主要材料为氮化硅,也有使用氧化锆的。氮化硅硬度高但韧性不足,加工过程中若表面均匀性和精度不足,易导致局部剥落和滚动体失效。国内高品质氮化硅粉体供给有限,大多依赖进口。陶瓷球的加工包括粉体制备、成型、烧结、表面处理和精细加工等环节,其中粉体制备和成型烧结是核心难点。

· 评价陶瓷球轴承的优劣主要依据加工精度、断裂韧性、表面质量和疲劳寿命等指标。陶瓷球轴承的加工难度、成本和时间均高于钢制球轴承,主要难点在于粉体制备和加工环节。

· 随着800伏电压平台的应用,陶瓷球轴承的应用前景和导入速度有望加快。驱动电机通常在两端各装有一个轴承,用于固定和承受轴向力。

4、快充行业陶瓷球轴承的应用与前景

· 在新能源汽车领域,电机轴承的用量相当于传统汽车的两倍。新能源汽车的核心要素是高转速,与传统燃油车相比,电动车在加速和减速过程中对响应速度的要求极高,这对电机及其轴承提出了更高的要求。高速运转和大负载要求轴承具有长寿命、低摩擦、低噪音以及高耐磨和耐疲劳性。目前,800伏电压平台的电动车型逐渐增多,自2023年下半年以来,已有45款以上车型采用800伏电气架构。宁德时代等电池厂商也在推动大电流快充电池的发展,这进一步确定了高速化作为产业趋势。

· 在800伏电压平台下,陶瓷轴承面临性能指标和绝缘性要求的提升。电压等级的提高可能导致轴承电腐蚀问题加剧,因此考虑将钢制滚动体更换为陶瓷球,理论上可以解决电腐蚀问题,从而显著提升轴承的寿命和可靠性。陶瓷材料是解决这一问题的理想方案。

· 陶瓷球轴承在高速运转下发热较少,且在高电压工作环境下,其绝缘性能可以有效防止电腐蚀,提升轴承的可靠性和寿命。特斯拉在其Model S电机中采用了氮化硅陶瓷球轴承,而国内车企如上汽、小米和华为等也在其高速电机中开始使用陶瓷球轴承,这一趋势正在形成。

· 市场空间方面,考虑到800伏高电压平台的渗透率,预计到2027年,快充行业的市场空间将达到约36亿,未来四年的年复合增长率将超过100%。尽管在400伏或600伏电压架构中,16000转以上的高速电机并非必须使用陶瓷球轴承,但目前800伏车型的电机功率普遍趋向于16000转以上,预计随着陶瓷球成本的降低,其在低电压平台的应用也将增加。

5、快充行业陶瓷球产业现状

· 当前快充行业主要由海外市场主导。最初,该技术主要应用于航空航天和军工产业。相较于欧美国家在20世纪60年代的起步,中国在20世纪80至90年代才开始进行项目研发,2000年后逐步进入商业化生产阶段。目前,快充技术已从最初的航天军工领域扩展到新能源汽车和风电等新能源场景。

· 在产业链中,陶瓷球轴承产业的关键环节包括粉体陶瓷球和陶瓷球轴承的生产。目前,市场主要依赖海外进口,尤其是日本。尽管国内有企业涉足,但供给比例较小,进口占比约80%至90%。粉体陶瓷球的生产在加工上具有挑战性,尤其是高端、轻量化产品,目前也主要依赖进口。然而,近年来国内已有企业生产的陶瓷球制品达到车用等级标准,并在某些领域取得突破。

· 国内规模较大的企业,如立新、中材高新、国瓷材料等,正在积极参与陶瓷球轴承的研发和生产。海外公司在这一领域的发展更为成熟,而国内企业则在尝试追赶。例如,洛阳周工厂和上海泛联等公司虽然规模较小,但已经开始涉足陶瓷球轴承的生产。特斯拉等企业目前直接采用斯凯福等海外公司的陶瓷轴承产品。

· 在粉体陶瓷球领域,日本企业占据优势,而国内企业如磁星在规模上有所提升。陶瓷球生产分为专注制品和粉体一体化两种模式,中财高新公司材料是一体化生产的代表,而立新等传统钢球企业则更注重材料加工能力。

· 海外公司如日本精工和美国诺顿在陶瓷球表面加工方面表现优异。国内企业在替代进口产品方面正加快步伐,尤其是在制造环节。预计擅长制造的公司在产业化初期将更快地满足下游轴承公司和整车公司的性能需求。

· 目前,国内企业在陶瓷球领域的应用份额有望逐步提升,尤其是在新能源车市场中。海外公司在轴承领域具有更强的竞争力,如斯凯福舍不勒等。国内企业在制造环节具有优势,预计在国产化进程中将展现出成本竞争力。随着产品性能的提升,国内企业有望在快充产业中取得更多关注。

· 我们将继续关注相关企业在车企中的陶瓷球产品导入进度,并评估国产化降本过程中的进度风险。在电动化和快充产业背景下,我们看好国内制品公司的发展,其次是粉体公司。

 


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