線束：架構(gòu)革新縮短線束長度，輕量化為車廠降本提效關(guān)鍵
車結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，功能日益多樣，導(dǎo)致線束長度與復(fù)雜度提升。線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，其連接車上的各個(gè)組件，負(fù)責(zé)相關(guān)電力與電信號(hào)的傳輸，被譽(yù)為“汽車神經(jīng)”。汽車智能化與電氣化程度的提升，依賴于汽車傳感器、ECU（電子控制單元）數(shù)量的增加， 90 年代一輛車的 ECU 數(shù)量大約為十幾個(gè)，而目前單車 ECU 數(shù)量已增至上百個(gè)?？刂茊卧臄?shù)量的增加使得網(wǎng)線結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，大大增加了車輛中的線束長度。
圖1：汽車電氣架構(gòu)變化趨勢(shì)
資料來源：安波福
降低線束復(fù)雜程度，依賴電子電氣架構(gòu)的革新。根據(jù)博世的電子電氣架構(gòu)戰(zhàn)略圖，汽車的電子電氣架構(gòu)主要分為三大類：分布式電子電氣架構(gòu)、域集中式電子電氣架構(gòu)與車輛集中式電子電氣架構(gòu)。傳統(tǒng)汽車主要采用分布式架構(gòu)，該架構(gòu)由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的 ECU 組成，各個(gè) ECU 與功能一一對(duì)應(yīng)。而線束則負(fù)責(zé)將不同的 ECU 進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)信息的交互。因此在傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)下，ECU 模塊數(shù)量的增多與分散化的布局，不可避免地會(huì)導(dǎo)致線束長度的增加，提高制造成本。目前傳統(tǒng)分布式架構(gòu)汽車的線束長度大約為 5km。
圖2：博世電子電氣架構(gòu)演進(jìn)圖
資料來源：智駕最前沿微信公眾號(hào)
特斯拉早期的 Model S 與 Model X 對(duì)架構(gòu)進(jìn)行改革，根據(jù)功能劃分域控制器，整體架構(gòu)介于分布式和域集中式之間。Model S 與 Model X 車內(nèi)僅由駕駛域、動(dòng)力域、底盤域、座艙域、車身域等域控制器構(gòu)成，因此極大減少 ECU 的數(shù)量并同步縮短了 CAN 總線的長度，Model S 線束長度約為 3km。
而 Model 3 對(duì)“域”進(jìn)行重新劃分，在 Model S 與 Model X 的基礎(chǔ)上進(jìn)行跨域融合。各個(gè) ECU 不再按功能進(jìn)行劃分，而是以物理位置直接分為 CCM（中央處理模塊）、BCM LH（左車身控制模塊，LBCM）、FBCM（前車身控制模塊）、BCM RH（右車身控制模塊， RBCM）四大部分。CCM 負(fù)責(zé)原本駕駛域與座艙域的功能需求，包括自動(dòng)駕駛模塊、信息娛樂模塊、車內(nèi)外通信連接等；BCM LH 負(fù)責(zé)左側(cè)車身轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、穩(wěn)定控制等；FBCM 負(fù)責(zé)電源分配、邏輯控制等；BCM RH 負(fù)責(zé)動(dòng)力系統(tǒng)、熱管理等。利用少量的高性能計(jì)算單元替代分散的 ECU，把需要實(shí)現(xiàn)的功能通過軟件遷移到幾大模塊中，從而進(jìn)一步提升集成度，因此，Model 3 的線束長度進(jìn)一步縮短到 1.5km。
圖3：Model 3 左、前、右車身控制模塊
資料來源：中城康帕斯科技發(fā)展(深圳)有限公司，中信證券研究部
縮短線束長度是提升產(chǎn)品續(xù)航與制造效率的共同需求。傳統(tǒng)汽車線束的重量約占整車的 5%，長度的縮短能夠?yàn)槠囋O(shè)計(jì)讓出更多的物理空間，并能減輕汽車總重從而減少油耗提升續(xù)航。同時(shí)，線束種類多樣、布局復(fù)雜且質(zhì)地較軟，因此線束的生產(chǎn)與安裝都主要依賴于人工。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)，95%的線束需要人工生產(chǎn)，線束低自動(dòng)化的生產(chǎn)模式限制了車廠進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能。針對(duì)這一問題，Model 3 通過革新架構(gòu)縮短線束長度，減少其對(duì)產(chǎn)能提升的阻滯。
表1：汽車線束主要線束產(chǎn)品及基本功能
資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，中信證券研究部
圖4：BCM RH（右車身控制模塊）周圍線束展示
資料來源：中城康帕斯科技發(fā)展(深圳)有限公司，中信證券研究部
圖5：部分低壓線束展示
資料來源：中城康帕斯科技發(fā)展(深圳)有限公司，中信證券研究部
除了架構(gòu)調(diào)整縮短線束長度，拆解發(fā)現(xiàn)，Model 3 在高壓線束中采用鋁導(dǎo)線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅導(dǎo)線，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化。鋁與銅的密度分別為 2.7kg/m3、8.9 kg/m3，且鋁料的成本較銅便宜一半以上。即使考慮鋁在導(dǎo)電性能上的劣勢(shì)，增大線徑的鋁導(dǎo)線（增大約 1.6 倍） 依舊可以進(jìn)一步減少車身重量（約 21%），降低制造成本。
圖6：Model 3 高壓鋁材質(zhì)導(dǎo)線及其結(jié)構(gòu)圖
資料來源：電動(dòng)知家
但使用鋁導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線也會(huì)面臨諸多問題，使得此前車廠不敢輕易嘗試高壓鋁導(dǎo)線。首先，鋁的導(dǎo)電率明顯低于銅如若要達(dá)到相同的導(dǎo)電性能，需要進(jìn)一步加大導(dǎo)線線徑；鋁 的抗拉強(qiáng)度更低，影響機(jī)械性能；鋁和銅在膨脹系數(shù)的差異，也會(huì)使得鋁導(dǎo)線與銅端子在 結(jié)合界面產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致阻抗的增加；鋁極易氧化，且絕緣的氧化鋁可能影響接觸性能。
雖然鋁導(dǎo)線在汽車領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，但基本都在低壓領(lǐng)域，Model 3 在高壓導(dǎo)線領(lǐng)域使用鋁導(dǎo)線，是其利用自身技術(shù)稟賦實(shí)現(xiàn)成本管理與技術(shù)提升的重要表現(xiàn)。
表2：鋁、銅各性能系數(shù)對(duì)比
資料來源：線束世界，中信證券研究部
圖7：Model 3 高壓線束展示
資料來源：中城康帕斯科技發(fā)展(深圳)有限公司，中信證券研究部
從行業(yè)看，線束行業(yè)的單車價(jià)值量相對(duì)穩(wěn)定，單價(jià)主要受車型的不同、項(xiàng)目定價(jià)的差異及結(jié)構(gòu)影響。在新車型和改款車型上市的初期，由于車輛的售價(jià)較高，相應(yīng)的零部件定價(jià)也相應(yīng)較高。而隨著推出時(shí)間的增長及新車型的推出，整車廠會(huì)對(duì)原有車型進(jìn)行降價(jià)， 同時(shí)也要求汽車零部件生產(chǎn)商降價(jià)，從而降低公司產(chǎn)品的銷售價(jià)格。根據(jù)滬光股份招股說明書，2019 年公司成套線束（構(gòu)成車身的主要線束組合，不包括發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的線束）、發(fā)動(dòng)機(jī)線束、其他線束單價(jià)分別為 1587 元/套、199 元/件、29 元/件。相同車型的線束單價(jià)相對(duì)穩(wěn)定，單價(jià)差異主要取決于車型的不同，2019 年，公司不同車型成套線束的單價(jià)普遍在 1000 到 3000 元之間。
表3：2019 年滬光股份成套線束主要項(xiàng)目銷售單價(jià)及毛利情況
資料來源：滬光股份招股說明書，汽車之家，中信證券研究部
Model 3 等新能源車發(fā)展方興未艾，量價(jià)提升打開線束行業(yè)成長空間。目前線束行業(yè)為存量市場，市場規(guī)模依賴下游汽車的銷售情況，汽車“新四化”趨勢(shì)下 2021 年我國汽車產(chǎn)銷量分別為 2608.2 萬輛與 2627.5 萬輛，結(jié)束了 2018 年以來連續(xù)三年的下降局面。同時(shí)，高壓線束的增量需求與輕量化趨勢(shì)提升單車價(jià)值量，行業(yè)空間進(jìn)一步打開。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)低、中、高端汽車的線束單車價(jià)值量約為 2500、3500、4500 元， 而新能源車線束單車價(jià)值平均提升至 5000 元左右。若以 3000 元的單車價(jià)值量計(jì)算，2021年線束市場規(guī)?？蛇_(dá) 782 億元。
從盈利上看，成本沖擊使得行業(yè)毛利率表現(xiàn)不佳。線束行業(yè)屬于勞動(dòng)密集型行業(yè)、產(chǎn)品成本受銅等原材料價(jià)格影響嚴(yán)重，因此行業(yè)內(nèi)公司毛利率較低。在人力成本與原料成本的負(fù)面沖擊下，近年來線束行業(yè)毛利率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
圖8：不同車型線束單車價(jià)值量分布（元）
資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，中信證券研究部
圖9：國內(nèi)線束廠商毛利率變化趨勢(shì)
資料來源：wind，中信證券研究部
而從格局上看，線束行業(yè)與整車廠商合作穩(wěn)定，市場集中度較高。汽車線束行業(yè)發(fā)展高度依賴汽車行業(yè)，大部分品牌車廠擁有較成熟穩(wěn)定的汽車配套體系。長期以來，對(duì)零部件的高標(biāo)準(zhǔn)要求使得線束供應(yīng)商與汽車企業(yè)的合作相對(duì)穩(wěn)定。目前，全球汽車線束市場主要由日本的矢崎、住友電氣、藤倉，韓國的欲羅、京信以及歐美的萊尼、安波福、科侖伯格舒伯特公司、德克斯米爾、李爾等線束廠商主導(dǎo)。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2018 年前五大廠商矢崎、住友電氣、德爾福、萊尼、李爾分別占比 29.81%、24.38%、16.71%、6.05%、4.70%，CR5 為 81.65%。
就國內(nèi)市場而言，大型自主品牌車廠大多擁有穩(wěn)定配套生產(chǎn)的本土線束廠，而外資以及合資整車廠，對(duì)線束的要求較高，選擇的線束廠家大多為國際零部件廠商在國內(nèi)的獨(dú)資或者合資廠商，例如住潤電裝主要為廣州本田、東風(fēng)本田配套。近年來，由于國際汽車廠商越發(fā)重視成本控制，汽車零部件的本土化采購日益加強(qiáng)，國內(nèi)廠商正逐步進(jìn)入國際汽車廠商的供應(yīng)鏈。
表4：汽車整車制造商對(duì)應(yīng)主要線束供應(yīng)商
資料來源：滬光股份招股說明書，中信證券研究部
連接器：電氣化催生增量應(yīng)用，設(shè)計(jì)革新持續(xù)優(yōu)化
連接器常在導(dǎo)線的兩段，同樣用于兩個(gè)有源器件之間的連接，其形式和結(jié)構(gòu)多樣，但通常由接觸件、絕緣件、殼體、附件組成。接觸件是連接器完成功能的核心零件，其通過陰、陽兩個(gè)接觸件的插合完成電連接；殼體是汽車連接器的外罩，提供機(jī)械保護(hù)與固定連接器的作用；絕緣體的作用是使接觸件按規(guī)定的位置和間距排列，并提供絕緣保護(hù)；附件可進(jìn)一步分為結(jié)構(gòu)附件和安裝附件，結(jié)構(gòu)附件包括卡圈、定位鍵、定位銷、導(dǎo)向銷、聯(lián)接環(huán)等，安裝附件包括螺釘、螺母、螺桿、彈簧圈等。按照性能及應(yīng)用場景的不同，車用連接器可以分為高速連接器、低壓連接器和高壓連接器。
表5：車用連接器種類及應(yīng)用場景
資料來源：智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)，中信證券研究部
高壓連接器是汽車電氣化背景下的關(guān)鍵組件。根據(jù)線束世界資料，一臺(tái)現(xiàn)代車輛包含的連接器數(shù)量多達(dá) 700 個(gè)。而在汽車電氣化趨勢(shì)下，車內(nèi) 60V 電壓以上的場景迅速增加。車輛的驅(qū)動(dòng)離不開高電壓大電流電路的驅(qū)動(dòng)，這為高壓連接器提供巨大的增量需求。拆解發(fā)現(xiàn)，Model 3 中的高壓連接器數(shù)量也線性增加，功能與形態(tài)也有相應(yīng)的變化。
圖10：高壓連接器在新能源整車系統(tǒng)中的應(yīng)用
資料來源：鼎通科技招股說明書
在高壓快充連接器上，Model 3 使用的是由 TE（泰科）定制的插片式高壓連接器 HC Stak 35，其作用是連接汽車電池與充電線束。插片結(jié)構(gòu)是特斯拉一貫的選擇，其能夠增加鋁導(dǎo)線的焊接選擇，與同等的圓柱式端子相比，其尺寸更小，載流更好（提升約 20%），能為電氣系統(tǒng)布局盡可能地節(jié)約空間。
圖11：Model 3 片式高壓快充連接器所在位置
資料來源：特斯拉官網(wǎng)-用戶手冊(cè)，中信證券研究部
圖12：插片式與圓柱式高壓連接器尺寸對(duì)比
資料來源：線束世界微信公眾號(hào)
從設(shè)計(jì)上看，HC Stak 35 的端子通過銅板（35mm 厚）與 35 片刀叉型端子連接，由于插座端的端子是由 35 片 DEFCON 端子疊加形成，所以其能類似積木一樣，根據(jù)不同端口的需求不同，通過改變疊片數(shù)量來構(gòu)成不同型號(hào)的連接器，這一模塊化設(shè)計(jì)方式能夠進(jìn)一步降低端子加工成本。HC Stak 35 搭配 95 mm2的高壓線束，能夠支持 Model 3 充電 15分鐘增加 279 公里的快速充電與長效續(xù)航。但插片式連接器同樣有其缺點(diǎn)，其不耐拔插， 插片容易變形導(dǎo)致正負(fù)極插片無法保持在同一水平面上。
圖13：多片疊加的刀叉型端子結(jié)構(gòu)示意圖
資料來源：線束世界微信公眾號(hào)，中信證券研究部
在動(dòng)力電池—電驅(qū)高壓線束的連接器上，Model 3 采用的是 TE 的 HC Stak 25。其結(jié)構(gòu)和功能與 HC Stak 35 類似，不同點(diǎn)在于尺寸的大小，可以看到，HC Stak 25 比 HC Stak 35 更小，因此 HC Stak 25 插座端的端子是 20 片 DEFCON 端子組成（HC Stak 35 為 35 片），不同的型號(hào)共用相同的連接器端子。連接器端子通過數(shù)量堆疊的變化能夠快速完成不同型號(hào)的組裝，這體現(xiàn)了連接器模塊化生產(chǎn)帶來的成本管控優(yōu)勢(shì)。
圖14：動(dòng)力電池-電驅(qū)高壓連接器所在位置
資料來源：特斯拉官網(wǎng)-用戶手冊(cè)，中信證券研究部
圖15：HC Stak 35（左）與 HC Stak 35（右）尺寸比較
資料來源：中城康帕斯科技發(fā)展(深圳)有限公司，中信證券研究部
材料方面，Model 3 連接器材料為尼龍塑料材料，但我們認(rèn)為金屬合金外殼的應(yīng)用未來會(huì)愈加普及。雖然金屬材料連接器相比尼龍材料的成本更高，但其強(qiáng)度更高，不會(huì)出現(xiàn)插件受力處開裂或沖擊后斷裂的情況；同時(shí)快充功能要求連接器短時(shí)間內(nèi)能夠耐受更高的電流，金屬材料的良導(dǎo)熱性有利于更好地進(jìn)行升溫控制，因此我們認(rèn)為，金屬外殼在未來的應(yīng)用中會(huì)愈加普及?？赡芤舱腔谝陨峡紤]，特斯拉的 Model Y 已將其高壓連接器外殼由塑料材料替換成金屬材料。
圖16：Model 3 材料高壓連接器外殼
資料來源：新能源高壓連接器聯(lián)盟，中信證券研究部
圖17：Model Y 鋁合金高壓連接器外殼
資料來源：新能源高壓連接器聯(lián)盟，中信證券研究部
從競爭格局來看，汽車是連接器最大應(yīng)用場景，行業(yè)競爭充分，海外龍頭積淀深厚。2020 年，汽車領(lǐng)域連接器規(guī)模占連接器總規(guī)模的 22%，是最大的連接器細(xì)分市場，電氣化與智能化趨勢(shì)有望進(jìn)一步提高汽車連接器市場空間。同時(shí)，行業(yè)內(nèi)廠商頭部化趨勢(shì)愈加明顯，1980 年全球前 10 大連接器供應(yīng)商的市場份額為 38.0%，而在 2019 年前十大供應(yīng)商的份額提升至 60.2%。2019 年全球前十大連接器廠商分別為泰科、安費(fèi)諾、莫仕、安波福、鴻海精密、立訊精密、矢崎、JAE、JST、羅森伯格。
圖18：2020 年全球連接器按應(yīng)用領(lǐng)域市占率
資料來源：Bishop & associates, Inc.，中信證券研究部
圖19：2019 年全球連接器廠商競爭格局
資料來源：Bishop & associates, Inc.，中信證券研究部
未來，新能源車的進(jìn)一步發(fā)展與放量有望推動(dòng)連接器需求數(shù)量延續(xù)高速增長態(tài)勢(shì)，但單價(jià)可能呈下降趨勢(shì)。以國內(nèi)連接器龍頭瑞可達(dá)為例，2019 年其新能源連接器營收同比下降 17.62%，主要為產(chǎn)品售價(jià)降低導(dǎo)致，當(dāng)年國家新能源汽車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)平均退坡 50%， 沖擊新能源汽車市場需求。2020 年度，新能源汽車市場逐步回暖，公司成為蔚來汽車、美國 T 公司及上汽集團(tuán)等新能源汽車車企的供應(yīng)商，銷量同比增加 37.18%，銷售額同比增加 3,737.02 萬元。2021 年，汽車“新四化”進(jìn)一步落地，公司成功進(jìn)入國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)客戶供應(yīng)鏈，包括美國 T 公司、蔚來汽車、上汽集團(tuán)、長安汽車、比亞迪、江淮汽車、金龍汽車、小康股份、安波福、寧德時(shí)代、鵬輝能源等。但伴隨行業(yè)規(guī)模效應(yīng)、生產(chǎn)工藝的成熟與競爭加劇影響，連接器價(jià)格平穩(wěn)下降。
表6：瑞可達(dá)新能源連接器產(chǎn)品收入及其變動(dòng)
資料來源：瑞可達(dá) 2021 年年報(bào)及招股說明書，中信證券研究部
本文選自：中信證券報(bào)告<從拆解 Model3 看智能電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)>
轉(zhuǎn)自汽車電子與軟件
