报告解读:特斯拉底层创新重塑供应链研究报告

2020-03-21 14:26 71435

特斯拉致力于改变全球能源格局,同时布局新能源车、分布式储能、光伏、软件智能化产业,已成为一家全球领先的新能源科技类公司,前景十分广阔。


来源: 开源证券

特斯拉致力于改变全球能源格局,同时布局新能源车、分布式储能、光伏、软件智能化产业,已成为一家全球领先的新能源科技类公司,前景十分广阔。

公司2019年实现纯电动车销量36.7万辆(+50%),为全球新能源车销量第一的车企,并占据17%市场份额,行业龙头地位凸显。作为全球领先新能源科技类公司,特斯拉的产品系列不断创造市场新的需求,

我们看好其在全球电动化浪潮中的核心作用:

1、对电动车底层技术的创新是其核心产品力,这使得供应链更好扁平化;

2、国产化后突破产能瓶颈,产业链迎历史性机遇;

3、其倒逼传统车企加快转型,从而带动全球电动化加速向上发展。



01
 特斯拉:全球新能源时代开拓者

1.1 、 引领新能源汽车行业

快速成长的新能源汽车龙头。

特斯拉成立于 2003 年,由马丁艾伯哈德和马克塔彭宁在硅谷创立。

2004 年 2 月,埃隆马斯克以 750 万美元入股公司成为特斯拉最大的股权人。

公司于 2006 年在加州上市第一款跑车 Roadster,这款产品由路特斯 Elise 改装而来。

特斯拉采用了Elise 现成的底盘和车身结构,并为之设计了全新的电气动力系统。

之后公司分别推出 Model S/Model X/Model 3 三款量产车,并计划在 2020 年和2021 年分别推出 Model Y 和皮卡 Cybertruck。

2019 年公司在全球实现电动车销量36.72 万辆,同比增长 50%,并占据全球新能源车市场 17%的份额。

致力于推动全球向可持续能源转变。

目前特斯拉的业务不仅是汽车制造范畴,其推出的智能化、无人驾驶、超级工厂、充电桩等概念和实践,让特斯拉成为一家全新的科技公司。

2016 年公司收购了光伏公司 SolarCity22%股权,并在 Gigafactory 工厂生产 Powerwall、 Powerpack 电池以及太阳能面板。

马斯克,怀揣宏大愿景的创业者。

马斯克 1971 年出生于南非,本科毕业于宾夕法尼亚大学,1995 年进入斯坦福大学攻读材料科学和应用物理博士,但在入学后 2 天,马斯克决定离开学校开始创业。

1995 年至 2000 年,马斯克与合伙人先后创办了在线内容出版软件“Zip2”、电子支付“X.com”、国际贸易支付工具“PayPal”,并在 2002年创办美国太空探索技术公司(SPACE X)。

马斯克致力于改变全球新能源格局,他为公司设定了一个长期愿景:使用太阳能电池板生产能源,利用电池储能,将电池用于不同应用中,如驱动汽车、管理电网和为大楼供电。

宏伟蓝图的进化版“Master Plan,Part Deux”发布。

2016 年马斯克在 Master Plan的基础上发布了更为宏大的战略规划,其分为聚焦于太阳能板,扩充电动车产品线,自动驾驶和汽车共享四个步骤。

“Master plan, Part Deux”的实施会进一步推进电动车的革命,加速世界向可持续能源的转变。

估值比肩科技股,市值为全球车企第二。

受 2019Q4 销量创记录、财报现金流大幅超预期以及和松下合资的电池业务实现了季度盈利影响,公司股价 2020 年以来快速增长,至三月上旬公司市值达到 1650 亿美元左右,估值比肩美股科技股,在汽车上市公司中市值仅次于丰田汽车,位列全球第二。


1.2 总销量及车型销量全球领先

1.2.1 、 新能源车销量冠军,中欧市场即将放量

汽车电动化是大势所趋,特斯拉销量一马当先。

特斯拉销量按照推出的车型可以分为三个阶段。2012 年之前公司只有一款高端跑车Roadster,销量较低,Roadster 全生命周期销量仅为 2500 辆左右;

随着 2012 年 Model S 和 2015 年 Model X 上市,公司产品价格降至 10 万美元左右,由于其出色的产品性能,公司销量开始快速增长,季度销量攀升至万辆左右;

2017 年 Model 3 上市,价格的快速下沉使得 Model 3 一跃成为全球最畅销的新能源车,带动公司销量整体上行。

2019 年公司全年交付量合计为 36.7 万辆,同比增长 50%,实现此前的交付目标,其中 Model 3 销量占比超过80%。

特斯拉全球版图全面拉开,目前以美国市场为主,中欧市场即将放量。

美国作为特斯拉的大本营和基本盘,2019 年特斯拉在美销量达 19.5 万,占其全球销量的 53%。

中国、欧洲是特斯拉“出海”的主要市场,特斯拉通过在荷兰设立欧洲总部,并规划建设上海工厂和柏林工厂来完成海外市场的布局。

从目前特斯拉销量来看,可以注意到几个趋势:

1) 美国汽车市场环境相对成熟,特斯拉销售主力 Model 3 在同级别市场销量占比已达 20%左右,未来销量增速或将放缓。

2) 特斯拉在欧洲的市场以挪威,荷兰,德国,瑞典为主,特斯拉在德国,法国两大汽车市场的市占率明显低于荷兰和挪威,随着未来柏林超级工厂的投产,特斯拉在欧销量有望持续增长。

3) 中国是全球第一大汽车及新能源汽车市场,有望成为特斯拉未来第一大海外市场。

特斯拉上海工厂投产后,生产成本将显著降低,相应产品线降价空间有望进一步打开,并带动特斯拉在华销量持续增长。


1.2.2 、 特斯拉为电动车市场的领头羊

2019 年特斯拉销量领跑全球电动车市场。

2019 年特斯拉在全球新能源汽车市场份额为 17%,远超同业。

而从车型销量排行榜来看,2019 年 Model 3 在全球销量共计 30万辆,是销量最高的单一新能源车型,其销量相当第二名北汽新能源 EU 系列销量的接近 3 倍,遥遥领先一众竞争对手。

1.3 盈利拐点显现,现金流超预期

公司 2019Q3、Q4 实现盈利。

公司 2019 年实现收入 245.8 亿美元,同比增长 14.5%, 实现净利润-8.62 亿美元,相比 2018 年增加 1.14 亿美元。

其中Q3/Q4 分别实现收入63.0/73.8 亿美元,同比-7.6%/+2.2%,分别实现净利润 1.43 /1.05 亿美元,连续两个季度实现盈利。

现金流改善,超出市场预期。

2019Q4 特斯拉现金等价物储备增加了 9.3 亿美元至62.68 亿美元,环比增长 17%。

自由现金流达到 10.13 亿美元,远超市场预期。

其中Q4 经营活动净现金流为 14.25 亿美元,同比增加 1.9 亿美元,环比大幅增加 6.7 亿美元。

盈利能力稳步回升。

公司毛利率水平自 2019Q1 以来逐步回升,至 2019Q4 毛利率达到 18.8%,同时净利率水平也回升至 1.8%,我们认为主要原因在于公司 Model 3 三季度放量,规模效应逐步体现。

02
产品力来源于对汽车动力及底层技术的革新

2.1 、 三电系统:特斯拉长期核心竞争力所在

2.1.1 、 电池:致力于实现低成本、高能量密度技术

特斯拉电池成本下降明显,有望率先实现油电平价

特斯拉在 Model S/X 动力电池选择的是松下 18650 圆柱型动力电池,

与软包和方形电池相比,18650 圆柱型电池是商业化最早,生产自动化程度最高,也是生产成本最低的一种动力电池。

在最新车型Model 3 和 Model Y 中,特斯拉选择了松下生产的 21700 圆柱型电池。

21700 圆柱型电池能量密度较 18650 电池单体电芯能量密度提 20%,达到 300Wh/kg。

2016 年之前特斯拉电池成本超过 190 美金/KWh,2017 年随着电池产能扩张以及新型电池 21700 推出,电池成本降低至 130 美金/KWh。

2018 年特斯拉电池成本再次下降至 111 美金/KWh,成为全球电池成本最靠近电油平价成本 100 美金/KWh 的车企。

我们认为特斯拉电池降本增效的途径主要来自两方面:1)电池材料的突破;2)集成化大模组提升空间利用率

特斯拉电池材料应用引领全球

特斯拉是最早使用高镍三元技术路线的车企,在Model 3 配置的动力电池中,正极材料选用的为最新高镍三元NCA 锂电材料,

由于三元 NCA 锂电材料工艺制造要求高,目前可以稳定使用的车型主要集中于特斯拉。在目前的三元材料中,NCA 正极材料镍含量使用占比更高,钴元素含量最低,

因此锂电池高镍低钴化有助于提升动力电池单体电芯能量密度的同时降低电芯制造成本。

在负极材料中,特斯拉是第一个使用硅碳复合负极材料硅碳复合负极材料的使用 再次提升了石墨负极材料比容量上限,实现了负极材料应用的突破。

大模组化提升空间利用率,减少电池数量。

相较于 18650 圆柱型模组设计方案,21700圆柱型电池模组采取了大模组化的设计方案,电池模块数量由 16 个减少到 4 个。由于 21700 电芯尺寸更大、单体电芯能量密度更高,因此同等电池能量密度情况下, 电池的使用数量大幅减少。

Model S 长续航里程电动版的动力电池组是由 7104 节18650 电池串并联形成,而新型 Model 3 中电池组则变为 4416 节 21700 电池串并联形成,电池数量减少的同时也减少了连接电池的配套部件数量。

大模组化设计不但通过简化电池模块排布,更大幅降低了电池使用成本。

特斯拉欲借铁锂技术降低成本,而 CTP 模组技术更增添亮点。

目前磷酸铁锂成本在0.65 元/Wh,远低于三元电池的 0.85 元/Wh,CTP 模组技术将推动综合成本进一步下降。

CTP 模组技术突破了传统的电芯成组架构,结构件数量减少 40%,Pack 箱体结构件减重 15%。

借助 CTP 模组技术,磷酸铁锂电池能量密度已可以提升至 170Wh/kg, 未来随技术发展有望继续提升。

布局干电池电极技术,优化现有电池制备工艺。

特斯拉 2019 年 5 月以 2.2 亿美元溢价 55%收购能源公司 Maxwell,其核心技术为干电池电极技术和超级电容。

干电极压实密度更高,有利于负极补锂,可使电芯的能量密度提升至 300Wh/kg 以上,同时提升电池寿命和降低成本,有望推动产业革新。

向多元化供应商转变,布局未来电池多样化

特斯拉与松下在产能扩张问题上出现较大分歧,松下相对保守的经营策略促使其放弃对上海工厂的投资。

LG 化学凭借价格、工厂位置以及产品综合良率的优势成为特斯拉上海工厂圆柱型电池新供应商, 另外一个新供应商宁德时代则预示特斯拉对未来电池的布局呈现多元化趋势。

特斯拉第一次选择非圆柱型电池厂商作为供应商,我们认为主要原因有以下 2 点:

 1)布局多元化电池技术路径:随着电池材料创新速度放缓,其他类型与圆柱电池在电池系统的能量密度差距在缩短。

以搭载圆柱型电池的 Model 3 和搭载方形电池的Aion S 做对比,两者电池组系统能量密度差值在缩减,未来随着制造工艺提升,同等电池材料情况下,方形电池可达到的能量密度将高于圆柱型电池。

2)针对中国市场,打造更具有经济性的新能源汽车

特斯拉目前所有车型均使用圆柱型电池,若要在现有车型中直接搭载方形电池,要对底盘、热管理系统等重要零部件重新设计改进,叠加产品验证所投入的资金、人力和时间,将方形电池直接应用的性价比较低。

因此我们预计特斯拉或将单独以方形电池打造一辆更具有经济性、更贴合中国市场的新型号电动汽车。

2.1.2 、 电机:特斯拉动力性能处于行业领先

电机升级,动力性能再提升。

2012 与 2015 年推出的 Model S 与 Model X 采用三相交流感应电机,2017 年推出 Model 3 则采用永磁开关磁阻电机,新型电机成本更低,体积更小,性能更优秀。

2019 年为进一步提升汽车动力性能,Model S/X 将搭载全新设计的永磁电机,新的电机系统有望将续航里程提升 10%。

与传统汽车相比,特斯拉动力综合性能优异

相较于 BBA 传统燃油入门级车型,特斯拉 Model 3 动力性能丝毫不落下风。

特斯拉Model 3 最大扭矩达到 375N·m,远远超过了宝马 3 系与奔驰 C 系。

在百公里加速度中,特斯拉 Model 3 的加速性能也是这四款车型中最好的,最快可达到 5.6 秒。

与其他电动车型对比,特斯拉优秀的电机系统使其性能优于同价位水平竞争车型。

特斯拉 Model S、Model X 续航里程可以达到 650、550km,最高车速达到 250km/h。

相较于同价位的竞争对手奥迪E-tron,无论在百公里加速、续航里程、还是最高时速均优于竞争对手。

售价更低的 Model 3 与奥迪e-tron 相比,动力性能参数相差不大, 但售价不到奥迪 E-tron 价格一半。

2.1.2 、 电控:掌握核心芯片技术,电控系统集成化

电控系统集成化、高功率密度趋势难改,特斯拉率先使用新一代功率器件 SIC

特斯拉 Model 3 是第一家采用碳化硅 SiC MOSFET 模组的车企,Model 3 逆变器由 24个 1-in-1 功率模块组成,这些模块组装在针翅式散热器上,为达到更好的效果,特斯拉采用了大量激光焊接工艺。

与特斯拉 Model S 相比,Model 3 逆变器效率从 82%提升至 90%,对续航里程数提升显著,同时可降低传导损耗和开关损耗。

电池管理系统是特斯拉自主研发的核心技术

电池管理系统是连接车载动力电池与汽车的重要纽带。

BMS 系统实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,达到增加续航里程、提高电池使用效率、延长电池使用寿命、保证安全性的目的。

特斯拉的 BMS 系统已经实现了对超过 7000 节单体电池的有效管理,电池的可靠性与安全性得到充分认证,同时在动力性能也优于其他电动竞争对手。

拥有核心芯片技术

Model 3 共有 5 个 BMS 系统,其中包含 1 个主控 BMS 系统,4 个从控 BMS 系统。从控系统中包含 4 个核心芯片,其中两个 38 针芯片来自特斯拉独有的技术。

得益于特斯拉独有的技术。芯片技术的优势,特斯拉对电池单体的荷电状态有更精准的估测。

热管理系统方案优异,在各种外界环境中温差控制在 2℃以内,特斯拉液冷方案中采取 50%水和 50%乙二醇作为冷却液,由四通阀实现冷却系统的串并联。

当电池需要加热时,将冷却管路进行串联,通过水泵将功率电子和转换器产生的废热输送至电池进行加热,确保电池在合适的做工温度下工作。

当温度过高需要冷却时,可通过阀门控制将管路改为并联,将水泵电机处于堵转状态,从而完成电池冷却调控。

特斯拉热管理系统极大提高了各单体散热性和单体电池间温度一致性。无论是在何种天气条件下,特斯拉的温差控制在 2℃以内。

2.2、 特斯拉汽车电子架构是对传统行业深刻变革

汽车电子电气架构的发展趋势是实现从“分布式到集中式”的过程。

汽车电子架构是由车企所定义的一套电气整合方式——将汽车中的各类传感器、ECU(电子控制单元)、线束拓扑和电子电气分配系统整合在一起,用以完成运算、动力和能量的分配,实现整车的各项智能化功能。

传统汽车电子架构为“分布式方案”,功能界限明晰。

传统车企将电气系统划分为车身与便利(Body&Convenience)、车用资讯娱乐(Infotainment)、底盘与安全(chassis andsafety)、动力系统(powertrain),以及高级辅助驾驶(ADAS)等五个大域,功能模型处理的绝大部分工作都是由这个控制器自己完成的。

这个方案最大的特点是:汽车功能划分明确,软硬件耦合且需同步更新,成本较高且在整车层面造成了相当大的冗余

Model 3 开启电气架构变革的大幕。

特斯拉对传统汽车电气架构进行了深刻改革,将汽车ECU 垂直融合化、集合化——用中央计算模块(CCM)直接整合了驾驶辅助系统(ADAS)和信息娱乐系统(IVI)两大域,同时用左车身控制模块(BCM_LH)和右车身控制模块(BCM_RH)负责车身与便利系统(Body&Convenience)、底盘与安全系统(chassis and safety)和部分动力系统(powertrain)的功能。

ECU 集合化使得 OTA 升级以及供应链扁平化成为可能:

1)ECU 垂直融合是 OTA的必要条件。传统的汽车电子架构由于是分布式,采用了大量分离的嵌入式OS 和应用程序 Firmware,并由不同 Tier1 提供,语言和编程风格迥异,导致没法统一维护和OTA 升级。

而特斯拉通过布置中央控制器,整合 ECU 并自己开发控制程序,使得“软件”“硬件”分离,从而实现了独立为 Model 3 升级系统软件的过程。

2)通过 OTA 升级,在不改变汽车硬件的条件下运用软件优化即可提升车辆驾驶性能。

2018 年美国知名杂志《消费者报告》曾指出特斯拉 Model 3 存在刹车距离过长的问题。对于传统车企,解决方案一般为大规模的召回,或是通过 4S 店对零部件进行更换,

而 2018 年 5 月特斯拉的工程师通过 OTA 的方式对系统进行了升级,将Model 3 60mph 到 0 的刹车成绩由 46 米缩减到 40 米。

2019 年 11 月,特斯拉更新10.0 版本,使Model S 峰值输出功率增加50 马力,同时续航里程可从373 英里(596km) 增加至 380 英里(608km)。

传统的汽车供应链体系中,一级供应商(Tier 1)占据重要地位。

主机厂提出功能需求后,一级供应商(Tier 1)向零部件厂商采购零部件进行集成,然后交付满足主机厂功能需求的集成部件。

这一架构下,主机厂很少会注意底层零部件厂商的技术规范,零部件厂商也难以清晰掌握主机厂的需求,这一切都依赖于 Tier 1 从中连接。

财务上,一级供应商的营业收入相当可观,堪比国内整车厂商,行业领先企业的营业收入多在 200 亿美元以上。

与之相对,国内的整车厂商长安汽车 2018 年营收仅为 663亿人民币,国内二级供应商,三花智控、宏发股份两家国内领先的零部件公司 2018年的营业收入仅为 108 亿和 68 亿人民币。

加价率方面,以汽车音响为例,经 Tier 1系统集成后,价格增长超过两倍。

新的电子架构下,供应链将变得更加扁平,国内零部件厂商迎来价值提升机会。

新的电子架构下软硬件的关联打破,软件部分的核心由特斯拉掌控,特斯拉可以跳过原来的 Tier 1 的垄断,直接向零部件供应商采购。

对特斯拉而言,一方面可以降低对Tier1 们的依赖,有更灵活的部件供应商选择空间,保证供应链的稳定,

另一方面, 可以节省Tier 1 们垄断地位带来的高额成本,为汽车售价下沉拓展空间。

对零部件供应商而言,将有了直接面对主机厂商需求来提升自身设计制造能力和往部件集成方向攀升的机会,提升单车价值量。

新能源造车门槛的降低是带给供应链革新的前提:

1)燃油车时代,发动机和变速箱的技术门槛非常高,后进者难以跨越。

燃油车的动力系统是汽车厂商的核心技术,发动机和变速箱技术大多掌握在整车厂商及其关联企业手中。

此外,由于发动机和变速箱涉及到的工艺流程极多且复杂,潜在竞争者既不能通过购买其他厂商生产的发动机和变速箱进入这一行业,也很难在短时间内通过技术创新自己生产发动机和变速箱。

从技术引进积累到实现自主制造,国内合资厂商至少需要较长时间。因此,燃油车的技术门槛,特别是发动机和变速箱的技术门槛非常之高,潜在竞争者很难进入。

2)新能源汽车时代,动力系统可以由外部供应,绕过复杂的发动机和变速箱技术。新能源造车门槛降低是带给供应链革新的前提。

新能源汽车的核心架构是“三电”系统,其中,动力系统占了新能源汽车总成本的 50%左右,动力系统中,电池成本占到了 70%左右。

电池的功能是储能,功能上相当于燃油车的油箱,但电池的制造显然要比油箱复杂得多。

不过,与结构极其精密的内燃发动机相比,电池的制造要更为简单。

生产动力电池的厂商过去往往是生产 3C 消费电池的厂商,与汽车行业本身并没有太多联系,新能源汽车兴起后,生产动力电池的厂商也开始越来越多。

从目前的动力电池装机情况来看,装机排名靠前的企业,大部分并不直接受新能源汽车整车制造商的控制。

并且,新能源车以“三电”系统为核心的架构下,弱电类零部件替换了大量的机械传动零部件。

因为技术原理相似,弱电类零部件的标准化程度比机械类零部件更高,降低了电动车主机厂商构建供应链的难度和成本。

2.3、 芯片、算法是特斯拉无人驾驶长期核心竞争优势

特斯拉推出自研芯片,成为全球首家拥有芯片自研能力的车企

特斯拉通过 Autoplot系统以及 OTA 软件更新完成自己智能驾驶功能。

2014 年推出 Autopilot 1.0,搭载Mobileye Q3 芯片,实现自动驾驶 L2 级别,是全球最早推出高性能自动驾驶车企。

2016 年推出的Autopilot 2 系统中增加了传感器数量,搭载英伟达Drive PX2 芯片, 已经可以完成了部分自动驾驶L3 级别功能。

2019 年推出的Autopilot 3.0 系统中,特斯拉推出了自研芯片 FSD,自动驾驶级别将达到L3 级别。


目前无论传统汽车厂商还是国内造车新势力均以采购第三方芯片方式为主,特斯拉是唯一一家可以自产芯片的汽车厂商。

芯片的处理速度与算法直接决定了无人驾驶系统性能优劣。

特斯拉 FSD 芯片处理数据能力强大,是未来特斯拉长期核心竞争优势

特斯拉 FSD芯片主要包含三个计算性模块,分别为 CPU、GPU 和 NNA。

CPU 最高运行频率为2.2GHz,GPU 主频最高为 1GHz,最高计算能力达到 600GFLIPS,2 个 NNA 核心, 单个核心运行频率为 2GHz,单个 NNA 峰值计算能力可达到 36.86TOPS。

特斯拉自主研发的 PSD 芯片处理速度达到 2300 帧/秒,与 Autopilot 2/2.5 系统中所用的英伟达 Drive PX2 芯片相比,处理速度提升了 21 倍。

与英伟达最新一代Drive Xavier 芯片相比,特斯拉 PSD 芯片处理速度依然是其处理速度的 7 倍

强大的芯片计算能力让特斯拉在自动驾驶性能遥遥领先,我们认为核心芯片技术将是特斯拉未来长时期的核心竞争优势。

算法优势来自海量真实数据

算法的深度学习需要大量的数据做基础,特斯拉是全球最早使用自动驾驶技术的车企,随着 Model 3/S/X 全球畅销,通过 Autopilot 系统收集的真实行车数据,为特斯拉算法提供保障。

2017 年搭载Autopilot 系统的特斯拉汽车总共行驶超过 18 亿英里,2020 年 1 月将达到 22 亿英里,特斯拉路测数据占据全行业总路测数据的 99%。


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