新能源车“不能承受之重”:这家公司正让超跑用的碳纤维走向大众

摘要: 新兴造车企业们普遍追逐的电池动力,天然有着续航里程不足的短板,轻量化作为新设计理念背后,实际上是迫切的需求。

钛媒体注:相比制造汽车的钢铁材料,“黑色黄金”碳纤维材料造价整整贵出 20 倍,但为什么新能源汽车生产者们亦步亦趋追逐碳纤维的应用?为什么说碳纤维才是决定新能源汽车产业未来的“杀手级”材料?

刷新纽北圈速记录的蔚来汽车EP9,因使用了碳纤维座舱倍受关注,此后发布的民用量产车ES8虽然暂时采用铝合金车身方案,但蔚来汽车CEO李斌曾公开表示“下一代产品将继续引入碳纤维材料”。无独有偶,奇点汽车创始人沈海寅持类似看法,“铝合金终究还是金属,对于车重的改善有限,其第二代车型当中同样将引入碳纤维部件。”

汽车轻量化趋势风起潮涌,而目前来看,这一追求的极致代表可能是碳纤维复合材料的应用。

钛媒体注意到,在碳纤维合作伙伴的选择上,李斌和沈海寅同时提到了一个名字:康得投资集团。

这家成立于1988年的公司,通过旗下的上市公司康得新复合材料集团,以新材料为主线,在光学膜、石墨烯等高精尖领域进行了大量高起点布局。而在碳纤维领域,康得集团旗下的诸多布局则始于新能源汽车、汽车产业节能减重这一风口。

伴随着全球汽车保有量上升,节能已经成为全球话题,未来10-20年取缔燃油汽车已经进入大多数国家的政策层面。而中国市场囿于能源结构,是推进得最为激进的一个:不仅工信部严肃提出了汽车减重目标(即2020年汽车减重要达到30%、综合油耗也要控制在百公里5L以内),整个汽车制造智能化、网联化和轻量化三大趋势中,最关键的“轻量化”,更是出于切实的市场需求。

正因如此,碳纤维复合材料的应用,不仅是造车企业关注的焦点,也深受国家重视。康得集团董事长钟玉曾在2014年10月随同李克强总理访问德国, 在默克尔的“私人午宴”上,钟玉是一汽、北汽四大国企之外唯一的民营企业家。在此后三年,钟玉陪同李克强与德国政府就碳纤维行业合作进行过三次会晤,并且与宝马最大供应商GFG签署了一个4亿欧元的生产项目投资计划。

新能源汽车轻量化趋势的背景下,这家老牌公司已经针对汽车行业的碳纤维应用,形成了从碳纤维复合材料研发到生产,从碳纤维部件设计到加工制造的全产业链布局。

“黑色黄金”碳纤维

碳纤维的优点无需太多赘述,有轻密度、高强度、耐腐蚀、耐高温和耐疲劳等等。自爱迪生发现碳纤维材料以来,这个行业已经拥有上百年的历史,而碳纤维“材料之王”的称号则未曾被取代,而且由于成本高昂,碳纤维还有一个称号,叫做“黑色黄金”。

在高端体育器材行业,碳纤维已经被广为应用,而在无人机、风力发电,战斗机、铀浓缩用离心机的军事等方面,其也担纲着国家战略原材料的角色。

在汽车行业,碳纤维正在被寄希望于大幅度减轻汽车重量,实现节能目标。

从“十一五”到“十三五”,节能减排一直是中国政府为汽车行业定下的政策基调,而中国煤炭为主石油比例相对较小的能源结构也让电动汽车成为战略方向。因此,无论是逐渐收紧的“节能减排”政策对于燃油汽车发展的束缚,还是电动汽车迫于续航压力的直接需求,汽车节能都成为首要任务。

康得复材是康得集团旗下的碳纤维汽车部件制造企业,该公司COO张保平告诉钛媒体,

“在节能方面,传统的发动机技术改良已经到头,汽车减重才是主要途径,而减轻重量最有效的手段,就是碳纤维。”

那么碳纤维减重的效果到底如何?

查阅数据可知,碳纤维的密度通常1.7g/立方厘米左右,而主流的汽车用材钢铁材料的密度为7.98g/立方厘米,碳纤维的密度接近钢铁材料的五分之一。

钛媒体统计自公开数据,取平均水平只供参考

钛媒体统计自公开数据,取平均水平只供参考

上海国际车展期间,康得复材展出了雷丁公司开发的全碳纤维跑车Roding Roadster,它的车体重量只有75公斤,而通常一个车体的重量在400-500公斤。

哈电集团出具的报告将汽车重量的减轻给节能带来的效果进行了直观呈现:

汽车重量每减小10%,可降低6%~8%的油耗,降低5~6%的排放。

而对于新能源车型来说,汽车重量减轻则直接对应续航能力的提升。

以使用了大量碳纤维复合材料的宝马i3为例,2016升级豪华型的电池容量是19kWh,工信部续航里程为245公里,也就是说平均每度电可以行驶12公里左右,这几乎是行业平均成绩的2倍。

此外,汽车重量每减小10%,还能带来加速性能8%左右的提升,制动距离也将缩短2~7m,而且,碳纤维材料独有的良好减震性对于汽车的NVH性能以及智能驾驶元器件的保护都有正向作用。

因此,即便碳纤维复合材料在技术、成本上还面临一系列长远问题,但是对汽车减重节能带来的却是“跃进式”的推动,这成为材料行业尝试种种破局之路的源动力。

碳纤维产业链,越靠后利润越大

今年上海国际车展期间,康得新集团和康得复材联手正式发布了“碳纤维车体工业4.0智能制造平台”,让康得集团的整个碳纤维产业布局走出了试炼真金的一步。

康得复材CTO何鹏告诉钛媒体,“我们现在建立整个生态平台,就是希望整合全球资源来进行配置,去解决碳纤维产业链上的成本控制、质量控制等各个环节,打通整个产业链的各种痛点和各种壁垒。”

在康得集团的碳纤维布局当中,有三大主体:

中安信主要负责碳纤维原丝、碳丝的生产;康得复合材料公司负责碳纤维复合材料和碳纤维汽车部件的设计生产;康得新集团则统筹着康得集团在行业前沿的技术研发以及设计布局。

2011年,康得集团投资成立中安信科技公司,中安信碳纤维项目总投资50亿元,分两期建成,一期单线年产5000吨原丝、1700吨碳纤维,2016年8月份已经投产。

康得集团董事长钟玉介绍,包括T700、T800、T900、T1000、T1100这样的高端碳纤维已经能够在中安信实现千吨线的规模量产,良品率达到了97.5%。

中安信高性能碳纤维ZA55X(T800级)

中安信高性能碳纤维ZA55X(T800级)

这或许是康得集团敢于将碳纤维应用到汽车行业的基础,在T300这样的低端碳纤维领域,市场实际上已经结构性饱和,而且由于日本东丽等碳纤维巨头长期进行价格倾销,国内低端碳纤维行业一直没有发展起来,但是在T700、T800这样的高端碳纤维市场,则一直是供不应求的状态,康得集团选择从高端切入,可以说顺应了市场也迎合了国家战略层面的需求。

而且在碳纤维的生产成本当中,原丝生产成本占到了很大一部分比重,康得集团掌控了碳纤维的生产工艺,不仅能够保证供应质量,也能保证最大限度得掌控成本。

当然,碳纤维的生并未一蹴而就,很多前沿技术有待发掘,以提升生产良品率。在这一方面,上市公司康得新集团担当了一个前哨的角色,其与慕尼黑工业大学碳纤维复材中心合作成立了KDX欧洲复合材料研发中心,总投资3000万欧元,专注于汽车碳纤维复合材料领域技术、材料和工艺的开发,并且已经成为宝马、奥迪和空中客车的技术合作单位。

在碳纤维复合材料生产和研发之外,康得集团针也对碳纤维从材料走向汽车部件,做了详细的布局。

2014年,康得复材成立,它承担着碳纤维汽车部件设计和生产制造的重任。2015年10月,康得集团与德国碳纤维汽车部件生产厂商GFG及SGL形成深度战略合作,后两者的规模化制造技术给康得集团的碳纤维布局提升了不少帮助。

康得复材也在这个基础上投资30亿元,打造了年产150万件碳纤维部件的工业4.0工厂。已在去年四季度投产,目前年产能30万件,明年将达到150万件。

GFG正是文章开篇提到的宝马碳纤维部件的一级供应商,具备碳纤维部件规模化生产技术,而康得复材也由此进入宝马将来在中国量产的首选供应商,前不久,宝马考察了康得复材的廊坊工厂,为其打出了150分,据钛媒体了解,双方的生产合作也正在推进中。

Surface-RTM、A级表面碳纤维部件

康得复材Surface-RTM工艺生产的A级表面碳纤维部件,可直接喷漆涂装

康得复材,全球首创的ARCFOX-1新能源汽车整体成型碳纤维上车体

康得复材生产的ARCFOX-1新能源汽车整体成型碳纤维上车体

康得集团COO张保平表示,碳纤维的应用经历过四个主要阶段的发展,从早期欧美国家在航空领域、体育产品上应用碳纤维,生产周期均很长;而如今,碳纤维应用进入了4.0时代,也就是汽车应用时代,“要求两三分钟就需要做一个产品。”

“我们这套生产工艺实际上与宝马一样,都是HP-RTM和湿法工艺,但是我们的产能效率要更高,宝马是4分钟生产一个碳纤维部件,我们已经可以实现2分钟一件。”车展期间,康得复材的一位工作人员向钛媒体表示。而康得集团董事长钟玉透露,通过与慕尼黑工大的合作,很快会提升到1分钟一个部件。

除了产能供给,碳纤维在汽车行业的应用还面临着另一重难题,就是设计。

康得复材COO张保平告诉钛媒体,设计人才大都集中在航空航天行业,而面向汽车行业大范围应用的设计人才还是比较稀缺的。

为此,康得新集团与德国雷丁公司在慕尼黑合资建立了KDX-Roding欧洲汽车化设计中心,雷丁公司是全球除了宝马以外,为数不多拥有碳纤维汽车部件规模化设计经验的公司。2013年,雷丁公司发布了其独立研发制造的跑车Roding Roadster,该车使用了全碳纤维复合材料结构及覆盖件,整车重量仅950千克。

康得复材CTO何鹏表示,康得集团不仅在每个环节都有布局,每个环节也有自身的定位和和目标。

“我们负责碳纤维材料生产的中安信要成为中国的‘东丽’,而负责汽车部件生产和设计的康得复材要成为碳纤维界的‘3M’。”何鹏说,“而且,不管是碳纤维复合材料研发中心,还是与雷丁公司合作的设计中心,都是面向整车企业开放的,这也将成为康得集团的盈利部分。”

而康得复材COO张保平更是道破了这背后隐藏的商业逻辑:碳纤维产业是越靠后利润越大,我们控制了整个产业链,成本就可以控制,获取价值的空间也就越大。

颠覆了汽车制造工艺,艰难破冰

伴随着产业链布局的推进,康得复材作为将碳纤维复合材料推向市场的主导部门,面临着不小的压力。对于中国汽车工业来说,这个高端材料行业已经有上百年的历史,但是在自家的汽车品牌上进行应用无疑还是陌生的。2016年一整年,康得复材都在通过沟通一点点撕开市场的口子。

“中国的汽车行业在做正向开发的时候都是追随者。”何鹏告诉钛媒体。 这是他们进入中国汽车市场的首要障碍,安全性、可靠性,以及成本和对传统生产工艺的颠覆,都是传统主机企业考虑的因素。

实际上,这种顾虑可以理解。传统的汽车制造包含冲压、焊接、涂装和总装四大工艺,而碳纤维材料的运用意味着冲压和焊接两大工艺将被取代,传统的生产工艺彻底被颠覆。

即便是在i3上取得了碳纤维应用突破性进展的宝马,也是在自身的新能源车型上进行了试用,而在宝马新5系的轻量化设计上,宝马不仅没有延续碳纤维技术成果,在铝合金的使用上也表现出了100多公斤减重的谨慎。

中国自主汽车品牌正处在整体向上的成长期,对于碳纤维复合材料更是既有期待,也顾虑重重。何鹏将这些企业的顾虑进行了归纳,

第一, 涉及到新材料一般在国外才有一些量产应用的大型案例,在国内没有,所以中国的主机厂没有信心;

第二, 对于主机厂来说,他们可能觉得国内的产业链还不具备,你的东西能研发出来,能设计出来,样品能制作出来,但是工业化生产怎么实现;

第三, 最后一个就是价格,目前的价格与传统材料简单对比的话,对于主机厂的接受能力其实还是有一定的距离。

这个时候,康得复材除了反复沟通,告诉主机企业碳纤维复合材料的产业链和设计如何落地,价格如何优化,给产品带来的改观等,还会在行业中寻找前沿企业和大型企业去合作,竖立行业的标杆,让主机厂对康得复材建立信心。

2017上海国际车展前夕,北汽集团与康得复材签订了中国首个碳纤维部件量产订单。北汽将把碳纤维材料用于一款国家领导专用车的前发动机的总体组织机器盖。康得集团董事长钟玉将这称为“具备里程碑的意义”,“意味着中国碳纤维轻量化车体工业化时代的到来”。

配置了碳纤维前机盖的北汽BJ80吉普车

配置了碳纤维前机盖的北汽BJ80吉普车

除了已经签下订单的北汽,康得复材与观致、前途、长安等大量车企也在接洽合作,而且国内造车新势力的代表蔚来汽车也多次同台,成为后者的碳纤维技术方案供应商。官方数据显示,康得集团目前已经与国内30多个车企达成了合作。

康得新欧洲汽车轻量化设计中心进行全碳纤维车身设计的观致超级电动车MODEL K-EV

康得新欧洲设计中心进行全碳纤维车身设计的观致电动车MODEL K-EV

树立完了标杆企业,在成本控制方面,康得复材也采取了一套以退为进的做法,其并不急于让主机厂在整车上大量采用碳纤维部件,而是坚持少用量多的原则,以争取更大的市场。

“如果全用碳纤维,成本太高,一年只能卖2万、3万辆,客户就不会再用;但是如果只是用了三五个部件,虽然只卖了10万辆,20万辆,总量其实会更多。” 何鹏表示,“所以目前我们是采用碳纤维与其他材料结合使用的策略。”

钛媒体了解,多材料融合确实是目前行业的通行做法,宝马新7系正在探索碳纤维和钢铝结合的车身方案,康得集团也有碳纤维与玻璃纤维的混编的车身部件推出。这种多材料结合使用方法,为碳纤维复合材料在汽车行业的规模化应用提供了缓冲地带。

何鹏算了一下,如果一个汽车品牌每年的销量是50-60万辆,就算每辆车上用5个碳纤维部件,就是几百万件,而这已经超出了康得复材目前的产能。“我们廊坊现在一期产能规划总体才150万件,需要我们廊坊现在的产能至少到4倍以上。”

为了让这几百万件市场成为现实,康得复材针对不同车型和不同需求,也推出了一套定制化策略。

对于轿跑等豪华车型来说,性能是首要的,且价格不太敏感,所以针对这类车型,康得复材就会推动使用整套的碳纤维车体方案。

“这种(每年)几千辆的或者是不到1万辆销量的轿跑车型,碳纤维复合材料的用处会比较广,不仅会用在车身部件上,结构件、外配件和装饰件等都会用。”何鹏说,“但是对于销量在10万辆以上的普通量产车型,我们不会建议全部使用碳纤维复合材料。”

据何鹏介绍,量产车企业的顾虑主要在于传统的生产工艺已经成型,他们更多的需求来自于拿来可以直接组装上车的外部覆盖件。

“四大工艺和各种产线都已经布置好了,在上面再进行改动,成本很大,大家也不愿意去动。”何鹏说,“所以这类企业我们只能在车辆的四门两盖上面做文章,进行几千件这种小批量的尝试。”

当然,即便在民用量产车型中,也有不同诉求,部分注重性能的企业会着重利用碳纤维复合材料减震性好和耐疲劳等性能,秉承“好钢用在刀刃上”的原则,把碳纤维部件用在关键的结构件上。

相比于传统燃油汽车对于产线改造的顾虑,在电动汽车上,碳纤维复合材料的用武之地就会广阔许多。 “首先电动汽车都是重新开发了平台,重新进入产线布置,而且电动汽车本身的能耗是一个很重要的标准,所以有更强的驱动力尝试碳纤维复合材料,其次,品牌定位对于电动汽车来说也很重要,新能源汽车在做开发的时候,希望用一些新材料来表示跟传统汽车不同。”何鹏说。

在与新能源汽车厂商进行合作时,康得复材不光是设计、开发和提供产品,还提供整体产品线的组装解决方案。“我们是直接从设计端介入,包括给主机厂提出组装线的设计方案,以更好的应用碳纤维部件。”康得复材COO张保平说。

何鹏表示,这恰恰能帮助康得复材积累更多的设计和开发经验,

“国外的企业像奔驰、大众和宝马,对汽车开发,对所有的需求都是明确的,你来配合达到我们的要求就行,而国内的主机厂他们不知道碳纤维该怎么用,我们要帮他们解决整套的东西,所以整体上我们是一个碳纤维应用的技术服务供应商。”

不过,虽然新能源汽车对于轻量化的需求更迫切,但是何鹏认为,短期内的材料应用上,还是铝合金、高强度钢、塑料、自然纤维等多种材料结合使用的趋势,铝合金会是一个首要的主体材料选择,碳纤维会成为重要的补充材料。

最主要的原因是价格,应用策略只能帮助康得复材打开市场,但是要实现一定的应用深度,康得复材只有着手降低碳纤维复合材料自身的成本,形成竞争势能。

5年内把碳纤维成本降到铝合金的水平

碳纤维成本高已经是共识,但是高到了什么程度?以汽车所用的钢铁材料举例,每吨钢铁的价格在3000元左右,铝合金的价格在1万元左右,而一吨汽车所用的碳纤维价格则可以高达20万元左右!

当然,这背后还有一套主机厂和市场的选择取向可能不同的逻辑。 宝马在生产碳纤维车身产品的时候也曾经计算过,当时i3、i8的产量每天是110辆,这个时候使用碳纤维就是划算的。因为使用碳纤维以后,冲压,焊接,涂装这些工艺就无需再用,毕竟仅冲压件的模具成本就是碳纤维模具的3—4倍,例如,原来一个传统汽车的组装线需要投入100亿元,但是现在只需要10个亿。

不过在短期内,主机厂的选择和消费者的选择依然存在一定的矛盾,对于主机厂来说,可能节省了产线投入,但是对于消费者来说,碳纤维本身的高昂成本依然让汽车售价难以接受。

“碳纤维走向真正工业化未来的核心要素就是低成本,只有当成本降低才能普及和应用。”康得集团董事长钟玉告诉钛媒体。这也让攻克价格堡垒成为碳纤维行业的共识。

据钟玉介绍,在康得集团的布局中,将主要通过三个方面来降低碳纤维的成本。

首先是设计。针对不同的车身部件,采用不同的碳纤维牌号,例如,结构件要求的强度高,可以用编织的T700碳纤维复合材料,而对于覆盖件这类强度要求不高的部件,则可以用成本较低的短纤维记性加强,而车顶受力不大,可以用可回收料等等。成本是设计出来的。

第二是材料端。康得集团目前通过中安信投产的是12K和24K的碳纤维丝,而接下来康得集团将会投产一条50K的生产线,专门用于电动汽车。12K中的K代表1000,就是每股碳纤维丝有1.2万根单丝,24K就是每股2.4万根,50K就意味着,同样的设备和速度下,单股的产能提升,成本也会随之降低。

第三是工艺端。工艺端包括两个方面:

康得复材目前生产工艺传承自宝马的生产线,对于碳纤维材料的利用率是50%,剩下50%都是废料再回收,目前,康得复材正在与慕尼黑工大共同研发一项新技术,能把材料利用率提高70%;

同时,双方也在联手推动生产效率,把2分钟一个部件再提高到1分钟一件。

“不要看短短1分钟,整个厂的建筑、设备、固定资产、人员这些费用不变,但是你的产能提高了一倍是什么概念?成本就降低了一倍。所以我们的目标是用5年的时间,实现碳纤维成本与铝的成本持平。”钟玉表示。

当然,成本的降低与市场相辅相成。

“鸡和蛋是相关的,这边应用规模上来,成本就会降低,而成本降低,项目的量就更大了。” 钟玉说,“在一段时间当中,应该是钢、铝、碳纤维,甚至包括工程塑料相结合的简易方案,伴随着碳纤维成本降到铝合金的水平,就有望实现全碳纤维车的普及。”(本文首发钛媒体,记者/李勤)

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李勤
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评论(16

  • 江海星 江海星 2017-05-26 10:19 via android

    好长的文章,看来碳纤维材料是个大话题。结合大趋势下的新能源电动车来引出碳纤维材料的好处多多,伴随着问题多多,如何解决,投入生产,为新能源电动车解决续航里程的大问题,值得科学家早日研发出好的产品,让黑色的黄金碳纤维材料不再昂贵和神秘。

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  • 军帅 军帅 回复分析師 2017-05-27 16:51 via android

    现在提军用转民用,会不会加速一些,加上电动车和减排的需求的

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  • 军帅 军帅 回复三元 2017-05-27 16:44 via android

    嗯,里边有,减重10%,油耗降低6%-8%,加速性能提高8% 。这个是文章里边提的。我在家电企业里边工作,这个里边还有一个在特殊情况下,可能引起巨大感官上不同的地方

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  • 李勤 李勤 回复三元 2017-05-27 11:21 via iphone

    两者不对立,都能实现,你要的答案文章里有详述

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  • 三元 三元 2017-05-27 09:25 via iphone

    汽车减重的意义在哪里?减少油耗还是增加速度

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  • 李勤 李勤 回复钛pnh5X5 2017-05-26 22:43 via iphone

    圆梦说得好,不光有梦,还得有落地实践,钛媒体会对碳纤维行业保持持续关注。

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  • 李勤 李勤 回复钛pffKnG 2017-05-26 22:41 via iphone

    好,多多学习

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  • 钛pwEbkQ 钛pwEbkQ 回复钛合金人眼 2017-05-26 21:17 via pc

    使用碳纤维是正常的 你可以参考下目前的豪华跑车 帕加尼 柯尼塞格这种全碳纤维的

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  • 钛pnh5X5 钛pnh5X5 回复李勤 2017-05-26 21:15 via pc

    刚起步的厂家都在圆梦 还没正式进入这个碳纤维市场跟汽车市场 只能说自己相信 正真研发碳纤维这么多年的中复 恒神 光威 他们你们最好了解下 虽然路没走多长 但是国内算是走的比较长的了 他们都不敢这么吹

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  • 钛pffKnG 钛pffKnG 2017-05-26 21:13 via pc

    五年内碳纤维降到一吨降到1万左右 就吹吧 按着成本来算的话 这是要上天 碳纤维原材料你除非用白菜做的 想了解更多碳纤维的 可以去我们官网看看 http://www.txwtyg.com

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  • 李勤 李勤 回复分析師 2017-05-26 11:08 via iphone

    说的对,行业里还有说法是7年,但是主要看新能源车的发展了

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Oh! no

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