【原创】行业报告丨电助力自行车材料及轻量化发展调研报告

实际上，电助力自行车的历史可以追溯到19世纪90年代。1895年，小奥格登·博尔顿(Ogden Bolton Jr.)申请了一项专利，他发明了第一辆后轮装有6极电刷换向器的直流轮毂电机的电池驱动自行车。这辆电动自行车拥有10伏特的电池，可以产生100安培的电流，但由于非常笨重，几乎不能骑行。

随着电池和电机的工艺成型，真正的电助力自行车才诞生。1989年，雅马哈制造了最早的原型车之一，这台原型车看起来非常类似于现代的电助力自行车。

电动助力车的动力控制和扭矩传感器是在20世纪90年代开发的。1992年，Vector Service Limited推出了第一辆名为Zike的电动助力自行车，配备了内置在车架中的镍铬电池和一个重达850克的磁铁电机。然而，销量非常低，原因尚不清楚，可能是因为生产成本过高。

1993年，雅马哈发明了第一个踏板辅助系统。与此同时，美国汽车偶像李·艾柯卡(Lee Iacocca)于1997年创立了EV Global motors。EV Global生产了一款名为e-bike SX的电动助力自行车，这是最早用于推广电动助力的概念之一。当时笨重的电动助力自行车使用铅酸电池，而新车型则采用镍氢电池、镍镉电池和锂离子电池。锂离子电池的应用是电动自行车技术中最重要的突破之一，更高的能量密度让易用性大大提升。

自1998年以来，电动助力自行车的使用量迅速增长。中国自行车协会的数据显示，中国是全球最大的电动自行车生产国。2004年，中国在全球销售了超过750万辆电动自行车，比前一年翻了一番。

• 钢架

钢架结构具有较强的承重能力和明显的价格优势，因此在一些旅行车上仍然广泛使用。钢架的高强度和刚性使其能够承受更大的重量，适合长途旅行和携带大型物品。此外，钢架的价格相对较低，使其成为经济实惠的选择。钢架主要使用的材料有4130铬钼钢和雷诺钢材。

• 铝合金

铝合金在各个方面的性能相对均衡，价格也相对较低，因此在日常使用中非常常见。铝合金车架具有良好的轻量化特性，使得自行车更加灵活和易于操控。然而，铝合金的刚性和强度较弱，使用寿命相对较短，因此在需要更高承载能力和耐久性的场景下可能不太适合使用。铝合金车架主要使用的是6000系和7000系铝材。

• 碳纤维

碳纤维是目前主流的高端公路车和山地车车架材料。它具有重量轻、吸震性好和强度高等特点。碳纤维车架的轻量化设计使得自行车更加灵活和快速，非常适合竞技性骑行。然而，碳纤维结构在横向受力时容易断裂，这仍然是一个待解决的技术难题。碳纤维车架的制造工艺非常复杂，价格较高，因此成为高端自行车的首选材料。

目前主流的顶级车架通常采用T700或T800等材料作为车架主体，而T1000则主要用于提高刚性的关键部位，例如五通和后下叉，以获得最大的收益。

• 钛合金

钛合金是一种轻量化材料，仅次于碳纤维，在材料中具有出色的强度和耐腐蚀性能，略低于钢材的强度。钛合金车架的疲劳寿命比一般钢车架和铝车架高出5倍，这意味着自行车的使用寿命将会延长。钛合金车架的轻量化设计使得自行车更加轻巧和灵活，非常适合追求高性能的骑行者。然而，由于制作工艺和焊接技术的复杂性，钛合金车架的价格成本非常高，因此只有在高端自行车市场上才会选择使用钛合金车架。

目前主流的钛合金车架主要有两种类型，分别是6-4钛合金和3-2.5钛合金。

• 镁合金

镁合金在自行车领域具有独特的地位。它是一种新兴材料，自上世纪80年代起就开始受到人类的关注和探索。著名的自行车制造商如Cannondale、Pinarello等也加入了镁合金自行车的制造热潮。然而，尽管Pinarello和美利达试制的镁合金自行车在环法比赛上取得了不凡成绩，但由于生产制造技术难度太高、成品质量问题等原因，未能成功商业化，导致放弃了对镁合金车架自行车的努力。

对比碳纤维我们会发现，碳纤维制作工艺中的手工成分多，不如镁合金那么适合大批量生产，因此它需要花费的成本就比较大，时间就比较长，对工艺的要求也比较高。

因此随着一体化成型的压铸技术和镁合金技术的发展，市场再次开启对于镁合金自行车的尝试。

根据知名市场分析机构Mordor Intelligence公布的数据，2021年全球电助力自行车市场规模达到了272.2亿美元，相较2020年增幅高达13.9%。预计到2029年，全球市场规模将接近2255亿元，未来六年的复合年增长率（CAGR）为12.2%。

全球电助力自行车市场的主要厂商包括Giant、Accell Group、Pon和Riese & Müller等，这四大厂商占有全球约27%的市场份额。

旅游电动车是全球电助力自行车市场上最大的产品细分，占有约36%的市场份额。

电助力技术是电助力自行车的核心技术，它主要包括了电机、电池和控制系统三个方面。这三个方面的技术水平和性能指标直接影响了电助力自行车的续航里程、动力输出、智能化程度和成本等重要因素。近年来，随着科技的进步和市场的需求，电助力技术也不断地取得了突破和创新。

在整车方面，主要的玩家有日本的雅马哈、美国的特雷克、中国的捷安特等。这些企业在电助力自行车的设计、制造和销售方面都有较强的竞争力，提供了多种类型和档次的产品，满足了不同消费者的需求。雅马哈是电助力自行车的先驱，早在1993年就推出了第一款电助力自行车，目前在日本市场占有率超过50%。特雷克是美国最大的自行车品牌之一，其电助力自行车以高性能、高品质和高价格著称，主要针对高端市场。捷安特是中国最大的自行车品牌之一，其电助力自行车以价格优惠、功能齐全和性价比高而受到欢迎，主要针对中低端市场。

在电池方面，轻量化、高能量密度、长寿命和低成本是电池技术发展的主要方向。目前，以小圆柱三元锂电池为代表的锂离子电池已经成为了电助力自行车的主流电池类型，它具有重量轻、容量大、循环寿命长、安全性高等优点。据统计，2019年全球锂离子电池产量达到了1.5亿千瓦时，其中约有10%用于电助力自行车领域。未来，随着锂离子电池材料和工艺的改进，以及固态锂电池等新型锂电池的研发和应用，电助力自行车的续航能力将会进一步提升。

在电机方面，高效率、低噪音、小体积和智能化是电机技术发展的主要方向。目前，以高速永磁无刷直流电机为代表的无刷电机已经逐步替代了有刷有齿直流电机，并成为了电助力自行车的主流电机类型，它具有效率高、噪音低、体积小、寿命长等优点。据统计，2019年全球无刷直流电机产量达到了2.4亿台，其中约有15%用于电助力自行车领域。未来，随着无刷直流电机性能的优化，以及无刷自整角机等新型无刷电机的推广和应用，电助力自行车的动力输出将会进一步增强。

综上所述，电助力自行车行业是一个充满活力和创新的领域，各个环节都有着强大的技术支撑和竞争优势。随着社会对环保、健康和便捷出行的需求日益增长，电助力自行车市场将会持续扩大和发展，为消费者带来更多的选择和价值。

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作者：文镁轻量化调研员-王如昕

排版：吴姬慧

审核：梅艳南