新能源汽車快充行業(yè)深度報告

新能源汽車快充行業(yè)深度報告一、解決痛點關(guān)鍵技術(shù)——超級充電1.1汽車充電：能量的來源新能源汽車市場表現(xiàn)強勁。目前新能源汽車增速加速明顯，根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，中國在2016~2021年新能源汽車銷量年復(fù)合增速高達(dá)47.34%。其中2021年全國新能源汽車銷量為352.1萬輛，同比增長157%，連續(xù)7年全球第一，新能源汽車總體汽車銷量占比為13.4%。同時，未來中國新能源汽車將有望延續(xù)高速滲透架勢，根據(jù)2019年12月工信部發(fā)布新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）征求意見稿，明確提出純電動乘用車為未來的主流，到2025年新能源汽車銷量占比達(dá)到25%左右。電動化加速落地：催生龐大充電需求。目前國際知名車企都明確提出自身電動化戰(zhàn)略規(guī)劃，例如大眾計劃2022年之前推出15款MEB

新能源車型；2025年之前推出15款PPE新能源車型，新能源車銷量達(dá)100萬輛，占公司總銷售量20%-25%；2028年前推出70款純電動車型，電動車產(chǎn)量達(dá)2200萬輛。全球電動化趨勢明顯，勢必催生龐大的充電需求。車載充電：新能源汽車能量的來源。電動車與燃油車不同，主要依靠車載動力電池提供能量，電動汽車行駛過程中不斷消耗電能，當(dāng)電量消耗完畢后，電池能量需要補充。其能量補充形式是將電網(wǎng)或者其他儲能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換為電池的能量，該過程稱之為充電。與此同時，OBC（車載充電機(jī)）成為充電過程中的關(guān)鍵部件，其主要負(fù)責(zé)將電網(wǎng)的電壓經(jīng)過充電樁或交流接口，通過連接給予電池充電。充電分類:交流慢充：即傳統(tǒng)的電池充電方式，又稱常規(guī)充電。交流充電設(shè)備沒有功率轉(zhuǎn)換器，直接將交流電輸出，接入車內(nèi)。車載充電機(jī)接受到交流電后將其轉(zhuǎn)換為直流電進(jìn)行充電。因此交流慢充方案通過車量自帶的便攜式充電器即可接入家用電源或?qū)Ｓ贸潆姌哆M(jìn)行充電。交流充電的功率取決于車載充電機(jī)的功率。目前主流車型的車載充電機(jī)有分為2Kw,3.3Kw,6.6Kw等型號。而交流充充電的電流一般在16-32A左右，電流可以是直流或者兩相交流電和三相交流電。目前，混合動力車型交流慢充需要4-8小時充滿，其交流充電的充電倍率基本在0.5C以下。交流慢充的優(yōu)點在于其充電成本較低，不依賴充電樁或者共用充電網(wǎng)絡(luò)就可以完成充電。但是常規(guī)充電的缺點也非常明顯，最大的問題在于充電時間較長，目前大部分電車的續(xù)航里程均超過400KM，常規(guī)充電對應(yīng)的充電時間均在8小時左右，對于有長途行車需求的車主來說，路途中充電焦慮遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他因素。其次，常規(guī)充電的充電模式為低電流充電，其充電模式為線性充電，不能很好地對鋰電池的特性進(jìn)行利用。直流快充：交流慢充的電動車充電問題始終是一大痛點，隨著新能源汽車對更高效率充電方案的需求越來越大，快充方案應(yīng)運而生?？斐湟布纯焖俪潆?，或者地面充電。直流充電樁內(nèi)置功率轉(zhuǎn)換模塊，能將電網(wǎng)或者儲能設(shè)備的交流電轉(zhuǎn)換為直流電直接輸入車內(nèi)電池，無需經(jīng)過車載充電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。直流充電的功率取決于電池管理系統(tǒng)和充電樁輸出功率，兩者取較小值作為輸入功率?？焖俪潆娔Ｊ降拇頌樘厮估壋潆娬?。快速充電模式的電流和電壓一般在150～400A和200～750V，充電功率大于50kW。此種方式多為直流供電方式，地面的充電機(jī)功率大，輸出電流和電壓變化范圍寬。目前市場上特斯拉的快充功率達(dá)到120Kw，半小時能充滿80%電量，充電倍率接近2C。北汽EV200可以達(dá)到37Kw，充電倍率約1.3C。控制系統(tǒng)：BMS充電設(shè)備的轉(zhuǎn)化過程還需要和電動汽車上動力電池的管理系統(tǒng)BMS(BatteryManagementSystem)配合，BMS的最大優(yōu)勢在于充電過程中，會根據(jù)電池的實時狀態(tài)，來改變電池的充電方案，其非線性的充電模式實現(xiàn)了在安全和保障電池壽命兩大前提下的快速充電。BMS的功能主要包括以下幾類：電量狀態(tài)監(jiān)控：最基本的電量狀態(tài)監(jiān)控內(nèi)容是動力電池荷電狀態(tài)（SOC）監(jiān)控，SOC是指電池剩余電量和電池容量的百分比，是車主評估電動車?yán)m(xù)航里程的主要參數(shù)。BMS通過調(diào)用電池包上多個高精度傳感器的數(shù)據(jù)，對電池參數(shù)信息（電壓、電流、溫度等）進(jìn)行實時監(jiān)控，其監(jiān)控精度可達(dá)1mV。精確的信息監(jiān)控外加優(yōu)秀的算法處理，確保了電池剩余電量評估的精準(zhǔn)度。在日常行車過程中，車主可以設(shè)置SOC的目標(biāo)值，以實現(xiàn)車輛能耗的動態(tài)優(yōu)化。電池溫度監(jiān)控：鋰電池對溫度的敏感程度很高，溫度無論過高還是過低都會直接影響電芯的性能，極端情況下會對電池的性能造成不可逆的損傷。BMS能夠通過傳感器監(jiān)控，保障了電池運行的安全環(huán)境。在溫度較低的冬天，BMS會調(diào)用加熱系統(tǒng)對電芯加熱使其達(dá)到合適的充電溫度，避免電池充電效率降低；而在溫度較高的夏天或者是電池溫度過高時，BMS會立即通過冷卻系統(tǒng)降低電池溫度，保障行車安全。電池能量管理：電芯的制作工藝誤差或者實時溫度不一致都會導(dǎo)致其電壓各不相同。因此充電過程中，可能電池內(nèi)一部分電芯已經(jīng)充滿，而另一部分電芯電量還沒充滿。BMS系統(tǒng)通過實時監(jiān)控電芯電壓差值，調(diào)節(jié)減小各個單體電芯之間的電壓差，保證各電芯充電的均衡性，提高充電效率，減小能量消耗。1.24C有望成為產(chǎn)業(yè)趨勢充電問題成為消費者痛點。充電速度始終是貫穿電動車使用過程，目前電動車在全球的快速滲透擴(kuò)張則進(jìn)一步放大了充電速度對于車主行車效率和用戶體驗的影響。在2021年7月召開的金磚充電論壇中，華為表示目前新能源汽車市場已經(jīng)由政策驅(qū)動轉(zhuǎn)化為政策+市場雙輪驅(qū)動，對于目前的消費者而言，存在的主要痛點為：充電、續(xù)航和安全。其中充電問題在很大程度上將影響消費者購買欲望。心理錨定：傳統(tǒng)燃油車的能量補充十分快速，一般場景下，燃油車從進(jìn)入加油站加油到駛出加油站全程不超過10分鐘，且對于長距離行駛來說，加油站數(shù)量眾多，遍布于每一個高速公路驛站。而以400KMH傳統(tǒng)電動車為例，電動車的充電速度普遍在30分鐘朝上，且充電樁的數(shù)量緊張延長了充電的前置等待時間。目前的充電技術(shù)相比于燃油車的加油方式毫無優(yōu)勢。10分鐘的燃油車心理錨定時間始終是廣大客戶衡量電動汽車充電速度快慢的第一標(biāo)準(zhǔn)。超級充電標(biāo)準(zhǔn)孕育而出。C的定義：通常，我們將電池的充放電倍率用C來表示。對于放電，4C放電表示電池4個小時完全放電時的電流強度。對于充電，4C表示在給定的電流強度下，充滿電池400%的電量需要1個小時，也即在給定的電流強度下15分鐘電池能夠完全充電。4C是什么：4C并非全新指標(biāo)，而是在傳統(tǒng)的充放電指標(biāo)如1C、2C基礎(chǔ)上的延伸，是電池充放電性能提升的體現(xiàn)，并且可以看出C的級數(shù)越高，電池充放電性能提升的邊際效果越弱。當(dāng)電池的充電倍率超過4C，其技術(shù)難度的提升以及電池承受的電流壓力更大，但是技術(shù)提升所帶來的正向效應(yīng)變小。因此我們認(rèn)為，4C是目前兼具性能提升和電池技術(shù)承受能力的最優(yōu)解。動力電池充電倍率的迭代進(jìn)程:在早期，受限于當(dāng)時的科技水平，無論是充電技術(shù)還是電池工藝都不允許電池以較高的倍率進(jìn)行充電，對于剛剛實現(xiàn)充電跨越的鉛酸電池，其充電倍率僅為0.1C，充電倍率的提高會對電池壽命產(chǎn)生較大影響。而隨著鋰電池技術(shù)的不斷突破搭配BMS的不斷進(jìn)步，電池的充放電倍率得到了顯著的提升。最早的交流慢充方案充電倍率為0.5C以下。隨著近幾年全球電動汽車的加速滲透，動力電池的充電技術(shù)得到大幅突破，從1C的電動汽車迅速演進(jìn)到2C。2022年，國內(nèi)已有搭載3C電池的汽車進(jìn)入市場。而在2022年的6月23日，寧德時代發(fā)布新款麒麟電池，并表示4C充電預(yù)計將于明年到來。超級充電將成為充電技術(shù)升級必經(jīng)之路。同新能源汽車一樣，手機(jī)對于充電速度的需求也較強，在手機(jī)發(fā)展的過程中充電技術(shù)也在不斷提升：從1983年摩托羅拉

DynaTAC8000X實現(xiàn)充電10小時通話20分鐘，到2014年OPPOFind7宣傳充電5分鐘通話兩小時，到現(xiàn)如今多機(jī)型可以在15分鐘內(nèi)充滿4500mAh容量的電池。智能手機(jī)的充電協(xié)議也從2010年USCBC1.2的5V1.5A提升至2021年USBPD3.1，最大電壓可支持48V。我們認(rèn)為無論是智能手機(jī)還是新能源汽車，實現(xiàn)快速充電都將在很大程度上提升產(chǎn)品使用體驗，同時也是技術(shù)升級的必經(jīng)之路，未來電動車4C充電也將成為產(chǎn)業(yè)趨勢。1.3多企業(yè)布局超級充電目前已經(jīng)有多家企業(yè)已經(jīng)發(fā)布自身快充布局方案，并且自2021年起已經(jīng)陸續(xù)有相關(guān)車型發(fā)布：保時捷推出首款800V快充平臺電車；比亞迪

e平臺3.0發(fā)布，對應(yīng)概念車型ocean-X；吉利極氪001搭載800V快充平臺。同時華為發(fā)布其AI閃充全棧高壓平臺，預(yù)計到2025年將實現(xiàn)5min快充。1.3.1華為：AI閃充全棧高壓平臺將實現(xiàn)5min快充“大電流”與“大電壓”路徑并存，后者成本更優(yōu)。為了達(dá)到更高的充電功率以達(dá)到快充的目的，加大電流或者電壓是必須的，目前市面上采用更“大電壓”技術(shù)路徑的公司多于“大電流”。華為表示：當(dāng)使用“大電壓”技術(shù)路徑時，整車BMS、電池模組成本與

“大電流”路徑持平，但是由于不需要考慮大電流影響，其高壓線束以及熱管理系統(tǒng)成本要相對較低。800V或?qū)⒊蔀橹髁?。在如今主流車型依舊為200V~400V電壓架構(gòu)，為了達(dá)到更高功率以滿足快充需求，電流將會面臨翻倍的可能，這將會給整車散熱以及性能帶來影響。如今包括SiC等功率器件，高壓連接器，高壓充電槍等管徑部件已經(jīng)發(fā)展成熟，選用更高的電壓的同時保證電流處于相對安全的范圍是一個較好的選擇。1.3.2

特斯拉：V4充電功率有望達(dá)到350kW自2012年起，Tesla便著手超充布局。第一代充電樁V1功率為90kW；V2提升至120kW，自V3充電樁起，Tesla采用液冷技術(shù)，運用全新的架構(gòu)使得電池能夠承受更大功率的充電，充電峰值達(dá)到250kW，在峰值情況下充電可以達(dá)到15分鐘為車輛補充250km的續(xù)航里程，V3對于Model3車型來說僅需40min便可將SOC由8%充至90%，相較于V2縮短20min。V4或?qū)⒚媸?，功率有望達(dá)到350kW，峰值電流900A。Tesla在近期法說會問答環(huán)節(jié)中，其汽車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人JeromeGuillen曾公開表示在著手開發(fā)350kW超充充電樁，預(yù)計將試配于Plaid和Cybertruck等車型中。1.3.3

比亞迪：e平臺3.0充電5分鐘續(xù)航150km比亞迪自2003年進(jìn)入新能源領(lǐng)域，在純電車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)三次平臺迭代，其中第一代e平臺發(fā)布于2010年，實現(xiàn)了三電關(guān)鍵技術(shù)的平臺化，在高壓架構(gòu)、大功率電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)控制器等關(guān)鍵部件中實現(xiàn)突破；2016年比亞迪發(fā)布e平臺2.0，首次剔除“33111”概念：以高度集成化為目的，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化、小型化、可組合的模塊產(chǎn)品。并實現(xiàn)了整車的減重以及布局優(yōu)化。2021年比亞比發(fā)布全新概念車型ecean-X，同時推出其搭載的e平臺3.0，其采用八合一電驅(qū)動總成，將電機(jī)、減速器、DC-DC、BMS等部件向結(jié)合，全車EE架構(gòu)由分散式升級為集中式，e平臺3.0將采用全新一代SiC模塊，整車電控功率密度提升30%，最大支持電流、電壓分別為840A、1200V。比亞迪

e平臺3.0同時搭載800V超充平臺，達(dá)到充電5分鐘續(xù)航150km的快充標(biāo)準(zhǔn)。1.3.4保時捷：800V平臺Taycan保時捷Taycan采用完整800V電池架構(gòu)，能夠滿足400V直流快充和800V直流快充，5分鐘能夠?qū)崿F(xiàn)SOC80%的充電。在設(shè)計中，保時捷Taycan采用大眾集團(tuán)J1電平臺改款，由于保時捷Taycan在設(shè)計之初市面上普遍電壓為400V平臺，Taycan使用了升壓器將400V平臺提升至800V，使得其內(nèi)部DC-DC結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時使得其在800V相關(guān)配套設(shè)施并不完善的時期實現(xiàn)了800V快速充電。目前Taycan的充電方案可以適用于家用充電或者外部充電，在充電功率方面第一階段可以提供大約250kW功率，后續(xù)將提升至320kW，在實現(xiàn)快充的同時也能夠通過內(nèi)部的升壓器來實現(xiàn)400V50kW的普通充電。800VMacan車型即將面世。根據(jù)保時捷公開消息，新款Macan將于2023年發(fā)布，新車將搭載800V快充平臺，與Taycan不同，新款Macan將使用大眾集團(tuán)PPE純電平臺，其將作為從零打造的純電平臺，充電功率或?qū)⑦_(dá)到270kW。1.3.5吉利：極氪001支持360kW快充2021年底，吉利發(fā)布基于SEA架構(gòu)的極氪001，售價基于28.1~36.0萬，根據(jù)電機(jī)續(xù)航里程的不同分為“WE”、“YOU”和長續(xù)航版“YOU”，其中“WE”電池容量為86kWh，其余兩款電池容量為100kWh。極氪001由于搭載800V高壓充電平臺，支持理論360kW超級充電，根據(jù)新出行實測數(shù)據(jù)，在400V平臺下，極氪001能夠?qū)崿F(xiàn)28min將SOC由20%充至80%。同時為了適配極氪001，吉利著手已經(jīng)布局全景式充電：家庭7kW充電樁、商區(qū)20kW輕沖、道路樞紐120kW超充以及“即充即走”360kW快充，支配不同應(yīng)用場景滿足多樣化需求，其中“即充即走”超充充電樁由于采用液冷散熱外部線纜外徑小于25mm，同時支持無感支付等功能，極氪預(yù)計將在2023年底全國范圍內(nèi)建設(shè)2200個不同規(guī)格等級的充電樁。1.3.6多品牌布局超級充電樁2022年隨著越來越多的800V平臺電車進(jìn)入大眾視野，相對應(yīng)的充電樁部署也在井然有序進(jìn)行。大眾：純電車布局清晰，超充站建設(shè)積極。大眾集團(tuán)目前純電汽車布局清晰，旗下純電平臺：J1、MEB、PPE對應(yīng)包括大眾ID、奧迪、保時捷等多品牌車型，根據(jù)大眾公布的充電樁戰(zhàn)略規(guī)劃，目前MEB平臺年產(chǎn)量可達(dá)60萬輛，預(yù)計到2025年將會有15款左右的MEB平臺車型面世。充電樁領(lǐng)域，大眾在2019年在國內(nèi)成立CAMS合資公司，提供充電解決方案，截止2021年初已經(jīng)在北京、成都等地布局近40個超級充電站（功率在120~180kW左右）、255做充電站和1800個充電樁。截止2021年初，大眾集團(tuán)在德國已經(jīng)布局1200余個公共充電樁，2022年規(guī)劃在歐洲地區(qū)新建750個充電樁，其中包含300kW快充樁。小鵬：充電業(yè)務(wù)布局超前。早在2018年小鵬就已經(jīng)有第一批超充站投入運營，同時小鵬充電業(yè)務(wù)采取合作模式，可接入多個第三方，同時小鵬在2019年底在充電領(lǐng)域與未來niopower達(dá)成合作。根據(jù)小鵬官網(wǎng)顯示，截止2022年3月底，小鵬自營超充站上線757座，覆蓋全國所有地級行政區(qū)。蔚來：180kW和250A快充。蔚來在超充領(lǐng)域沒有停滯，根據(jù)蔚來官網(wǎng)，截止2022年6月蔚來全國范圍內(nèi)布局超充站超過862個，其擁有最大功率為180kW，能夠在半小時內(nèi)由20%充電至80%。二、800V高壓架構(gòu)或成下一代主流平臺2.1核心在于電壓的升級快充的核心在于提高整車充電功率，提高充電功率主要兩種方式，加大充電電流或者提高充電電壓。目前大多數(shù)純電動汽車的牽引逆變器都使用600V的IGBT模塊，因此將電池組電壓限制在400V左右的峰值，如果充電電壓保持在400V，提高電流會導(dǎo)致充電電纜笨重、傳導(dǎo)熱損失平方級別增長，連接器、電纜、電池的電連接、母線排等的電阻都會發(fā)熱。將母線電壓提高到800V，可以使同一根電纜的充電功率增加一倍，要達(dá)到350或400kW的超高充電功率，800V高壓平臺應(yīng)運而生。對比采用400V總線的特斯拉

Model3和采用800V總線設(shè)計的保時捷Taycan。Model3和Taycan將充電SOC從5%-80%分別需要26分鐘和22.5分鐘。Model3的母線電壓較低，通過使用非常高的超過600A的最大充電電流實現(xiàn)了250kw的最大充電功率。保時捷Taycan采用800V的電池組，通過傳統(tǒng)的直流快速充電器和插頭提供最大充電電流為340A，峰值充電功率270kW。Taycan獲得的充電功率比Model3略高，在800V總線和500A充電電流的情況下，可以達(dá)到400kW的功率。800V高壓架構(gòu)或成為下一代電動車主流平臺。800V高壓系統(tǒng)通常指整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達(dá)到550-930V的系統(tǒng)，統(tǒng)稱800V系統(tǒng)。800V高壓系統(tǒng)以低成本和高效率系統(tǒng)獲得眾多集團(tuán)和品牌青睞，海外現(xiàn)代起亞、大眾集團(tuán)、奔馳、寶馬等，國內(nèi)比亞迪、吉利、極狐、現(xiàn)代、廣汽、小鵬等均重點布局800V高壓平臺。800V高壓架構(gòu)有望成為下一代電動汽車的主流整車電壓平臺。根據(jù)聯(lián)合電子，目前常見的有5種800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)：方案一：車載部件全部800V，電驅(qū)升壓兼容400V直流樁方案。典型特征為：直流快充、交流慢充、電驅(qū)動、動力電池、高壓部件均為800V；通過電驅(qū)動系統(tǒng)升壓，兼容400V直流充電樁。這種方案整車能耗低，無安全風(fēng)險，所有部件要求800V也都是供應(yīng)商在研產(chǎn)品，易于推廣。方案二：車載部件全部800V，新增DCDC兼容400V直流樁方案。典型特征為：直流快充、交流慢充、電驅(qū)動、動力電池、高壓部件均為800V；通過新增400V-800VDCDC升壓，兼容400V直流充電樁。這種方案整車能耗低，無安全風(fēng)險，但系統(tǒng)新增成本較高，不過仍然由于800V部件多家廠商在研，較易推廣。方案三：車載部件全部800V，動力電池靈活輸出400V和800V，兼容400V直流樁方案。典型特征為：直流快充、交流慢充、電驅(qū)動、動力電池、高壓部件均為800V；

2個400V動力電池串并聯(lián)，通過繼電器切換靈活輸出400V和800V，兼容400V直流充電樁。這種方案由于動力電池需要特殊設(shè)計，以避免電池并聯(lián)環(huán)流潛在問題，因此推廣難度較大。方案四：車載部件全部800V，動力電池靈活輸出400V和800V，兼容400V直流樁方案。典型特征為：直流快充、交流慢充、電驅(qū)動、動力電池、高壓部件均為800V；

2個400V動力電池串并聯(lián)，通過繼電器切換靈活輸出400V和800V，兼容400V直流充電樁。這種方案整車能耗高，優(yōu)點在于只需要增加一個DCDC，但這個400V/800VDCDC對安全要求高，推廣不易。方案五：僅直流快充相關(guān)部件為800V，其余部件維持400V，動力電池靈活輸出400V和800V方案。典型特征為：僅直流快充為800V；交流慢充、電驅(qū)動、負(fù)載均為400V；

2個400V動力電池串并聯(lián)，通過繼電器切換靈活輸出400V和800V，兼容400V和800V直流充電樁。這一方案雖然系統(tǒng)新增成本低，整車布置改造難度適中，但是在能耗、電池特殊改動和設(shè)計方面均處于劣勢。綜合考慮性能、系統(tǒng)成本及整車改造工程量，方案一“車載部件全部800V，電驅(qū)升壓兼容400V直流樁方案”預(yù)計是短期內(nèi)快速推廣的解決方案。2.2高電壓帶動多條產(chǎn)業(yè)鏈2.2.1三電系統(tǒng)核心調(diào)整，滿足高壓平臺要求升級至800V高壓平臺，需要對三電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以滿足電氣電壓提升帶來的對耐壓、絕緣等可靠性需求。電池系統(tǒng)：800V電池包的BMS成本比400V高約1/3。成本端，800V的電池包需要兩倍的串聯(lián)電池，因此需要兩倍的電池管理系統(tǒng)(BMS)電壓傳感通道。根據(jù)ImanAghabali等人的測算，400V電池包的BMS總成本約602美金，800V電池包為818美金，即800V電池包的成本比400V高出約1/3。電壓提升對電池包可靠性提出更高要求。對電池包分析表明，一個4p5s配置的電池包在25?C時可以可靠地執(zhí)行約1000次循環(huán)，而2p10s（電壓較4p5s提升一倍）配置的電池包只能達(dá)到800次循環(huán)。電壓提升會降低電池包可靠性主要是因為單個電芯壽命降低（充電功率提升后，電芯充電倍率將由1C提升到≥3C，高充電倍率將造成活性物質(zhì)的損失，影響電池容量和壽命）。在較低電壓的電池包中，并聯(lián)電池更多，可靠性更高。800V高壓平臺線束直徑更小，降低成本和重量。800V電池包與牽引逆變器、快速充電端口和其他高壓系統(tǒng)之間傳輸電力的直流電纜截面積可以減少，從而降低成本和重量。例如特斯拉

Model3在電池組和快速充電接口之間使用了3/0AWG銅線。對于800V系統(tǒng)，將電纜面積減半至1AWG電纜，每米電纜需要的銅得重量將減少0.76kg，因此降低幾十美元的成本?？偨Y(jié)來講，由于爬電距離較少以及總線和PCB周圍的電氣空隙要求較少，400V系統(tǒng)的BMS成本更低，能量密度和可靠性略高。而800V系統(tǒng)的電力電纜更小，快充速率更高。此外，切換到800V電池包還可以提高動力系統(tǒng)特別是牽引逆變器的效率，這種效率的提高可以使電池包的體積縮小，這方面節(jié)省的成本以及在電纜方面節(jié)省的成本可以彌補800V電池包額外的BMS成本。未來隨著組件規(guī)?；a(chǎn)以及成本收益成熟的平衡，會有越來越多的電動車采用800V總線架構(gòu)。2.2.2動力電池：超級快充將成為趨勢動力電池PACK作為新能源汽車的核心能量源，為車輛提供驅(qū)動電能，主要由動力電池模塊、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)以及BMS五大部分組成:1)動力電池模塊就像是電池PACK的“心臟”儲存和釋放能量；2)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可以看作為電池PACK的“骨架”，主要由電池PACK的上蓋、托盤及各種支架等組成，起支撐、抗機(jī)械沖擊和防水防塵的作用；3)電氣系統(tǒng)主要由高壓線束、低壓線束以及繼電器組成，其中高壓線束將動力傳輸?shù)礁鞑考?，低壓線束傳輸檢測信號和控制信號；4)熱管理系統(tǒng)可分為風(fēng)冷、水冷、液冷和變相材料四種，電池在充放電的過程中產(chǎn)生大量熱量，通過熱管理系統(tǒng)將熱量傳導(dǎo)散發(fā)出去，是電池處于合理工作溫度內(nèi)提高電池的安全性并延長使用壽命；5)BMS主要包含CMU和BMU兩大部分，CMU（CellMonitorUnit）為單體監(jiān)控單元，測量電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)通過低壓線束傳送給BMU

（BatteryManagementUnit，電池管理單元），如果BMU評估數(shù)據(jù)異常將會發(fā)出低電量要求或切斷充放電通路對電池進(jìn)行保護(hù)，同時BMU還會對電池的電量和溫度等參數(shù)進(jìn)行判斷，在需要預(yù)警情況下將警示發(fā)送給整車控制器。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，從成本拆分來看，新能源汽車動力成本的50%在于電芯，電力電子和PACK約各占20%，BMS與熱管理系統(tǒng)占10%。2020年全球動力電池PACK裝機(jī)容量為136.3GWh，較2019年增長18.3%，全球動力電池PACK行業(yè)市場規(guī)模從2011年的39.8億美元左右快速增長至2017年的386億美元，預(yù)計2023年全球動力電池PACK市場規(guī)模將達(dá)到1863億美元，2011年至2023年的CAGR約為37.8%，市場空間巨大。2019年中國動力電池PACK市場規(guī)模為522.48億元，裝機(jī)量從2012年的7.85萬套提升至2019年的124.19萬套，CAGR為73.7%，2020年中國動力電池總裝機(jī)64GWh，同比增長2.9%。動力電池快充技術(shù)壁壘高，制約因素復(fù)雜。根據(jù)Lithium-ionbatteryfastcharging:Areview，影響鋰離子電池快充的影響因素來自原子、納米、Cell、電池包、系統(tǒng)等各個層次，各層次皆包含眾多潛在制約因素。據(jù)高工鋰電，負(fù)極高速嵌鋰和熱管理是快充能力兩大關(guān)鍵。1）負(fù)極高速嵌鋰能力可避免出現(xiàn)析鋰、鋰枝晶，從而避免電池容量不可逆衰減和縮短使用壽命。2）電池升溫快會產(chǎn)生大量熱，容易短路起火，同時電解液也需要較高導(dǎo)電率，并且不與正負(fù)極反應(yīng)，能抗高溫、阻燃、防過充。比亞迪刀片電池延續(xù)磷酸鐵鋰技術(shù)路線，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實現(xiàn)更高能量密度。比亞迪刀片電池相較傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池，僅改變電芯形狀，將薄如刀片的電芯組合在一起，使得電池包內(nèi)的空間布局得以優(yōu)化，同樣體積內(nèi)的空間能布設(shè)更多數(shù)量電芯，從而提升電池能量密度，進(jìn)而增加續(xù)航歷程。較塊狀體電池堆疊方式，刀片電池將整體空間利用率從40%左右提升至60%。刀片電池跳過模組來設(shè)計，重量比能量密度可達(dá)180wh/kg，較有模電池組提升約9%。同時得益于獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計，刀片電池也具有了更高穩(wěn)定性和安全性。比亞迪刀片電池的充電循環(huán)壽命超4500次，是三元鋰電池的3倍以上，超過了普通的磷酸鐵鋰電池，刀片電池的等效里程壽命可突破120萬公里。麒麟電池發(fā)布，或?qū)㈤_啟800V時代。2022年6月，寧德時代發(fā)布其第三代CTP技術(shù)電池——麒麟電池，實現(xiàn)能量密度255Wh/kg，體積利用率達(dá)到72%，滿足續(xù)航1000km需求。在結(jié)構(gòu)上，麒麟電池取消橫梁、縱梁，水冷板與隔熱墊由之前的獨立設(shè)計集成為多功能彈性夾層，提高了整體的利用率。由于大面積水冷的加入，麒麟電池能夠支持5min快速熱啟動以及10min快充。比亞迪拳頭產(chǎn)品之一：刀片電池。在提高功率的時候，大電壓/電流將會帶來更多的熱量，散熱問題將是動力電池廠商需要去優(yōu)化的重點。比亞迪拳頭產(chǎn)品刀片電池采用的是疊片式結(jié)構(gòu)，同時其基于磷酸鐵鋰材料體系，自身的耐高溫屬性要強于三元材料。同時刀片電池采用無模組化設(shè)計，由電池直接組成并且均勻排布在電池包內(nèi)，同時也能夠提供更好的散熱。目前搭載刀片電池的比亞迪漢EV補貼后售價20.98萬，在綜合情況下續(xù)航里程可達(dá)506km，充電10分鐘可最大行駛135km。2.2.3SiC：高壓優(yōu)勢明顯電驅(qū)動及電控系統(tǒng)：

新能源汽車推動碳化硅黃金十年。新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到SiC應(yīng)用的系統(tǒng)主要有電機(jī)驅(qū)動器、車載充電器（OBC）/非車載充電樁和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車載DC/DC）。SiC器件在新能源汽車應(yīng)用中具有更大優(yōu)勢。IGBT是雙極型器件，在關(guān)斷時存在拖尾電流，因此關(guān)斷損耗大。MOSFET是單極器件，不存在拖尾電流，SiCMOSFET的導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗大幅降低，整個功率器件具有高溫、高效和高頻特性，能夠提高能源轉(zhuǎn)換效率。電機(jī)驅(qū)動：電機(jī)驅(qū)動中使用SiC器件的優(yōu)勢在于提升控制器效率，提升功率密度和開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗以及簡化電路散熱系統(tǒng)，從而降低成本、大小，改善功率密度。豐田的SiC控制器將電驅(qū)動控制器體積減小80%。電源轉(zhuǎn)換：車載DC/DC變換器的作用是將動力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，從而為動力推進(jìn)、HVAC、車窗升降、內(nèi)外照明、信息娛樂和一些傳感器等不同系統(tǒng)提供不同的電壓。使用SiC器件可降低功率轉(zhuǎn)換損耗并實現(xiàn)散熱部件的小型化，從而減小變壓器體積。充電模塊：車載充電器和充電樁使用SiC器件，能夠發(fā)揮其高頻、高溫和高壓的優(yōu)勢，采用SiCMOSFET，能夠顯著提升車載/非車載充電機(jī)功率密度、減少開關(guān)損耗并改善熱管理。根據(jù)Wolfspeed，汽車電池充電機(jī)采用SiCMOSFET在系統(tǒng)層面的BOM成本將降低15%；在400V系統(tǒng)相同充電速度下，SiC充電量較硅材料可以翻倍。特斯拉引領(lǐng)行業(yè)潮流，率先在逆變器上使用SiC。特斯拉Model3的電驅(qū)動主逆變器采用意法半導(dǎo)體的全SiC功率模塊，包含650VSiCMOSFET，其襯底由科銳提供。目前特斯拉僅在逆變器中引用了SiC材料，未來在車載充電器（OBC）、充電樁等都可以用到SiC。大陸電動車龍頭廠比亞迪漢四驅(qū)版是國內(nèi)首款在電機(jī)控制器中使用自主研發(fā)SiC模塊的電動汽車。借助SiC的低開關(guān)及導(dǎo)通損耗及高工作結(jié)溫特性，漢EV的SiC模塊同功率情況下體積較硅IGBT縮小一半以上，功率密度提升一倍。根據(jù)比亞迪，公司計劃到2023年，在旗下所有電動車中用SiC功率半導(dǎo)體全面替代IGBT。2020年12月，比亞迪半導(dǎo)體公布目前在規(guī)劃自建SiC產(chǎn)線，預(yù)計2021年建成自有SiC產(chǎn)線。多因素推動，SiC大規(guī)模運用甜蜜點到來。盡管SiC功率器件在性能上有諸多優(yōu)勢，但此前SiC的發(fā)展主要受到價格、晶圓質(zhì)量、工藝技術(shù)等限制，沒有被大規(guī)模使用。近兩年，起步較早的Wolfspeed、Rohm、英飛凌等海外廠商不斷進(jìn)行產(chǎn)品迭代，產(chǎn)品性能、質(zhì)量持續(xù)提升；晶圓良率提升，尺寸升級，產(chǎn)能擴(kuò)充，襯底價格快速下探，我們認(rèn)為SiC器件廣泛應(yīng)用的甜蜜點已經(jīng)到來。DieSize和成本是SiC技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心變量。我們比較目前市場主流1200V硅基IGBT及SiC基MOSFET，可以發(fā)現(xiàn)SiC基MOSFET產(chǎn)品較Si基產(chǎn)品能夠大幅減少DieSize，且表現(xiàn)性能更好。但是最大阻礙仍在于WaferCost，根據(jù)Yole測算，單片成本SiC比Si基產(chǎn)品高出7~8倍。SiC電力電子器件價格進(jìn)一步下降，與同類型Si器件價差縮小。根據(jù)CASA，Mouser，從公開報價來看，2020年底650VSiCSBD均價為1.58元/A，同比下降13.2%，與Si器件的價差約3.8倍；1200VSiCSBD均價為3.83元/A，同比下降8.6%，與Si器件的差距約4.5倍。根據(jù)CASA調(diào)研，實際成交價低于公開報價，650VSiCSBD實際成交價格約0.7元/A，1200VSiCSBD價格約1.2元/A，約為公開報價的60%-70%，同比則下降了20%-30%，實際成交價與Si器件價差已經(jīng)縮小至2-2.5倍之間，已經(jīng)達(dá)到了甜蜜點。若考慮系統(tǒng)成本（周邊的散熱、基板等）和能耗等因素，SiC產(chǎn)品已經(jīng)具備一定競爭力，隨著產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)更加成熟和產(chǎn)能不斷擴(kuò)充，未來在下游新能源汽車、光伏逆變、消費類電子等市場應(yīng)用有望加速滲透。車用SiC器件滲透率提升有望帶來市場規(guī)模快速擴(kuò)張。據(jù)Yole統(tǒng)計，新能源汽車是SiC功率器件下游最重要的應(yīng)用市場，預(yù)計到2024年新能源車用SiC功率器件市場規(guī)模將達(dá)到近12億美元。2018年國際上有20多家汽車廠商已經(jīng)在車載充電機(jī)（OBC）中使用SiCSBD或SiCMOSFET。目前以特斯拉

Model3、比亞迪漢為代表的車型在逆變器中采用SiC功率模塊只是車用SiC器件的起步，未來隨著SiC在車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換以及充電樁中滲透率提升，市場空間有望快速擴(kuò)大。僅考慮逆變器的使用，新能源車將消耗絕大部分SiC襯底產(chǎn)能；如果考慮車載OBC、充電樁、DC/DC的SiC使用滲透提升，需求量將更大。從產(chǎn)能角度來看，以特斯拉

Model3為例估算，根據(jù)拆解圖，主逆變器中有24個SiC模塊，每個模塊2個SiCMOSFET，共需要48顆芯片。一個6寸片面積約為8.8輛車所消耗的SiCMOSFET芯片面積，假設(shè)10%邊緣損耗和60%良率，則單個6寸片足夠供應(yīng)約4.7輛車。Model3/Y2019年交貨量30萬輛，消耗6.4萬片SiC，約占當(dāng)年全球產(chǎn)能24%。盡管SiC產(chǎn)業(yè)鏈在快速擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計2025年產(chǎn)能為2019年的10倍，中期測算，僅考慮逆變器的搭載，新能源汽車將占SiC襯底產(chǎn)能50%。根據(jù)Yole及科銳業(yè)務(wù)情況，科銳預(yù)計到2024年，其SiC晶圓可服務(wù)市場規(guī)模約11億美元，SiC器件可服務(wù)市場規(guī)模達(dá)到50億美元?？紤]降價因素2025年新能源汽車SiC需求中樞在59~65億美元。我們假設(shè)2025年全球新能源汽車出貨量1800萬~2000萬輛，考慮SiC晶圓隨著技術(shù)成熟價格下降，假設(shè)單價約2000美元/片，則預(yù)計到2025年新能源汽車僅逆變器SiC需求空間彈性中樞在59~65億美元。此外，新能源汽車DC/DC、車載充電器系統(tǒng)及充電樁中SiC的應(yīng)用將進(jìn)一步提升新能源車用SiC市場規(guī)模！2.2.4隔離芯片：保證信號傳輸安全隔離芯片：隔離器件是將輸入信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出，以實現(xiàn)輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規(guī)器件。電氣隔離能夠保證強電電路和弱電電路之間信號傳輸?shù)陌踩浴?00V電驅(qū)動系統(tǒng)使得系統(tǒng)具有更高的瞬態(tài)共模干擾，就要求逆變器的隔離驅(qū)動芯片能夠承受超過100kV/us的共模瞬態(tài)干擾，否則驅(qū)動信號容易出錯，導(dǎo)致上下橋臂的功率管直通。此外隨著800V電壓的提高，系統(tǒng)需要更高的原副邊絕緣耐壓需求。主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是絕緣工作電壓，對于800V電壓系統(tǒng)，其跨隔離帶的隔離芯片需要承受至少800V的絕緣工作電壓，保證至少15-20年的工作壽命。另外隔離芯片的外部爬電距離的要求也比之前有了很大提高。新能源車安規(guī)和設(shè)備保護(hù)要求驅(qū)動單車隔離需求大幅增加。新能源汽車較傳統(tǒng)燃油車電氣化程度更高，安規(guī)和設(shè)備保護(hù)需求高，數(shù)字隔離類芯片也更多地應(yīng)用于新能源汽車高瓦數(shù)功率電子設(shè)備中，包括車載充電器（OBC）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)控制驅(qū)動逆變器、CAN/LIN總線通訊等汽電子系統(tǒng)，成為新型電子傳動系統(tǒng)和電池系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。此外，汽車內(nèi)部設(shè)計簡單化發(fā)展要求數(shù)字隔離芯片具有高集成度，集成了接口、驅(qū)動、采樣等功能的隔離芯片更具優(yōu)勢。數(shù)字隔離國際龍頭起步較早，國產(chǎn)替代大有可為。國際半導(dǎo)體公司在數(shù)字隔離芯片領(lǐng)域起步較早，并在長期以來占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位。根據(jù)MarketsandMarkets數(shù)據(jù)，2020年全球前5大數(shù)字隔離芯片供應(yīng)商為TI、SiliconLabs、ADI、Broadcom（博通公司）以及Infineon，CR5達(dá)40%-50%，剩余市場主要被NVE公司、ROHM（羅姆半導(dǎo)體）、MAXIM（美信公司）、Vicor公司、ON（安森美半導(dǎo)體）等公司占據(jù)。中國廠商布局相對較晚，目前實現(xiàn)量產(chǎn)且銷售的廠商不多，主要包括納芯微、中科格勵微、榮湃半導(dǎo)體和川土微電子等。2.2.5磁性元件：單車價值量提升顯著磁性元件是變壓器和電感的統(tǒng)稱。其中：變壓器是指利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能變換或把電能從一個電路傳遞到另一個電路的靜止電磁裝置，其主要功能有隔離、電壓變換。電子變壓器在電子設(shè)備中占有重要地位，尤其是在電源設(shè)備中，交流電壓和直流電壓幾乎都要經(jīng)過變壓器變換和整流取得。電子變壓器按照用途通常又分為：電源變壓器、開關(guān)電源變壓器、音頻變壓器、脈沖變壓器、特種變壓器等。電感器是一種儲能元件，利用電磁感應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來。其結(jié)構(gòu)類似于變壓器，但只有一個繞組。電感器的主要功能是篩選信號、過濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等。變壓器為磁性元件主要市場，預(yù)計2025年市場規(guī)模達(dá)到786.8億。在磁性元件中，變壓器由于其多應(yīng)用場景以及技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷革新，目前已經(jīng)發(fā)展成為磁性元件的主要市場。根據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021年全球電子變壓器市場規(guī)模達(dá)到668.4億，同比增長8.5%，預(yù)計到2025年全球電子變壓器市場規(guī)模將達(dá)到786.8億，2020~2025CAGR5.0%。在下游應(yīng)用領(lǐng)域，目前照明仍然是電子變壓器最大的應(yīng)用市場，在全球下游應(yīng)用占比中份額約為24%，家用電器、通訊設(shè)備分別占15%、14%，預(yù)計未來隨著新能源汽車、光伏、工控、消費電子等領(lǐng)域的發(fā)展，其在電子變壓器領(lǐng)域的