新能源汽車充電樁行業(yè)市場(chǎng)分析

新能源汽車充電樁行業(yè)市場(chǎng)分析1.充電樁是推動(dòng)汽車電動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)施，大功率快充有望加速發(fā)展1.1.充電樁是保障電動(dòng)汽車出行的基礎(chǔ)設(shè)施，行業(yè)增速確定充電樁是保障電動(dòng)汽車用戶出行的基礎(chǔ)設(shè)施，是推動(dòng)汽車電動(dòng)化的最基礎(chǔ)抓手。據(jù)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2022年12月相比2022年11月全國(guó)新增6.6萬臺(tái)公共充電樁，同比增長(zhǎng)56.7%，截至2022年12月，聯(lián)盟內(nèi)成員單位總計(jì)上報(bào)公共類充電樁179.7萬臺(tái)，2022年1月-2022年12月，月均新增公共類充電樁約5.4萬臺(tái)。根據(jù)電源輸入能力不同，充電樁可分為3種充電類別，分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。目前2級(jí)充電樁較為常見，由于充電時(shí)間較長(zhǎng)，主要適用于家庭、工作場(chǎng)所、賣場(chǎng)、飯店等“目的地充電”場(chǎng)景，3級(jí)充電設(shè)施主要應(yīng)用于交通繁忙、停留時(shí)間較短的地點(diǎn)。根據(jù)電流輸出方式不同，充電樁又可分為交流充電樁和直流充電樁，二者均固定在電動(dòng)汽車外、與交流電網(wǎng)相連，主要區(qū)別在于AC-DC變流環(huán)節(jié)不同。交流充電樁直接輸出的交流電，需要先經(jīng)過車內(nèi)OBC轉(zhuǎn)換為直流電再向電池充電，充電速度較慢，俗稱“慢充”，而直流充電樁將AC-DC變流環(huán)節(jié)外置，輸出的直流電可以直接向電池充電，并且可以通過多模塊并聯(lián)實(shí)現(xiàn)極大的充電功率，充電速度較快，俗稱“快充”。1.2.充電樁往大功率快充方向發(fā)展，技術(shù)難度不斷提高交流充電樁本質(zhì)是一個(gè)帶控制的插座，主要包含交流電表、控制主板、顯示屏、急停旋鈕、交流接觸器、充電槍線等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，需要車載充電機(jī)自己進(jìn)行變壓整流，幾乎不涉及功率器件。直流充電樁結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，包括充電模塊、主控制器、絕緣檢測(cè)模塊、通信模塊、主繼電器等部分，其中充電模塊又稱功率模塊，核心功能是將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)化為可直接向電池充電的直流電，組成部分包括半導(dǎo)體功率器件、集成電路、磁性元件、PCB、電容、機(jī)箱風(fēng)扇等，是充電模塊的關(guān)鍵組成部分。據(jù)第一電動(dòng)網(wǎng)數(shù)據(jù)，充電樁硬件設(shè)備構(gòu)成中充電模塊占比最高約50%，其中功率器件占比約30%，磁性元件（25%）、半導(dǎo)體IC（10%）、電容（10%）、PCB（10%），其他如機(jī)箱風(fēng)扇等占15%。以15kW電池充電器模塊為例，目前常見直流充電樁拓?fù)潆娐凡捎?相380VAC輸入電壓經(jīng)過兩路3相Vienna功率因數(shù)校正（PFC）后得到800V直流電壓，再經(jīng)過兩路全橋LLCDC/DC電路后輸出250V-750V直流電壓供電動(dòng)汽車使用，功率器件在PFC整流電路以及LLCDC/DC電路中均有應(yīng)用，并在提高電路效率、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮重要作用。1.3.直流快充需求旺盛，大功率充電面臨藍(lán)海市場(chǎng)目前交流充電樁仍占主流，但直流快充有望提速發(fā)展。由于直流充電樁面臨更高的技術(shù)壁壘，目前公共類充電樁當(dāng)中交流充電樁仍為主流，占比約60%，直流充電樁只占據(jù)約40%市場(chǎng)份額，但直流充電樁充電速度更快、充電時(shí)間更短，更加匹配電動(dòng)汽車用戶臨時(shí)性、應(yīng)急性的充電需求，據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟發(fā)布的《2021中國(guó)電動(dòng)汽車用戶充電行為白皮書》，直流充電樁已成為99.3%用戶的首選，因此直流充電樁面臨較大的需求缺口，未來有望提速發(fā)展。大功率充電樁可助力用戶獲得更貼近傳統(tǒng)燃油車加油的充電體驗(yàn)。要解決電動(dòng)汽車用戶面臨的“充電焦慮”，除了提升充電樁布局密度，還要進(jìn)一步縮短充電時(shí)間。目前國(guó)內(nèi)常見的普通快充設(shè)備充電時(shí)間仍需要40min左右，而慢充則需要8h左右，與傳統(tǒng)燃油車只需要5min即可加油完畢的體驗(yàn)相差較遠(yuǎn)。相對(duì)于普通直流快充，大功率高壓充電技術(shù)可幫助電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)能，助力用戶獲得更貼近傳統(tǒng)燃油車加油的充電體驗(yàn)。目前大功率直流充電技術(shù)受到國(guó)際廣泛關(guān)注，各國(guó)相繼開展大功率充電技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)制定，日標(biāo)CHAdeMO及國(guó)標(biāo)GB/T直流快充最大功率正在由400kW/250kW共同邁向900kW，歐洲已經(jīng)完成了350kW大功率充電標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，目前正與美標(biāo)一同向460kW發(fā)展。提高充電速度的方式主要包括提高電流和提高電壓兩種。大電流模式容易產(chǎn)生高熱量損失，能夠?qū)崿F(xiàn)的功率上限并不高，而且大電流下線束加粗也會(huì)增加整車成本、降低使用便捷性，因此采用高電壓平臺(tái)架構(gòu)提高功率成為大多數(shù)廠商的選擇。高電壓技術(shù)的落地和推廣，需要電動(dòng)汽車端、電池端、充電樁端三方聯(lián)動(dòng)，需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展、共同建設(shè)大功率高壓快充產(chǎn)業(yè)生態(tài)。汽車端：目前電動(dòng)汽車架構(gòu)由400V升至800V所需的電池包、電驅(qū)動(dòng)、PTC、空調(diào)壓縮機(jī)、車載充電機(jī)等高壓零部件供應(yīng)鏈基礎(chǔ)已較為完備，各龍頭車企已爭(zhēng)相入局搶占市場(chǎng)。2019年4月保時(shí)捷TaycanTurboS全球首發(fā)，成為業(yè)內(nèi)首款采用800V高電壓架構(gòu)的車型，并將最大充電功率提升到350kW，可以在22.5分鐘內(nèi)把TaycanTurboS容量93.4kWh的動(dòng)力電池從5%充至80%，提供300公里的續(xù)航能力。2021年9月，比亞迪發(fā)布e平臺(tái)3.0，有800V閃充功能，實(shí)現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航150公里。吉利推出的極氪001具備400V和800V兩種電壓架構(gòu)，10%-80%SOC充電時(shí)間僅需30分鐘，充電5分鐘續(xù)航可增加120公里。2021年11月，小鵬汽車在2021廣州車展展示的G9車型成為國(guó)內(nèi)首款基于800V高壓SiC平臺(tái)的量產(chǎn)車，充電5分鐘最高可補(bǔ)充續(xù)航200公里，已于2022年Q3上市。理想汽車將同步研發(fā)Whale以及Shark平臺(tái)800V高壓架構(gòu)車型，并配備400kW大功率充電樁，計(jì)劃于2023年以后每年至少推出兩款高壓純電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航400公里。電池端：動(dòng)力電池是新能源汽車的核心零部件，對(duì)新能源汽車的成本、續(xù)航里程、安全性發(fā)揮重要影響。據(jù)電池中國(guó)，快充技術(shù)對(duì)于電池包的熱管理系統(tǒng)性能以及電芯層面能量密度、充電速度和安全性的平衡都提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)多家動(dòng)力電池企業(yè)已在各方面取得技術(shù)突破，布局高電壓平臺(tái)動(dòng)力電池市場(chǎng)。蜂巢能源2019年發(fā)布自主研發(fā)的全球首款短刀電池，能夠?qū)崿F(xiàn)A0級(jí)以上車型500km以上續(xù)駛里程，并實(shí)現(xiàn)2-4C快充性能，滿足800V高壓電氣架構(gòu)高端車型應(yīng)用，0-80%SOC快充時(shí)間控制在30min以內(nèi)。孚能科技自主研發(fā)的800VTC超充超壓技術(shù)可實(shí)現(xiàn)整包充電等效2.2C，10%-80%SOC充電僅需15min，兼容400-800V系統(tǒng)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)可量產(chǎn)的800V高電壓平臺(tái)，公司也憑借該技術(shù)獲“2021高工金球獎(jiǎng)——年度創(chuàng)新技術(shù)”獎(jiǎng)項(xiàng)。寧德時(shí)代在超快充技術(shù)開發(fā)方面同樣走在前列，通過超電子網(wǎng)、快離子環(huán)、各向同性石墨、超導(dǎo)電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片、多極耳、陽極電位監(jiān)控等多種技術(shù)手段，可實(shí)現(xiàn)最快5分鐘充至80%電量。充電樁端：將DC500系統(tǒng)升級(jí)到DC950系統(tǒng)后，只需變更充電槍線、直流熔絲、直流接觸器等配電器件，充電模塊等核心部件無需重新選型，因此充電樁逐步實(shí)現(xiàn)1000V以下的高壓化較為容易。而當(dāng)電壓提升至1000V以上，直流充電樁的結(jié)構(gòu)將發(fā)生較大改變，同時(shí)面臨來自技術(shù)、成本等方面的一系列挑戰(zhàn)。在結(jié)構(gòu)層面，目前主流充電樁是一體機(jī)，而大功率充電需要把核心控制模塊和電路放在后端設(shè)備，多個(gè)充電終端共用一套后端設(shè)備從而形成分體機(jī)。在技術(shù)層面，目前主流充電樁采用風(fēng)冷散熱模塊，通過高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇將空氣由前面板吸入后在模塊尾部排出，帶走機(jī)柜內(nèi)的熱量，實(shí)現(xiàn)降溫效果，但空氣中夾雜的灰塵、鹽霧、水氣等會(huì)在散熱過程中吸附在機(jī)柜內(nèi)部、腐蝕核心器件，導(dǎo)致系統(tǒng)充電效率降低、損耗設(shè)備壽命，同時(shí)風(fēng)冷散熱模塊運(yùn)行時(shí)噪聲超70dB，也會(huì)給充電樁附近居民帶來噪音干擾。大功率充電樁對(duì)于散熱性能的要求更高，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)難以滿足其散熱需求，液冷散熱技術(shù)成為必然選擇。液冷技術(shù)則通過冷卻液在密閉通道中循環(huán)，實(shí)現(xiàn)發(fā)熱器件與散熱器之間的熱交換，采用大風(fēng)量低頻風(fēng)扇或水冷機(jī)散熱，解決了傳統(tǒng)散熱方式下故障率高以及噪聲污染兩大痛點(diǎn)問題，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率。在成本層面，一方面涉及到2015年以前建設(shè)的大量充電樁已不再滿足當(dāng)前大功率充電樁趨勢(shì)下的性能需要，老舊充電樁改造升級(jí)面臨著來自設(shè)備更換、場(chǎng)地施工等各方面的成本壓力；另一方面，在大型城市、繁華地段布局充電樁面臨著較為顯著的城市空間成本，對(duì)于大功率充電樁的體積提出更高要求。大功率充電發(fā)展趨勢(shì)有助于更高性能功率器件產(chǎn)品的導(dǎo)入。首先，目前實(shí)現(xiàn)大功率充電的方式主要依托于高壓架構(gòu)，因此需要應(yīng)用擊穿電壓更高的功率器件；其次，充電樁運(yùn)營(yíng)商對(duì)于成本比較敏感，因此為降低運(yùn)營(yíng)成本，充電樁需要應(yīng)用轉(zhuǎn)換效率更高、導(dǎo)通損耗更小的功率器件；最后，為控制城市空間成本、減少占地面積，要求充電樁功率密度更高，相同尺寸下可以設(shè)計(jì)更高功率的充電樁產(chǎn)品，應(yīng)用更高性能的功率器件有助于簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，降低應(yīng)用成本。1.4.國(guó)內(nèi)廠家具備成本優(yōu)勢(shì)，充電樁出海有望打開市場(chǎng)1.4.1.海外新能源汽車滲透率快速上升，市場(chǎng)空間廣闊歐洲方面，近年來，伴隨著歐盟收緊減排政策以及各國(guó)政府相繼推出政策優(yōu)惠，新能源汽車在歐洲發(fā)展迅速，發(fā)展前景可觀。北美方面，美國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)方興未艾，根據(jù)Marklines的數(shù)據(jù)顯示，2021年美國(guó)的新能源汽車滲透率僅僅為4.4%，顯示出巨大的增長(zhǎng)潛力，預(yù)計(jì)在2025年美國(guó)的新能源汽車銷量能夠達(dá)到大約473萬輛，新能源汽車的保有量能夠達(dá)到1100萬輛。同時(shí)在政策層面，2022年拜登總統(tǒng)在其簽署的《2022年通脹削減法案》中取消了對(duì)于車企的銷量上限，并對(duì)購買新車提供稅收減免，美歐新能源汽車市場(chǎng)前景廣闊。1.4.2.海外市場(chǎng)充電樁基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后，顯示巨大市場(chǎng)缺口與新能源汽車的快速發(fā)展相對(duì)應(yīng)的是海外市場(chǎng)充電樁基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展緩慢，顯示出明顯的滯后性，公路充電樁缺口較大。根據(jù)ACEA的數(shù)據(jù)顯示，歐洲充電樁的分布極其不均，主要分布在荷蘭、法國(guó)、德國(guó)等5個(gè)國(guó)家。美國(guó)的新能源汽車發(fā)展起步，但充電樁的配套相比之下更為不足，據(jù)IEA和AFDC數(shù)據(jù)，2021年美國(guó)新能源汽車保有量204萬輛，充電樁保有量?jī)H有13.3萬臺(tái)，車樁比高達(dá)15.3:1。歐洲的車樁比也有較大缺口，據(jù)IEA數(shù)據(jù)，2021年歐洲新能源汽車保有量546萬輛，公用充電樁35.6萬臺(tái)，對(duì)應(yīng)車樁比15.3:1。1.4.3.國(guó)外龍頭企業(yè)主導(dǎo)歐美市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)有望借助成本優(yōu)勢(shì)打開市場(chǎng)目前歐美的充電樁市場(chǎng)由其本土企業(yè)主導(dǎo)，包括老牌電氣龍頭企業(yè)（如ABB、西門子和施耐德等）以及第三方充電樁廠商（如北美Chargepoint、歐洲EVBox等）。國(guó)內(nèi)企業(yè)出海面臨著認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、客戶渠道等競(jìng)爭(zhēng)壁壘，例如中國(guó)的充電樁生產(chǎn)進(jìn)入歐洲需要通過CE等認(rèn)證，進(jìn)入美國(guó)則需要UL、FCC等認(rèn)證，對(duì)技術(shù)水平要求較高。不過國(guó)內(nèi)企業(yè)的充電樁制造和人工成本較低，商業(yè)化成熟度高，有望打開海外市場(chǎng)。2.高容量電池+大功率快充有望在速度上追趕換電模式電動(dòng)汽車換電可分為集中充電和充換電兩種模式。集中充電模式通過集中型充電站對(duì)大量電池進(jìn)行集中存儲(chǔ)、集中充電、統(tǒng)一配送，電池配送站負(fù)責(zé)進(jìn)行電池更換，充換電模式則由換電站同時(shí)負(fù)責(zé)電池充電和電池更換，擁有快換系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等多項(xiàng)功能模塊，充換電模式是當(dāng)前市場(chǎng)普遍采用的換電方式。據(jù)樂晴智庫，換電站內(nèi)充電系統(tǒng)主要以集中充電、交流慢充的方式對(duì)電池進(jìn)行充電，充電模塊仍是充電系統(tǒng)的核心部件，供應(yīng)商包含泰坦、通合、華為等，充電功率約10kW-60kW，充電電壓200V-500V，因此相比大功率快充，換電模式對(duì)于功率器件的性能要求更低。換電可以避免充電等待時(shí)長(zhǎng)，快捷、靈活地解決充電難、充電慢問題，是能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車快速補(bǔ)能、助力用戶獲得加油站加油體驗(yàn)的另一路徑。換電技術(shù)能夠在當(dāng)前車樁比緊張、快充充電樁供不應(yīng)求的情況下承接部分充電需求，尤其是在超級(jí)充電樁尚未大規(guī)模推廣、普通充電又難以滿足部分車輛運(yùn)營(yíng)需求的應(yīng)用場(chǎng)景下，換電技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。此外，換電能夠在重載荷和載荷敏感應(yīng)用場(chǎng)景中降低車輛對(duì)電池裝機(jī)的需求，“車電分離”模式還可以降低初次購置價(jià)格，目前換電技術(shù)主要由重卡、運(yùn)營(yíng)車輛等市場(chǎng)開始切入。據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，蔚來占據(jù)國(guó)內(nèi)換電市場(chǎng)較大份額。根據(jù)蔚來官方網(wǎng)站數(shù)據(jù)顯示，截至2022年，蔚來累計(jì)建設(shè)1300多座換電站、13000多根充電樁。蔚來換電技術(shù)擁有超過1400項(xiàng)專利，于2022年12月24日（NIODay）發(fā)布了第三代換電站與500kW超快充。第三代換電站采用全新的三工位協(xié)同換電模式，相較第二代換電站服務(wù)能力提升30%，單日最大換電能力提升至408次，單次換電時(shí)間進(jìn)一步縮短，縮短了20%；第三代換電站還將配備2顆激光雷達(dá)和2顆英偉達(dá)OrinX芯片，總算力達(dá)到508TOPS，可實(shí)現(xiàn)車輛召喚換電功能，以創(chuàng)新性功能直擊客戶需求。同時(shí)運(yùn)用了自主研發(fā)的HPC雙向大功率液冷電源模塊，使得最高效率達(dá)到98%，充放電功率達(dá)到62.5千瓦，使得換電站內(nèi)電池充放電效率大幅提高，有利于電網(wǎng)互動(dòng)流暢和諧，第三代換電站將會(huì)從2023年3月起全面部署。據(jù)蔚來NIOPower2025換電站布局計(jì)劃，2022-2025年蔚來將在中國(guó)市場(chǎng)每年新增600座換電站，至2025年底蔚來換電站全球總數(shù)超4000座，其中中國(guó)以外市場(chǎng)換電站約1000座。隨著快充技術(shù)快速發(fā)展，換電優(yōu)勢(shì)將被削弱。據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至2022年3月，國(guó)內(nèi)換電站保有量達(dá)到1451座，同比增長(zhǎng)136.7%，其中北京市以269座換電站保有量位列各省份換電站總量排行榜榜首。隨著2021年11月《電動(dòng)汽車換電安全要求》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施、各車企積極研發(fā)和投放換電車型，換電模式市場(chǎng)規(guī)模有望穩(wěn)步增長(zhǎng)。據(jù)《中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略與路線圖研究2021-2035》預(yù)判，在輕型車領(lǐng)域，隨著快充技術(shù)快速發(fā)展，換電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將有所削弱，而在快充較難滿足需求的重卡領(lǐng)域，換電技術(shù)能夠助力車輛實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，近中期發(fā)展有望加速，中長(zhǎng)期有望形成“快充+換電”并存格局。3.作為下一代技術(shù)路線，V2G尚處于摸索階段V2G（Vehicle-to-grid）即車輛到電網(wǎng)，描述了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間的雙向流動(dòng)關(guān)系。電動(dòng)車在電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)，可以吸納電能，在電網(wǎng)負(fù)荷高時(shí)釋放電能。電動(dòng)汽車用戶可以通過電力市場(chǎng)交易獲得輔助調(diào)峰服務(wù)補(bǔ)貼或峰谷電價(jià)差的收益，降低電動(dòng)汽車的使用成本；電網(wǎng)公司借助用戶側(cè)靈活的儲(chǔ)能資源調(diào)控負(fù)荷，能夠減少電網(wǎng)在儲(chǔ)能建設(shè)上的投資，提高電網(wǎng)效率和可靠性；V2G技術(shù)降低用戶使用電動(dòng)汽車的成本，間接提高了市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車的需求，新能源汽車企業(yè)亦將受益。國(guó)家已出臺(tái)多項(xiàng)相關(guān)政策，鼓勵(lì)發(fā)展V2G技術(shù)。2020年國(guó)務(wù)院出臺(tái)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》強(qiáng)調(diào)，在推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)，需要同步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)間融合，尤其是加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)（V2G）能量互動(dòng)，鼓勵(lì)地方開展V2G示范應(yīng)用。歐美等國(guó)多以車企牽頭推進(jìn)V2G技術(shù)的應(yīng)用落地，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)是世界上最大的公用事業(yè)企業(yè)，在推動(dòng)V2G示范落地上具有巨大優(yōu)勢(shì)。威馬汽車與國(guó)家電網(wǎng)聯(lián)合，共同推進(jìn)V2G技術(shù)的落地應(yīng)用，于2020年6月順利通過全項(xiàng)V2G技術(shù)的車、樁實(shí)測(cè)與道路測(cè)試，并成為首家應(yīng)用V2G技術(shù)落地的造車新勢(shì)力。在電網(wǎng)和新能源汽車對(duì)V2G的協(xié)同發(fā)展下，晟曼科技、星星充電等充電樁建設(shè)運(yùn)營(yíng)商也開始布局該領(lǐng)域，未來，V2G技術(shù)將持續(xù)開拓充電基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)海市場(chǎng)。V2G技術(shù)處在早期探索階段，市場(chǎng)尚未成熟。V2G從20世紀(jì)90年代起進(jìn)入各國(guó)研究領(lǐng)域，在中國(guó)，V2G技術(shù)仍處于試驗(yàn)驗(yàn)證和示范運(yùn)行階段，尚未進(jìn)行商業(yè)推廣。V2G技術(shù)的使用需要不同技術(shù)組件之間的協(xié)調(diào)互動(dòng)，即新能源汽車、充電樁和電網(wǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性配合，因此整體推進(jìn)速度受限。此外，用戶側(cè)儲(chǔ)能主要通過電價(jià)的高低差實(shí)現(xiàn)盈利，根據(jù)FraunhoferISE批發(fā)電價(jià)信息，2022年德國(guó)峰谷價(jià)差約合人民幣1.4元/度，而國(guó)內(nèi)各區(qū)域平均峰谷電價(jià)差較低，根據(jù)北極星儲(chǔ)能網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年4月國(guó)內(nèi)大部分省市最大峰谷價(jià)差處于0.5元/度-1.1元/度區(qū)間內(nèi)，用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益不明顯，盈利空間有待提升。4.充電模塊是充電樁的核心部件，技術(shù)迭代進(jìn)入快車道4.1.“一車一樁”目標(biāo)在前，政策不斷向充電樁建設(shè)傾斜《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020年）》首次提出“一車一樁”目標(biāo)，結(jié)合國(guó)家新能源汽車推廣應(yīng)用相關(guān)政策要求和規(guī)劃目標(biāo)，經(jīng)測(cè)算到2020年需建成新增集中式充換電站超過1.2萬座,分散式充電樁超過480萬個(gè)，以滿足全國(guó)500萬輛電動(dòng)汽車充電需求，車樁比基本實(shí)現(xiàn)1:1。但目前車樁比離這一目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)，根據(jù)公安部和中國(guó)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至2022年底，我國(guó)新能源汽車保有量達(dá)到1310萬輛，車樁比降至到2.5:1。近三年車樁比變化趨勢(shì)平緩，主要是由于新能源汽車保有量增速過快，未來，政策助力充電樁行業(yè)加速發(fā)展，車樁比將持續(xù)下降。自2009年起國(guó)家啟動(dòng)對(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼，十年間新能源汽車補(bǔ)貼政策不斷完善，國(guó)家對(duì)新能源汽車的發(fā)展路線愈加清晰，近年充電基礎(chǔ)設(shè)施的短板已經(jīng)成為制約新能源汽車發(fā)展的重要因素，國(guó)家政策轉(zhuǎn)向調(diào)整，新能源汽車的補(bǔ)貼基準(zhǔn)逐年退坡，直至2022年底將完全退出，補(bǔ)貼將向充電基礎(chǔ)設(shè)施及配套運(yùn)營(yíng)服務(wù)環(huán)節(jié)等方面傾斜。國(guó)家和地方已積極出臺(tái)一系列產(chǎn)業(yè)鼓勵(lì)政策，將切實(shí)推動(dòng)充電樁的高效建設(shè)和合理布局。4.2.充電模塊是充電樁的核心器件，技術(shù)在不斷迭代交流充電樁：本質(zhì)是一個(gè)帶控制的插座，主要包含交流電表、控制主板、顯示屏、急停旋鈕、交流接觸器、充電槍線等結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，需要車載充電機(jī)自己進(jìn)行變壓整流，幾乎不涉及功率器件。直流充電樁：其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，包括充電模塊、主控制器、絕緣檢測(cè)模塊、通信模塊、主繼電器等部分，其中充電模塊又稱功率模塊，是充電樁行業(yè)具有技術(shù)門檻的核心部件，約占據(jù)充電樁總成本的50%，核心功能是將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)化為可直接向電池充電的直流電，組成部分包括半導(dǎo)體功率器件、集成電路、磁性元件、PCB、電容、機(jī)箱風(fēng)扇等，半導(dǎo)體功率器件成本占充電模塊總成本的30%，是充電模塊的關(guān)鍵組成部分。充電模塊是（直流）充電樁最核心的組件，單體功率持續(xù)迭代提升。一個(gè)充電樁通常采用多個(gè)充電模塊并聯(lián)而成，比如120kW充電樁可由8個(gè)15kW充電模塊組成，也可由4個(gè)30kW充電模塊組成。單個(gè)充電模塊輸出功率越大，功率密度越高，能有效優(yōu)化樁內(nèi)空間。目前充電模塊已歷經(jīng)第一代7.5kW、第二代15/20kW,向著30/40kW乃至更高功率不斷演進(jìn)。據(jù)各公司官網(wǎng)披露，通合科技、英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能等均已研發(fā)出40kW充電模塊產(chǎn)品；歐陸通12月28日在其官微披露，公司在2022第三屆中國(guó)國(guó)際充電樁運(yùn)營(yíng)商大會(huì)上首次發(fā)布多款充電模塊產(chǎn)品，包括75KWACDC液冷模塊、63KWDCDC液冷模塊、30KW雙向ACDC模塊、25KW雙向ACDC模塊，由其全資子公司上海安世博自主研發(fā)及生產(chǎn)，均采用SiC技術(shù)設(shè)計(jì)。充電模塊標(biāo)準(zhǔn)化程度在不斷提高。國(guó)家電網(wǎng)對(duì)體系內(nèi)充電樁和充電模塊發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范：（1）充電樁“六統(tǒng)一”：統(tǒng)一電氣性能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)布局、統(tǒng)一專用部件設(shè)計(jì)、統(tǒng)一通用器件選型、統(tǒng)一外形結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一設(shè)備安裝；（2）充電模塊“三統(tǒng)一”：統(tǒng)一模塊外形尺寸、統(tǒng)一模塊安裝接口、統(tǒng)一模塊通訊協(xié)議。充電樁和充電模塊設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化一定程度上解決了以往市場(chǎng)上產(chǎn)品兼容性差的問題，將有效推動(dòng)充電樁產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。風(fēng)冷向液冷轉(zhuǎn)換是大功率充電模塊的散熱技術(shù)趨勢(shì)。充電模塊在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，一般來說，充電模塊散熱方式主要有風(fēng)冷散熱和液冷散熱兩種，目前主流充電樁采用風(fēng)冷散熱模塊。風(fēng)冷散熱技術(shù)應(yīng)用較成熟，成本較低，其原理比較簡(jiǎn)單，通過高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇將空氣由前面板吸入后在模塊尾部排出，帶走機(jī)柜內(nèi)的熱量，實(shí)現(xiàn)降溫效果，但同時(shí)也產(chǎn)生大量噪音，影響周邊居民。另一方面，模塊內(nèi)部元件與空氣直接接觸，容易積累灰塵、腐蝕零件，充電樁故障率較高，使用壽命短，每年還需要專人定期維護(hù)，維護(hù)工作復(fù)雜，維護(hù)成本較高。并且風(fēng)冷散熱效率較低，不能滿足未來大功率充電模塊的散熱需求。液冷散熱技術(shù)起步較晚，目前采用較少，設(shè)備成本較高，其原理是，通過冷卻液在密閉通道中循環(huán)，實(shí)現(xiàn)發(fā)熱器件與散熱器之間的熱交換，采用大風(fēng)量低頻風(fēng)扇或水冷機(jī)散熱，其噪音顯著低于風(fēng)冷散熱的高速風(fēng)扇。液冷散熱效率高于風(fēng)冷散熱，能適應(yīng)將來大功率充電模塊的散熱需求。同時(shí)，因?yàn)槟K內(nèi)部元件與不空氣直接接觸，每年的維護(hù)成本較低，設(shè)備故障率也較低，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)?？偟膩碚f，液冷散熱的總擁有成本要低于風(fēng)冷散熱。充電模塊除了傳統(tǒng)的給汽車充電的功能之外，也在發(fā)展雙向充電技術(shù)。模塊雙向充電技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步使得V2G技術(shù)和V2H技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，在削峰填谷、平衡用電負(fù)荷、提高充電樁使用效率等方面起到積極的作用。以意法半導(dǎo)體15KW三相維也納非隔離方案STDES-PFCBIDIR為例，整個(gè)方案由主功率回路，LCL濾波電路，傳感電路，浪涌保護(hù)電路，電網(wǎng)連接電路和輔助電源電路幾部分組成，MCU通過開關(guān)去控制與交流電網(wǎng)的斷開與連接，以及在整流或者逆變模式下的負(fù)載和電流的管理，STSTGAP2S芯片控制相應(yīng)的開關(guān)管，以確保開關(guān)頻率和死區(qū)時(shí)間的獨(dú)立管理。該方案可同時(shí)實(shí)現(xiàn)AC/DC和DC/AC的雙向轉(zhuǎn)換，也可以實(shí)現(xiàn)純數(shù)字控制和靈活配置，尺寸小，頻率高，可達(dá)100KHz。此外，其控制芯片可以輸出12路高精度PWM，頻率可以配置2至3級(jí)拓?fù)洹?.3.功率器件是充電模塊的核心部件，碳化硅應(yīng)用已拉開序幕充電模塊作為充電樁的核心部件，其核心功能的實(shí)現(xiàn)主要依托于功率半導(dǎo)體器件發(fā)揮整流、穩(wěn)壓、開關(guān)、變頻等作用，隨著用戶更加追求充電系統(tǒng)的小型化、高效化，功率器件作為充電樁的核心器件，也面臨著不斷優(yōu)化和升級(jí)。4.3.1.目前國(guó)內(nèi)充電樁所采用的功率器件主要是硅基MOSFET和IGBTMOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管）是一種較為成熟的功率器件，更適用于中小功率應(yīng)用場(chǎng)景，具有工作頻率高、驅(qū)動(dòng)功率小、抗擊穿性好、電流關(guān)斷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣泛。據(jù)Yole數(shù)據(jù)，MOSFET已占據(jù)功率器件市場(chǎng)最大份額，市場(chǎng)規(guī)模有望從2020年75億美元增長(zhǎng)至2026年的94億美元。MOSFET在充電樁當(dāng)中是實(shí)現(xiàn)電能高效轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)充電樁穩(wěn)定性的關(guān)鍵器件，受益于充電樁市場(chǎng)的快速發(fā)展迎來增長(zhǎng)機(jī)遇。IGBT是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件。相對(duì)于MOSFET，IGBT擁有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，能夠承載更高的電流密度，同時(shí)克服了MOSFET通態(tài)電阻隨電壓升高而增大的問題，在高壓系統(tǒng)中更具優(yōu)勢(shì)。IGBT在充電樁當(dāng)中同樣作為核心開關(guān)器件應(yīng)用，在充電模塊工作時(shí)，三相交流電源經(jīng)過整流濾波后轉(zhuǎn)為直流輸入電壓供給IGBT橋，控制器通過驅(qū)動(dòng)電路作用于IGBT將直流電壓轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的交流電壓，交流電壓經(jīng)高頻變壓器變壓隔離后，再次經(jīng)過整流濾波后得到直流脈沖，對(duì)電池組進(jìn)行充電。4.3.2.超級(jí)結(jié)MOSFET是對(duì)傳統(tǒng)MOSFET的結(jié)構(gòu)改進(jìn)充電樁向高壓架構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)促進(jìn)高性能MOSFET在充電樁市場(chǎng)的應(yīng)用。由于耐壓能力與N外延層的厚度成正比、與摻雜濃度成反比，因此為提高平面MOSFET的擊穿電壓需要增加外延層厚度并降低摻雜濃度，此時(shí)會(huì)帶來導(dǎo)通電阻急劇增加、開關(guān)損耗增大的不利影響。IGBT通過引入少數(shù)載流子導(dǎo)電來降低導(dǎo)通壓降的方式會(huì)導(dǎo)致關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生電流拖尾，增加了開關(guān)損耗，同時(shí)開關(guān)頻率也會(huì)降低。超級(jí)結(jié)MOSFET通過改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)，具備更好的導(dǎo)通特性。相比平面MOSFET，超級(jí)結(jié)MOSFET通過在漂移區(qū)設(shè)置多個(gè)P柱，形成交替PN結(jié)結(jié)構(gòu)。在器件關(guān)斷時(shí)，P區(qū)和N區(qū)的電荷相互平衡而建立的耗盡層具備極高的耐壓性，從而使得提高器件擊穿電壓不再有賴于增加外延層厚度并降低摻雜濃度。在器件導(dǎo)通時(shí)，漂移區(qū)摻雜濃度提升，從而形成低導(dǎo)通電阻的電流通路。因此超級(jí)結(jié)MOSFET能夠在保證較低導(dǎo)通電阻的同時(shí)大大提高耐壓性，并可以進(jìn)一步提高功率密度和工作頻率。在公共直流充電樁所需的工作功率和電流要求下，超級(jí)結(jié)MOSFET以其更低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗、高可靠性、高功率密度正在逐步占據(jù)更大的市場(chǎng)份額，并將充分受益于充電樁的快速建設(shè)。據(jù)Omidia和Yole預(yù)測(cè)，2020年全球超級(jí)結(jié)MOSFET晶圓出貨量（折合8英寸）約為23.8萬片，2025年將增長(zhǎng)至35.1萬片，CAGR達(dá)8.1%，增長(zhǎng)速度約為普通硅基MOSFET的兩倍左右，同時(shí)全球超級(jí)結(jié)MOSFET產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模也將于2024年達(dá)到10億美元。4.3.3.碳化硅功率器件：材料改進(jìn)推動(dòng)解決充電難題為縮短充電速度、與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同共同向高壓架構(gòu)邁進(jìn)，功率半導(dǎo)體器件應(yīng)具備更優(yōu)良的耐高壓特性。與硅材料相比，碳化硅材料具備更高的帶隙和擊穿電壓、更高的熱導(dǎo)率、更低的理想本體遷移率以及更大的電子飽和速度，從而碳化硅器件具有耐高壓、耐高溫、導(dǎo)通損耗小、開關(guān)速度快的特性。由于碳化硅材料擁有更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，克服了硅材料導(dǎo)通電阻隨耐壓性增強(qiáng)而增大的缺點(diǎn)，在相同的擊穿電壓下，碳化硅可以制成標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)通電阻（單位面積導(dǎo)通電阻）更低的器件。據(jù)ROHM，900V平臺(tái)下相同導(dǎo)通電阻的SiCMOSFET芯片尺寸僅為硅基MOSFET的1/35、超級(jí)結(jié)MOSFET的1/10。相比IGBT，碳化硅器件不需要進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制即能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓、低阻抗，開關(guān)速度更快。在功率器件開啟或關(guān)閉時(shí)，由于IGBT關(guān)斷時(shí)存在拖尾電流，與IGBT搭配使用的FRD在開關(guān)過程中也存在較大的反向恢復(fù)電流，因此充電樁中應(yīng)用IGBT模塊會(huì)導(dǎo)致較大的導(dǎo)通損耗。與硅基IGBT相比，碳化硅MOSFET的反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時(shí)間明顯減少，換流速度的加快也有助于減少開關(guān)損耗、實(shí)現(xiàn)散熱部件的小型化。此外，IGBT較大的開關(guān)損耗限制其在20kHz以上高頻區(qū)域的使用，而碳化硅MOSFET可以進(jìn)行50kHz以上高頻開關(guān)，有助于無源器件的進(jìn)一步小型化。據(jù)半導(dǎo)體投資聯(lián)盟，與傳統(tǒng)硅器件相比，碳化硅模塊可以幫助充電樁提升近30%的輸出功率、減少50%左右的損耗，并增強(qiáng)充電樁的穩(wěn)定性。而針對(duì)推廣大功率充電樁面臨的成本制約，尤其是在城市寸土寸金的繁華地段建設(shè)充電樁面臨的城市空間成本，碳化硅器件能夠大大簡(jiǎn)化充電模塊電路結(jié)構(gòu)，提高充電樁的功率密度，降低充電樁系統(tǒng)應(yīng)用成本。據(jù)英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體，采用SiCMOSFET的三相全橋PFC整流電路，相比Vienna拓?fù)潆娐罚軌虼蟠鬁p少功率器件數(shù)量、簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，碳化硅器件更高的開關(guān)頻率也可以降低電感的感量、尺寸和成本。另一方面，采用SiCMOSFET的DC/DC電路，可由原來的三電平優(yōu)化為兩電平LLC，進(jìn)一步簡(jiǎn)化拓?fù)潆娐贰⑻岣週LC電路開關(guān)頻率的同時(shí)，可以減少磁性器件的尺寸和成本以及系統(tǒng)散熱成本。結(jié)合考慮各方面成本以及使用體驗(yàn)，碳化硅器件在充電樁市場(chǎng)擁有巨大的市場(chǎng)潛力。4.4.充電模塊作為充電樁核心器件之一，有望迎來百億新增市場(chǎng)據(jù)第一電動(dòng)網(wǎng)數(shù)據(jù)，充電樁硬件設(shè)備構(gòu)成中充電模塊占比最高約50%，其中功率器件占比約30%，磁性元件（25%）、半導(dǎo)體IC（10%）、電容（10%）、PCB（10%），其他如機(jī)箱風(fēng)扇等占15%。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2021年底，中國(guó)新能源汽車與公共充電樁的比例為6.8:1，與私人充電樁的車樁比接近3.7:1。即私人充電樁在充電樁中占比約65%，公共充電樁約35%。據(jù)未來智庫數(shù)據(jù)，交流充電樁，其設(shè)備單價(jià)為在100