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超级快充渐成电动车标配!车端和桩端高压电子零部件需求旺

来源:芯八哥 发布时间:2022-11-23

摘要: 近年来,在电动化、智能化、网联化的驱动下,百年汽车产业迎来巨大变革。充电倍率从1C上升至4C,高电压平台整车+超充桩已成为行业主流超充方案其中,作为全球最大的新能源汽车市场,随着汽车产业变革的加速,我国新能源车迎来快速发展的黄金期。根据中汽

近年来,在电动化、智能化、网联化的驱动下,百年汽车产业迎来巨大变革。

充电倍率从1C上升至4C,高电压平台整车+超充桩已成为行业主流超充方案

其中,作为全球最大的新能源汽车市场,随着汽车产业变革的加速,我国新能源车迎来快速发展的黄金期。根据中汽协的数据,2022年前10月,我国新能源汽车产销分别完成548.5万辆和528.0万辆,同比均增长1.1倍,产销连创历史新高。与此同时,今年前10个月我国新能源汽车市场渗透率已经达到24%,在去年的基础上再次实现了大幅增长。

从龙头比亚迪的数据来看,今年前10月份生产220,107辆,较去年同期增长169.82%;销售217,816辆,同比增长168.76%。值得一提的是,这已经是比亚迪连续2个月产销量都突破20万的重要关口。比亚迪负责人表示,比亚迪从100万销量到200万销量,用了1年的时间。而从200万辆到300万辆,仅用了半年的时间。这从另一个角度说明,中国的新能源汽车产业正在加速前行。

比亚迪新能源汽车总销量达成300万辆的里程碑

资料来源:比亚迪

虽然新能源汽车发展速度很快,在减轻了环境压力的同时也为人们的出行生活带来了便利。不过,由于发展时间较短,技术不够成熟,新能源汽车充电时间长、续航时间短等核心痛点还有待解决。

哪里有痛点,哪里就有新机会。近年来,海内外车企和科技巨头为了解决充电问题,做了大量的研发工作。发展至今,由于高电压平台整车+超充桩的组合形式不易产生发热所带来的安全隐患,并且可以显著提升动力电池能量的使用效率和续航里程,已经逐渐成为行业的主流应用方案。

以2020年热销的部分纯电动车型为例,其直流快充的理论平均充电倍率约为1C(即1小时可充满100%SOC),完成30%-80%SOC需30min,NEDC续航里程约为227km。其中,Model 3搭配其自建超充桩可实现充电15min行驶279km,理论充电倍率约为1.85C,为行业较高水平。而在满足国标标准的充电桩下,比亚迪汉EV的充电速度是主流车型中最快的,其峰值充电功率可达120kW,完成30%-80%SOC仍需25min。

经过2年的更新迭代,2022年行业主流企业如华为、比亚迪、吉利、东风、小鹏等均已经推出高电压平台及相关车型,充电倍率已经逐渐从2020年的1C最高已经可以上升到目前的4C。

从业内最新的应用情况来看,小鹏在今年9月发布的G9是国内首款基于800V高压SiC平台的量产车,其4C版本峰值充电功率可达430kW左右,充电5分钟续航增加200+公里,充电10%-80%仅需不到15分钟。这意味着用户花费在电动车充电的时间,基本等同于在加油站给燃油车加油的时间,出行不再有补能焦虑。

小鹏汽车G9成为国内首款基于800V高压SiC平台的量产车

资料来源:小鹏汽车

桩端和车端的高压零部件产业链逐步完善,国内外兴起了超级快充整车生产的热潮

在高压架构已经成为超级快充主流应用方案的情况下,电池包、电驱动、PTC、空调、车载充电机等都需重新适配,这给产业链上下游带来了巨大的存量替换和新增市场空间。

超级快充产业链的构成

资料来源:网络

(一)电池

电池方面,其快充速度主要看电池的充放电倍率。目前,影响充电倍率主要有电极材料、充电桩充电功率和动力电池温度三个原因。经过芯八哥梳理,目前国内主要有以下企业,在超级快充电池方面具有成熟的产品和技术储备。

(1)宁德时代。今年6月底,宁德时代发布第三代CTP—麒麟电池,支持4C快充,可以在10min快充至80%SOC。8月27日下午,极氪联合宁德时代官方宣布首款纯电豪华MPV极氪009将采用麒麟电池,并将于2023年1季度实现交付。基于此,极氪品牌将成为麒麟电池全球量产的首发品牌。除009外,极氪001搭载麒麟电池版本车型也将于2023年2季度推出,从而实现纯电续航1000km。

宁德时代发布第三代CTP—麒麟电池

资料来源;宁德时代

(2)欣旺达。2月25日,以蔚小理为首的 19 家企业入股欣旺达。根据公开资料,19 家企业共同出资 24.3 亿元。其中蔚小理三家总共投了 10.5 亿元,几乎占了投资总额的一半。一同加入蔚小理阵营的还包括上汽、东风、广汽等,基本都在新能源车榜单TOP 15;就在车企入股后不久,3月27日欣旺达副总裁张耀在中国电动汽车百人会论坛上表示,欣旺达今年年底量产的BEV超级快充电池续航里程可达到700公里,充电10分钟续航可达到400公里,不限快充次数,可做到不起火无热蔓延。

(3)孚能科技。公司于2021年已率先发布800VTC超充超压技术,也是国内首个宣布可量产的800V高压平台,预计2022年年底将正式进入量产阶段。此外,公司已量产285Wh/kg电芯产品,同时已完成400Wh/kg电芯技术储备,帮助用户充电5分钟畅行200km,解决充电焦虑。

(4)蜂巢能源。公司为其短刀电池全品类已可以提供包括蜂速4C快充技术,面向800V电池系统,可以提供适应800V高压平台的高效热管理技术、冷蜂热阻隔技术。

(5)中创新航。以市面上量产的充电速度最快的车型小鹏G9,其98kWh的动力电池来自中创新航,按照小鹏G9最大480kW的充电功率,只需要12分钟就能充满电,这意味着中创新航提供的动力电池也具备4C以上的充电能力。

(二)充电模块

从充电模块来看,华为、优优绿能、英飞源、永联等国内主流企业陆续发布了充电范围宽至1000V的充电模块,其中华为推出 HUAWEI Hi Charger 直流快充模块,可解决充电行业运营成本高、设备生命周期短的痛点。

此外,为迎接电动汽车超级快充时代,永联科技于2020年8月重磅推出最新研发的全新一代UX系列直流大功率充电模块。其中模块的功率涵盖30kW、40kW和50kW,每一个功率等级推出50~750V和50~1000V两款模块可供客户选择。联科技陈小平表示,超级快充的核心就是AC-DC充电转换模块,在保证安全可靠的前提下,将充电模块的输出电压做到最大限度的高压、大电流,充电速度也自然变快。

(三)充电桩

从桩端来看,高压零部件的成熟度比车端高,目前国内充电桩企业已布局大功率快充产品。其中星星充电自主研发的500kW大功率液冷充电系统可让车辆于10min内充满电,能有效提高电桩转换效率,并显著降低电损,目前已与保时捷产品完成对口测验;万马爱充旗下产品智慧充电树V1和V2充电功率在240kW-480kW,直流输出电压高达750V;而特来电300kW一体式直流双枪充电单桩既可实现300kW双枪快充,同时可以满足150kW群充充电需求,输出电压最高可达750V。

值得注意的是,国家电网作为快充桩营运龙头,同时是国内最大的充电桩公开招标企业,其招标需求对行业具有风向标意义。近年来,国家电网招标的大功率充电桩数量呈现明显上升趋势。从电压上看,目前国家电网招标充电桩的充电模块已可兼容DC200V-750V,未来将主要开发750V并提前研发950V的充电模块。

(四)整车

车端方面,目前 PTC 、空调、高压 OBC、DC/DC、快充电池、高压 BMS 以及高压电驱动等技术都已经比较成熟并且均以实现小规模量产。

具体来看,日立和马瑞利已为 Taycan 800V 电压平台设计电驱动部件,华为、博格华纳、汇川技术等陆续发布 800V 电驱动系统,而采埃孚也于2021年在中、欧两地批量生产 800V SiC 三合一电驱动系统;华为、德尔福及部分车企自研高压集成单元,已具备高冷却性能和高耐压化性能;翰昂、马le、美的威灵、海立、奥特佳、科博尔、华工新高理和比亚迪已具备制造800V电动压缩机或PTC的能力;巴斯巴、永贵、中航光电、泰科等供应商也已具备量产 800V线缆及端子的能力。

随着车端和桩端的高压零部件产业链逐步完善,国内外兴起了超级快充整车生产的热潮。

从国外来看,海外整车厂近年来纷纷推出高电压平台车型。2019年,保时捷率先量产800V高电压平台电动车Taycan,目前最大充电功率可达270kW,可在22.5分钟内完成5%-80%的充电,后续版本最高充电功率有望达350kW;2020年,现代集团正式发布E-GMP平台,搭载400V/800V超高压充电系统,可在18分钟内完成0%-80%的充电,可实现充电5分钟续航100km;2021年,搭载的奥迪自研PPE平台的A6e-tronConcept面世,该平台搭载了800V高压电气系统,理想状况下充电10分钟续航300km;而作为全球新能源汽车整体龙头,特斯拉V3超级充电桩可支持高达250kW的峰值充电功率,充电15分钟可补充250km续航电量,未来特斯拉计划将其充电功率进一步提升到300kW,这意味着Model 3仅需十几分钟即可充满电。

全球部分高电压平台车型梳理

资料来源;各公司官网,安信证券

国内方面,华为、比亚迪、吉利、长城、广汽、东风汽车等主流厂商都推出了的高电压纯电车型。具体来看,华为与极狐汽车合作的极狐阿尔法S华为HI版在今年5月7日已经上市,据介绍该车型首搭了堪称业界最强的800V高压快充,可在10分钟提高续航将近200公里;比亚迪于2021年发布的e平台3.0搭载800V闪充技术,充电5分钟续航150km;长城旗下蜂巢能源发布蜂速快充电池,其中第二代蜂速快充电池支持800V的高压电气架构,充电倍率达到4C;此外,东风旗下的岚图汽车的最新800V高压超级快充技术,可在360KW超级充电桩加持下,充电速率提升125%,实现充电10分钟续航400公里。

电子元器件产业链迎来价值重构,IGBT、碳化硅器件、电源管理芯片需求旺

业内周知,车辆升级到800V架构的关键则在于电子元器件的改变,具体来说就是在主驱逆变器、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩等方面用上高压元器件。

(一)IGBT

由于IGBT不仅具有MOSFET的特点,还具有BJT导通电压低、通态电流大、损耗小的优点,现阶段大部分车型在主驱逆变器、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)等元器件上采用的基本上都是基于硅基IGBT的功率模块。

从市场规模来看,根据研究机构Omdia的数据,全球IGBT市场规模在过去近十年中保持稳定增长,从2012年的32亿美元增长至2021年的70亿美元。中国是IGBT最大的市场,占到全球IGBT市场规模的40%左右。

竞争格局方面,目前IGBT模块行业前三为英飞凌、富士电机、三菱,其市占比分别为37%、11%、10%;国内斯达半导市占率达 2.8%,位居第六名。

数据来源:Omdia,芯八哥整理

随着国内新能源汽车产业的快速发展,比亚迪半导体、斯达半导、中车时代、士兰微、翠展微等国内供应商开始陆续崛起,打破了国内汽车IGBT市场长期以来被英飞凌等大厂垄断的局面,并且在一定程度上实现了部分中低端产品的国产替代。

(二)碳化硅MOSFET

由于碳化硅具有耐高压、耐高温、开关损耗低等优势,其材料特性使得MOSFET结构能够轻松覆盖650V-3300V高电压,并且和其他材料相比能够节能5%-10%。因此,碳化硅 MOSFET是800V高压系统功率半导体的最佳选择,目前已发布或即将发布的800V高压系统方案大部分都选择采用碳化硅 MOSFET方案。

市场规模方面,据 Yole 的数据预测,到2026 年整个碳化硅功率器件的市场规模有望达到 50亿美元,在2020年7亿美元的基础上保持37%的年复合增长率。中国新能源车市场碳化硅领域,根据东吴证券的测算,预计从2020的 14.6亿元增长到 2024年的164.7亿元,年均复合增长率达83.2%。

从碳化硅的竞争格局来看,海外碳化硅单晶衬底企业主要有 Wolfspeed(原Cree)、DowCorning、II-VI 等企业;外延片企业主要有 DowCorning、II-VI、Wolfspeed、罗姆、Infineon 等;器件方面相关主要企业包括 Infineon、Wolfspeed、罗姆半导体、意法半导体等。 其中Wolfspeed作为全球碳化硅龙头企业,市场市占率超过50%,与下游器件企业的长期合作供货订单接近100亿人民币,签约企业包括安森美、英飞凌和意法半导体等。其中意法半导体是特斯拉的碳化硅器件供应商,安森美主要为蔚来等企业供应碳化硅器件,英飞凌为现代汽车等供货。

全球碳化硅产业链主要公司

资料来源:国金证券

中国市场方面,碳化硅产业近年来也取得了不错的进展。在衬底方面,天科合达、山东天岳已经取得了一定的发展;在碳化硅外延方面,东莞天域、瀚天天成等企业做的较好;在器件方面,三安光电、泰科天润、派恩杰等企业的产品已大量应用于大功率电源、充电桩等领域。值得注意的是,中国在车用碳化硅MOSFET领域技术还非常薄弱,不过随着国产替代进程的加速,未来具有较好的发展机会。

(三)电源管理DC/DC芯片

新能源汽车也是电源管理芯片重要的市场之一。相对于传统内燃机汽车,新能源汽车需要更多的DC/DC等为代表的电源管理芯片进行电压的转换,从而推动电源管理芯片的增长。

市场规模方面,根据Frost&Sullivan统计,汽车领域全球电源管理芯片市场将从2020年的17亿美元增长到2025年的21亿美元。

从竞争格局来看,电源管理芯片行业国际巨头所占市场份额较大,德州仪器、高通、亚德诺、美信(被亚德诺收购)、英飞凌前五大厂商市占率之和高达71%,剩余市场也大多被PI、MPS等品牌蚕食。其中作为全球模拟芯片龙头,德州仪器电源管理芯片占比达到21%,连续多年稳居电源管理芯片第一的宝座。

值得注意的是,尽管中国电源管理芯片市场已接近全球市场的三分之一,但国内80%的份额仍被欧美厂商垄断,国内自给率较低,其中龙头圣邦股份占比仅1%,其他DC-DC厂商比如希荻微、芯朋微、英集芯、韦尔股份、华润微、士兰微、诚芯微等市场占有率更是在1%以下,未来国产替代空间较大。

以希荻微为例,在汽车超级快充芯片领域,公司自主研发的车规级电源管理芯片产品达到了AEC-Q100标准,且其 DC/DC 芯片已进入Qualcomm的全球汽车级平台参考设计,并实现了向奥迪、现代、起亚等知名车企的出货。

结语

随着布局车企的数量不断增加,超级快充有望在未来成为标配,这将带动包括芯片、电池、充电模块、充电桩、整车等整个充电产业链的价值重构。其中,长期深耕充电产业并且有强大技术储备的公司有望从巨大的存量替换与增量市场空间中长期受益。



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