《電力設備及新能源行業電池與電氣系統系列報告(105):800V加速推廣將帶動車端電氣系統與充電體系升級-231204(33頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《電力設備及新能源行業電池與電氣系統系列報告(105):800V加速推廣將帶動車端電氣系統與充電體系升級-231204(33頁).pdf(33頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、 敬請閱讀末頁的重要說明 證券研究報告|行業深度報告 2023 年 12 月 04 日 推薦推薦(維持)(維持)800V 加速推廣,將帶動車端電氣系統與充電體系升級800V 加速推廣,將帶動車端電氣系統與充電體系升級 中游制造/電力設備及新能源 隨著隨著 800V 車型產品的成熟及價格帶逐步下移,我們預計國內高壓快充產品滲車型產品的成熟及價格帶逐步下移,我們預計國內高壓快充產品滲透率有望快速提升。高壓快充帶來了鋰電池倍率、散熱系統的挑戰,同時也將透率有望快速提升。高壓快充帶來了鋰電池倍率、散熱系統的挑戰,同時也將帶動車端電氣系統、充電系統的升級,本報告主要分析車端電氣系統的變化,帶動車端電氣系
2、統、充電系統的升級,本報告主要分析車端電氣系統的變化,車端車端 800V 電氣系統相較于電氣系統相較于 400V 存在多項升級,包括功率器件碳化硅取代硅存在多項升級,包括功率器件碳化硅取代硅IGBT,漆包線耐壓,漆包線耐壓/耐電暈等級提升,熱管理系統換熱效率和功率提升,以及耐電暈等級提升,熱管理系統換熱效率和功率提升,以及繼電器、熔斷器、電容及電池管理系統繼電器、熔斷器、電容及電池管理系統 AFE 芯片的要求提升等。芯片的要求提升等。800V 車型滲透率有望大幅提升。車型滲透率有望大幅提升。隨著鋰電池性能提升,電車續航能力普遍達到了較好水平,電動車補能速度正在成為新的消費痛點。2022 年以來
3、,多款 800V 車型發布,產品價格逐步下探。其中智己 LS6、智界 S7 等 800V車型最低價已低于 25 萬元。我們預計 800V 快充將加速應用,并可能成為中高端車的標配。電驅升壓和全系高壓為主流方向,將帶動碳化硅應用、熱管理與元器件升級電驅升壓和全系高壓為主流方向,將帶動碳化硅應用、熱管理與元器件升級等變化。等變化。電氣架構方面,800V 電車充電端通過增加升壓 DCDC 或電驅升壓方案實現對 400V 充電樁的兼容,電驅升壓因其節省空間和降本成為主流方案;用電端通過增加降壓 DCDC 或全系升級至 800V 來匹配 800V 電池包,其中全系 800V 高壓方案由于節省空間以及長期
4、降本空間大而成為發展方向。具體硬件上,碳化硅耐壓、熱導率都更好,能提升系統效率,正在得到快速應用。同時,由于整車單位時間發熱量更大,熱管理系統中散熱系統冷板數量或將增加,電動壓縮機向高電壓、大功率方向升級。高壓快充系統電壓、電流均有所增大,繼電器、薄膜電容量價齊升,激勵熔斷器導入應用。由于 800V 電池包串聯數量增多,電池管理系統 AFE 芯片用量翻倍。此外,隨著電壓等級的提升,電機漆包線絕緣要求、耐電暈要求提升,厚漆膜和PEEK 方案為漆包線下一步主要升級方向。投資建議:投資建議:800V 系統元器件繼電器、熔斷器、薄膜電容,關注宏發股份、中熔電氣(汽車)、法拉電子(電子)。800V 電驅
5、系統、小三電,關注匯川技術、英搏爾、威邁斯、欣銳科技(汽車)。電機扁線關注精達股份、金杯電工,漆包線 PEEK 材料關注中研股份(化工)。熱管理系統關注銀輪股份(汽車)、奧特佳。AFE 芯片關注中穎電子(電子)。風險提示:風險提示:電動車銷量不及預期;整車降價壓力傳導;競爭格局惡化。重點公司主要財務指標重點公司主要財務指標 股價 股價 22EPS 23EPS 24EPS 23PE 24PE PB 評級 評級 宏發股份 28.9 1.2 1.4 1.65 21 18 3.8 強烈推薦 匯川技術 65.7 1.6 1.8 2.40 36 27 7.8 強烈推薦 法拉電子 94.1 4.5 5.0
6、6.18 19 15 4.8 未予評級 中熔電氣 132.1 2.3 2.0 4.18 65 32 9.3 強烈推薦 天岳先進 73.2-0.4 0.0 0.34 0 219 6.1 未予評級 斯達半導 185.1 4.8 5.3 6.94 35 27 5.1 增持 威邁斯 41.3 0.8 1.2 1.63 35 25 5.8 未予評級 英搏爾 20.3 0.2 0.3 0.56 70 36 2.9 未予評級 麥格米特 25.4 1.0 1.3 1.73 19 15 3.1 未予評級 臥龍電驅 12.1 0.6-1.6 未予評級 精達股份 4.2 0.2 0.2 0.26 20 16 1.7
7、 未予評級 金杯電工 8.0 0.5 0.7 0.82 12 10 1.6 未予評級 銀輪股份 18.2 0.5 0.8 1.02 24 18 2.9 未予評級 行業規模行業規模 占比%股票家數(只)298 5.9 總市值(十億元)4725.9 6.0 流 通 市 值(十 億 3933.5 5.8 行業指數行業指數%1m 6m 12m 絕對表現-0.7-16.5-25.5 相對表現 1.8-8.0-15.0 資料來源:公司數據、招商證券 相關報告相關報告 1、歐洲加速推動電網升級,關注設備出海潛力電力設備系列報告(22)2023-11-27 2、美國光伏市場分析光伏系列報告(77)2023-1
8、1-14 3、項目端審批轉好,海風裝機有望迎來追趕風電系列報告(9)2023-10-27 游家訓游家訓 S1090515050001 董振振董振振 研究助理 -30-20-10010Dec/22Mar/23Jul/23Nov/23(%)電力設備及新能源滬深300電池與電氣系統系列報告(105)電池與電氣系統系列報告(105)敬請閱讀末頁的重要說明 2 行業深度報告 奧特佳 3.3 0.0 0.1 0.08 65 41 1.9 未予評級 中穎電子 25.3 0.9 0.6 0.90 40 28 5.5 未予評級 中研股份 33.2 0.6-3.5 未予評級 資料來源:Ifind、招商證券(注:部
9、分盈利預測參考 Ifind 一致預期)qVjX9UoWmZrU9UtVtVlW8OaO8OtRnNsQnOjMmNtRiNqQtN9PnMtRNZtRrQwMoNnN 敬請閱讀末頁的重要說明 3 行業深度報告 正文目錄正文目錄 一、800V 快充車型有望快速推廣.6 1、高電壓方案可更好實現快充,減小補能焦慮.6 2、800V 車型價格帶下移,可能逐漸成為中高端車標配.8 二、800V 將帶來電氣架構改變及硬件升級.9 1、電氣架構可能有較大變化.9(1)電驅升壓可能是直流充電主流路線.9(2)用電端增加 DCDC 降壓或采用全系 800V 高壓電器.10(3)電池包串并聯方案有待觀察.10
10、2、對電驅系統與小三電要求有所提升.11 3、碳化硅快速應用.16 4、會推動電機扁線及軸承防腐蝕技術升級.17 5、800V 系統對熱管理要求提升.19(1)熱管理換熱系統的升級.20(2)800V 空調壓縮機向高功率、大排量演變.21 6、繼電器、熔斷器、薄膜電容、AFE 芯片升級.22(1)高壓直流繼電器價值量、用量提升.22(2)熔斷器升級激勵熔斷器、智能熔斷器.23(3)薄膜電容用量、價值量均有所提升.25(4)800V 電池管理系統中 AFE 芯片用量增加.26 三、充電系統、電池材料體系需升級.28 3.1、充電體系升級.28 3.2、電池負極等材料體系需要升級.29 投資建議.
11、31 風險提示.31 圖表目錄圖表目錄 圖 1 主要電動車快充功率統計.7 圖 2:400V 平臺高壓系統.9 圖 3:特斯拉高壓系統.9 敬請閱讀末頁的重要說明 4 行業深度報告 圖 4:直流充電端 DCDC 升壓.10 圖 5:直流充電端電驅升壓.10 圖 6:DCDC 降壓至 400V 方案.10 圖 7:全系 800V 方案.10 圖 8:2 個 400V 電池包串聯.11 圖 9:2 個 400V 電池包并聯.11 圖 10:小鵬 XPower.13 圖 11:中車 C-Power 280.13 圖 12:魔騰動力碳化硅總成.13 圖 13:華為 Drive One.13 圖 14:
12、博格華納 800V 電驅.13 圖 15:緯湃科技 800V 定轉子.13 圖 16:采埃孚 EVSys800 電驅動.13 圖 17:聯合電子 800V 電橋.13 圖 18:電驅集成化趨勢明顯.14 圖 19:高功率電驅占比將逐步提升.14 圖 20:2022 年電驅動市場競爭格局.15 圖 21:2023 年上半年電驅動市場競爭格局.15 圖 22:2022 年 OBC 市場競爭格局.16 圖 23:2023 年上半年 OBC 市場競爭格局.16 圖 24:同規格碳化硅器件與硅器件對比.17 圖 25:耐電暈漆包線和普通漆包線.17 圖 26:精達股份布局 PEEK 線技術.18 圖 2
13、7:金杯電工布局 PEEK 線技術.18 圖 28:IONOQ5、Tycan、Model Y 快充溫度表現.20 圖 29:電芯散熱熱阻比較.20 圖 30:麒麟電池熱管理系統.20 圖 31:浸沒式冷卻示意圖.21 圖 32:繼電器在電動車中的應用.22 圖 33:車載高壓系統.24 圖 34:繼電器與熔斷器匹配.24 圖 35:激勵熔斷器工作原理.24 敬請閱讀末頁的重要說明 5 行業深度報告 圖 36:逆變器中直流支撐電容.25 圖 37:直流支撐電容爆炸圖.25 圖 38:2021 年薄膜電容市場格局.26 圖 39:2022 年薄膜電容市場格局.26 圖 40:BMS 調節電芯電量均
14、衡.26 圖 41:BMS 系統組成.26 圖 42:寧德時代神行電池.30 圖 43:快充材料體系的升級.30 圖 44:電力設備及新能源行業歷史 PEBand.32 圖 45:電力設備及新能源行業歷史 PBBand.32 表 1:采用大電流快充方案的部分車型.6 表 2:采用高壓快充方案的部分車型.6 表 3:充電效率對照.7 表 4:ChaoJi 快充標準下(500A),電動車在不同充電倍率所需電壓平臺.7 表 5:2022 年以來主要 800V 車型匯總.8 表 6:新能源車及 800V 車型銷量預測.8 表 7:主流 800V 電驅系統比較.12 表 8:電驅動市場空間測算.14 表
15、 9:不同功率段 OBC 的應用.16 表 10:厚漆膜方案與 PEEK 方案對比.18 表 11:常見軸電流防治方法.19 表 12:800V 電動壓縮機各公司進展.22 表 13:高壓直流繼電器單車用量.23 表 14:高壓直流繼電器全球市場空間測算.23 表 15:高壓直流繼電器主要參與者.23 表 16:激勵熔斷器市場主要參與者.25 表 17:各廠商超級充電站規劃.28 表 18:不同的包覆石墨和原始石墨在不同倍率下的放電比容量.30 表 19:不同類型負極材料性能對比.30 表 20:主流粘結劑介紹.30 表 21:主流負極粘結劑性能介紹與對比.30 敬請閱讀末頁的重要說明 6 行
16、業深度報告 一、一、800V 快充車型有望快速推廣快充車型有望快速推廣 1、高電壓方案可更好實現快充,減小補能焦慮、高電壓方案可更好實現快充,減小補能焦慮 隨著鋰電池性能的提升,電車續航能力普遍達到了比較好的水平,電動車補能速度正在成為新的消費痛點。目前大部分電動車充電倍率在 1C-2C 之間,充電時長仍然比較長,近幾年開始有部分車企開始推 4C 充電??斐涞谋举|是提升充電功率,目前有增大充電電流和提高充電電壓這兩種路線,具體來看:大電流快充可支持大電流快充可支持 200kW 級快充,充電級快充,充電 10 分鐘可續航分鐘可續航 200-300km。根據國家推薦標準電動汽車傳導充電系統,搭載
17、400V 電壓平臺時,100kW 級功率充電 10min 大約補充 16.7kWh 的電量,對應續航約 100km(假設百公里耗電量 13kWh)。當充電電流提升至 500A 以上時,充電功率可以達到 200kW 級,充電 10min 補充電量約 33kWh,對應續航約 200-300km(假設百公里耗電量13kWh),有效提高充電效率,緩解充電焦慮。由于電氣系統設計的限制,電流在超過 500A 以后很難再繼續提升。為了突破 200KW 級快充的限制,比較經濟的解決方式就是提高電壓。高電壓快充可實現高電壓快充可實現 400kW 級超充,充電級超充,充電 5 分鐘可續航分鐘可續航 200-300
18、km,同時高壓,同時高壓架構有利于降低熱損耗、減輕整車重量和提升續航里程。架構有利于降低熱損耗、減輕整車重量和提升續航里程。實現 400kW 級充電則須將電動車從 400V 升級至 800V 級高電壓平臺,當電流為 500A 時即能夠將充電功率提升至 400kW,實現充電 5min,續航 200-300km。采用 800V 高壓架構除了能夠提高充電功率,在整車電機輸出功率不變的情況下,能夠顯著減小電流,從而有效降低熱損耗;大幅降低的電流帶來車內線束線徑的減小,有利于車內空間布局的優化,同時減輕整車重量,帶來續航里程的提升。表表 1:采用大電流快充方案的部分車型:采用大電流快充方案的部分車型 峰
19、值電壓最大電流峰值電壓最大電流 峰值功率峰值功率 充電效率充電效率 特斯拉 Model 3 400+600A+250kW 15min/279km 廣汽 AION V Plus 460V+520A+240kW 5min/112km+極氪 001 400V+550A+約 220kW 5min/120km 資料來源:各企業官網及公眾號、搜狐汽車、招商證券 表表 2:采用高壓快充方案的部分車型:采用高壓快充方案的部分車型 車企類別 車企 車型 量產時間 額定電壓最大電流峰值功率充電效率 車企類別 車企 車型 量產時間 額定電壓最大電流峰值功率充電效率 自主品牌/新勢力 廣汽 AION V 2022 年
20、 770 500+480 5min/207km 北汽 極狐阿爾法 S 2022 年 750 250A 187 15min/250km 長安 阿維塔 11 2022 年 614 320 240 10min/200km 小鵬 G9 2022 年 700+670+480 5min/200km 上汽 LS6 2023 年 750 450 400 15min/500km 長安 阿維塔 12 2023 年 712 350 240 10min/200km 小鵬 小鵬 G6 2023 年 551 500 280 10min/300km 小鵬 小鵬 X9 2023 年-315 5min/200km 廣汽 Hyp
21、er GT 2023 年 690 250+210 15min/450km 極氪 極氪 007 2023 年 610-420 15min/610km 奇瑞 智界 S7 2023 年 750 350+400 15min/400km 理想 MEGA 2023 年 826 700+520 12min/500km 外資車企 保時捷 Taycan 2021 年 723 370+270 4min/100km 現代 Ioniq5 2021 年 653 340+224 5min/100km 奧迪 A6 e-tron-726 330+270 10min/300km 敬請閱讀末頁的重要說明 7 行業深度報告 RS
22、e-tron GT 2022 年 726 300+270 10min/300km 路特斯 Eletre 2023 年 708 500+420 5min/120km 特斯拉 Cybrertruck 2023 年 726.7-1000-寶馬 2025 年 800-奔馳-800 300+250 15min/400km 資料來源:第一電動網、汽車之家、ZAKER、各公司官網、招商證券 圖圖 1 主要電動車快充功率統計主要電動車快充功率統計 資料來源:汽車之家、招商證券 注:充電功率按帶電量 x 快充比例/快充時間計算得,實際功率可能與計算有差異 為匹配快充需求,主機廠積極推出高壓平臺車型。為匹配快充需
23、求,主機廠積極推出高壓平臺車型。保時捷 Taycan 為業內首個推出 800V 高壓電氣架構,搭載 800V 直流快充系統并支持最高 270kw(約2.5C)的大功率快充的電動車型。近幾年,小鵬、華為、極氪、理想等企業相繼推出高電壓平臺的快充方案。表表 3:充電效率對照:充電效率對照 充電模式 充電倍率 充電時間 充電模式 充電倍率 充電時間 快充 30C 2 分鐘 20C 3 分鐘 10C 6 分鐘 4C 15 分鐘 2C 30 分鐘 1C 1 小時 慢充 0.5C 2 小時 0.2C 5 小時 0.1C 10 小時 0.05C 20 小時 資料來源:Power-Sonic、招商證券 表表
24、4:ChaoJi 快充標準下(快充標準下(500A),電動車在不同充電倍率所需電壓平臺),電動車在不同充電倍率所需電壓平臺 帶電量 帶電量 1C 2C 3C 4C 5C 6C 25 kWh 50V 100 V 150 V 200 V 250 V 300 V 50 kWh 100 V 200 V 300 V 400 V 500 V 600 V 75 kWh 150 V 300 V 450 V 600 V 750 V 900 V 100 kWh 200 V 400 V 600 V 800 V 1000 V 1200 V 資料來源:國家電網、招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 8 行業深度報告 2、8
25、00V 車型價格帶下移,可能逐漸成為中高端車標配車型價格帶下移,可能逐漸成為中高端車標配 目前大部分電動車額定電壓在 300-500V 之間,如特斯拉 ModelY、大眾 ID.4、秦 PlusEV 等。800V 車型電壓等級并無統一定義,一般行業內將額定電壓在550930V 之間的車型統稱為 800V 車型,也有機構認為 600-900V 之間才是800V。2022 年以來發布的多款 800V 車型不僅充電功率逐步提升至 400kW,電壓從600V 提升至 800V 級別,價格也從 2019 年上百萬元逐步下探至 20 萬元級別。其中智己 LS6 定價 22.99 萬元起、華為與奇瑞合作的智
26、界 S7 定價 24.98 萬元起??斐湔诔蔀橄M者購車考慮的重要因素,800V 平臺下 3C、4C 快充可能較快成為中高端車標配。表表 5:2022 年以來主要年以來主要 800V 車型匯總車型匯總 序號 車型 上市時間 售價 序號 車型 上市時間 售價 1 極狐阿爾法2022 年 5 月 39.79 萬42.99 萬元 2 阿維塔 11 2022 年 8 月 31.99 萬40.99 萬元 3 小鵬 G9 2022 年 9 月 30.99 萬46.99 萬元 4 路特斯 Eletre 2022 年 10 月 82.8 萬102.8 萬元 5 奧迪 RSE-tron 2022 年 12 月
27、 146.88 萬元 6 捷尼賽思2023 年 3 月 28.58 萬37.23 萬元 7 小鵬 G6 2023 年 6 月 20.99 萬27.69 萬元 8 昊鉑 Hyper 2023 年 7 月 25.9933.99 萬元 9 智己 LS6 2023 年 10 月 31.88 萬43.88 萬元 10 合創 V09 2023 年 10 月 預計 30 萬元起售 11 阿維塔 12 2023 年 10 月 預計 30 萬元起售 12 智界 S7 2023 年 11 月 24.98 萬元起 13 問界 M9 2023 年 12 月 預計 50 萬60 萬元 14 極氪 CS1E 2023 年
28、四季度 預計 20 萬25 萬元 15 理想 MEGA 2023 年四季度 預計 50 萬元起售 資料來源:各公司官網、招商證券 800V 車型滲透率有望快速提升。車型滲透率有望快速提升。2023 年 1-10 月,中國新能源車產銷分別完成735.2 萬輛和 728 萬輛,同比增長 33.9%和 37.8%,新能源銷量達到總銷量的30.4%。預計 2023 年新能源車銷量有望超過 900 萬輛,滲透率超過 30%;2025 年新能源車滲透率有望達 40-45%。根據 NE 時代數據估算,800V 車型滲透率在 2023 年約 2%。800V 車型價格的不斷下探,預計 2025 年開始進入152
29、0 萬元區間,800V 車型滲透率有望快速提升。表表 6:新能源車及:新能源車及 800V 車型銷量預測車型銷量預測 2019 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E 2026E 汽車銷量(萬輛)2577 2531 2628 2685 2950 3039 3130 3224 新能源滲透率 5%5%13%26%31%37%44%49%新能源車銷量(萬輛)121 137 355 689 905 1138 1376 1579 800V 滲透率 2%7%15%25%800V 銷量(萬輛)18 80 206 395 資料來源:乘聯會、NE 時代新能源、招商證券 敬請閱讀末頁的重
30、要說明 9 行業深度報告 二、二、800V 將帶來電氣架構改變及硬件升級將帶來電氣架構改變及硬件升級 1、電氣架構可能有較大變化、電氣架構可能有較大變化 電動汽車中,與電池包直接連接的高壓部件可分為充電端和用電端,系統電壓從 400V 升級至 800V,車載高壓系統的充電和用電端相應地需要變化,對應了不同的 800V 電動車高壓架構。以 400V 系統為例,充電端包括直流充電和交流充電。其中直流充電為直流充電樁直接連接電池包,交流充電需要通過車載充電單元(OBC)將 220V 交流電轉換為電池包用 400V 直流電。用電端包括電驅動系統、PTC 加熱單元、空調壓縮機和車載低壓電器。其中電驅動系
31、統、PTC 以及電動壓縮機與電池包直連,使用 400V 電壓供電。電源轉換裝置 DCDC 將 400V 直流電轉化為48/24/12V 低壓電為低壓電器供電。圖圖 2:400V 平臺高壓系統平臺高壓系統 圖圖 3:特斯拉高壓系統:特斯拉高壓系統 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券 資料來源:新能源線束 Linker、招商證券(1)電驅升壓可能是直流充電主流路線)電驅升壓可能是直流充電主流路線 交流充電機交流充電機 OBC 由由 400V 升級至升級至 800V。400V 架構下,交流充電槍通過車載充電機(OBC)將 220V 交流電轉換為 400V 直流電為電池包充電。
32、800V 架構下,車載充電機 OBC 將 220V 交流電轉化為 800V 直流電,因此 OBC 需要從 400V升級至 800V。電驅升壓可能是直流充電系統的主流路線。電驅升壓可能是直流充電系統的主流路線。直流充電端端通過 800V 直流樁為電池包充電,為兼容 400V 充電樁,需要將直流充電樁的 400V 電壓升至 800V,再向 800V 電池包充電。一般升壓方式有兩種:1.使用 DCDC 將 400V 直流電升壓至 800V,再向高壓電池包充電。2.通過電驅中的 IGBT 和電機中的線圈實現升壓功能對高壓電池包充電。敬請閱讀末頁的重要說明 10 行業深度報告 圖圖 4:直流充電端:直流
33、充電端 DCDC 升壓升壓 圖圖 5:直流充電端電驅升壓:直流充電端電驅升壓 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券 DCDC 升壓和電驅升壓的原理相同,升壓電路均由電感、高頻開關和電容組成。由于電驅逆變器中有作為高頻開關的 IGBT 模塊,電機中有三項繞組作為升壓電感,因此可以復用電驅中的元器件實現升壓,從而實現了降本和減少空間占用,成為了主流方案。電驅升壓方案受限于電機線圈的大小以及溫升過高會導致轉子退磁等問題,存在一定的功率限制。目前主流的電驅升壓方案最大功率約 80KW。主流廠商如比亞迪、華為、小鵬、智己等
34、廠商均選擇電驅升壓方式。(2)用電端增加)用電端增加 DCDC 降壓或采用全系降壓或采用全系 800V 高壓電器高壓電器 在用電端有兩種架構,一種是使用 DCDC 將 800V 降壓至 400V,用電端電器保持與 400V 一致,這種方式的好處是可以直接復用 400V 平臺的零部件,在800V 高壓部件還未普及時成本較低。但使用 DCDC 降壓增加了體積占用以及電耗,只能作為過渡方案。另一種方式是直接使用 800V 高壓部件,這種方式成本相對高,但在 800V 普及以后降本潛力更大。同時減少了降壓 DCDC 的使用,結構緊湊且能耗較低。有望成為未來的主流方案。圖圖 6:DCDC 降壓至降壓至
35、400V 方案方案 圖圖 7:全系:全系 800V 方案方案 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券(3)電池包串并聯方案有待觀察)電池包串并聯方案有待觀察 除了在充電和用電端考慮升壓降壓方案外,還可以通過電池包的串并聯來靈活 敬請閱讀末頁的重要說明 11 行業深度報告 實現電池 400V 和 800V 的轉換。當充電端為 800V 直流樁時,兩個 400V 電池包串聯為 800V;當充電端為 400V 直流樁時,兩個 400V 電池包并聯為 400V。在用電端,一種方式是全車使用 400V 高壓電器,兩個 400
36、V 電池包并聯為其供電。另一種方式為全車使用 800V 高壓電器,兩個 400V 電池包串聯為 800V 為其供電。這種方式的優點是可以節省升壓和降壓的 DCDC,在同一個平臺下實現不同電壓的組合,提高了零部件的通用性,降低了開發成本。缺點在于兩塊電池的串并聯增加了電池內部的結構件,很難做到較高的能量密度;兩個電池并聯輸出400V 時需要保證電池包的 SOC 一致,避免出現環流問題;整車電耗較高,效率較低。由于上述種種缺點,串并聯電池包的架構并未成為主流方案。這種架構的代表為通用奧特能平臺,電池包設計為兩層,可以放置 6-24 塊電池模塊,通過串并聯靈活輸出 300/330/400/800V
37、電壓。圖圖 8:2 個個 400V 電池包串聯電池包串聯 圖圖 9:2 個個 400V 電池包并聯電池包并聯 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券 資料來源:800V 架構電動汽車極速充電設計挑戰、招商證券 2、對電驅系統與小三電要求有所提升、對電驅系統與小三電要求有所提升 高壓快充對電驅動系統、小三電帶來的技術變動似乎不是太大。高壓快充對電驅動系統、小三電帶來的技術變動似乎不是太大。主要體現為電驅逆變器中碳化硅器件的應用、耐壓設計以及電機耐壓等級的提升等。1.碳化硅 MOSFET 的開關速度是硅 IGBT 的 1 倍以上,器件承受的尖峰電壓大幅提升。若系統雜感不減少,會
38、導致器件因誤導通或擊穿而損壞,因此800V 電驅系統的電路設計、器件選型難度較高。2.400V 系統電機的型絕緣不再適用,需要重新設計 800V 電機的絕緣系統。3.高電壓下,軸承電腐蝕加劇。行業內衍生了導電碳刷、導電軸承、陶瓷軸承等多種應對方案。4.碳化硅器件工作在更高的頻率段,干擾頻譜的幅值更大,對系統電磁兼容(EMC)設計提出了更高的挑戰。5.碳化硅器件的工作溫度更高,但薄膜電容材料存在一定溫度瓶頸,限制了系統溫度的應用提升。以上種種挑戰涉及到電驅系統設計、電機耐壓設計、軸承電腐蝕防護、電容等元器件的升級。隨著以上問題的逐步攻克,國內外主流的電驅動廠商紛紛推出或更新了自己的新一代 800
39、V 電驅系統。敬請閱讀末頁的重要說明 12 行業深度報告 表表 7:主流:主流 800V 電驅系統比較電驅系統比較 公司 代表產品 采用技術 性能指標 公司 代表產品 采用技術 性能指標 小鵬 XPower 采用 8 層 HairPin 扁線及高效電磁方案、超高功率密度碳化硅先進封裝技術、超低粘度及主動潤滑控制技術等。800V XPower 是小鵬第二代 800V 碳化硅電驅,綜合效率、重量和功率密度分別為 92%、85kg、2.6kw/kg。與上一代相比效率更高、重量更輕、功率密度更高。中車 時代電氣 C-Power280 采用電力電子與機械深度集成技術,自制核心器件碳化硅,融合多功能多模式
40、先進算法;基于材料極限和均衡熱管理的輕量化技術。滿足 ASIL-D&CLASS 5 功能安全。峰值功率 280kW,功率密度 3.3kW/kg,CLTC 工況效率 92%,相較于 E3.0 提升 2.7%,提升續航 6.8%。魔騰動力 800V 碳化硅電控 采用 8 層扁線油冷設計,集成直流快充功能;采用復用功率器件的 boost 直流快充方案,兼容 500V 和 750V 充電樁;滿足 IS026262 功能安全 ASIL C 等級要求。峰值功率 300kW,重量 79kg,碳化硅電控可與硅基IGBT 同封裝替換,運行功率達 200kW+;功率密度2.5kw/kg。華為 DriveONE 8
41、00V 采用智能輔驅算法,智能油冷2.0+鏡面磨削齒軸,AI 尋優平臺 NVH 設計,動力域全棧高壓,急速快充。CLTC 效率 92%,同時支持 750V 和 900+V 雙電壓適配。得益于轉速提升、智能油冷等一系列技術突破,動力總成功率密度達到 2.4kW/kg。博格華納 800V 多元化系列產品 具有內置式永磁轉子和專有的定子絕緣增強技術,以增加耐久可靠性,并具有 HVH 專利的定子繞組技術。電驅可集成升壓 boost 和降壓DCDC,實現靈活組合。800V 油冷電機:該電機的峰值效率可達 96%以上 800V 電機控制器:采用第四代碳化硅技術,可滿足200kW-250kW 單電機的功率響
42、應需求。電驅集成系統:系統方面可提供 iDM200、iDM220、iDM220+等產品系列,涵蓋 85kW 到 250kW 以上的功率需求。緯湃科技 800V 定轉子、逆變器等 800V 油冷 8 層扁線定轉子技術具有高 PDIV 及耐油絕緣設計,定子繞組 8 層 Hairpin 扁線設計。電機最高效率97.5%,218kW 的峰值功率及 450Nm的峰值扭矩 采埃孚 EVSys800 電驅動 編織型連續波繞電機定子,槽內油冷技術,采用 PEEK 絕緣扁線。電控采用了碳化硅功率模塊,通過兩組行星齒輪同時集成了減速和差速功能,結構更加簡單,軸向尺寸更小。峰值功率 275kW,持續功率 206kW
43、,持續功率占比約75%。峰值扭矩 5200Nm,系統重量 74kg。峰值功率密度 3.72kW/kg,持續功率密度 2.78kW/kg,峰值扭矩密度 70.27Nm/kg。聯合電子 800V 電橋 功率模塊自主封裝,采用行業領先硅鋼與磁鋼技術,極大降低電機損耗。電機繞組應用特色的 I-PIN 繞組,保證產品可靠度的同時獲得了高的槽滿率。峰值功率 250KW,重量約 90Kg,峰值功率密度2.78KW/kg,控制器單體最高效率達到 99.5%,電機最高效率可達到 97.5%,電機能量密度達 5.33kW/kg。資料來源:NE 時代、各公司官網、招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 13 行業深度報告
44、 圖圖 10:小鵬:小鵬 XPower 圖圖 11:中車:中車 C-Power 280 資料來源:NE 時代、招商證券 資料來源:NE 時代、中車時代、招商證券 圖圖 12:魔騰動力碳化硅總成:魔騰動力碳化硅總成 圖圖 13:華為:華為 Drive One 資料來源:NE 時代、招商證券 資料來源:華為、招商證券 圖圖 14:博格華納:博格華納 800V 電驅電驅 圖圖 15:緯湃科技:緯湃科技 800V 定轉子定轉子 資料來源:NE 時代、博格華納、招商證券 資料來源:NE 時代、緯湃科技、招商證券 圖圖 16:采埃孚:采埃孚EVSys800 電驅動電驅動 圖圖 17:聯合電子:聯合電子 8
45、00V 電橋電橋 敬請閱讀末頁的重要說明 14 行業深度報告 資料來源:NE 時代、采埃孚、招商證券 資料來源:聯合電子、招商證券 電驅系統、小三電競爭格局可能會逐步趨穩。電驅系統、小三電競爭格局可能會逐步趨穩。電動車電驅行業競爭格局之前不清晰,特別是乘用車環節,主要的電驅廠商可以分為三類。第一類為整車廠為掌握核心零部件自制能力而培育的自供體系,以弗迪動力、特斯拉、蔚來驅動科技和蜂巢電驅動等為代表。第二類是傳統 Tier1 由于燃油車零部件被電驅動取代而被迫轉型,以聯合電子、博格華納、舍弗勒等公司為代表。第三類為工控企業轉型或拓展品類而進入電驅行業,以匯川技術、英搏爾等為代表。在電動車發展初期
46、,電驅系統、小三電等零部件吸引大量行業參與者進入,電驅、小三電等環節是電動車產業鏈中,為數不多的在電動車大發展階段沒有普遍盈利的環節。隨著產品的不斷迭代,電驅、小三電向集成化和高功率方向升級,行業壁壘進一步提高,市場集中度可能會有所提升。電驅動繼續向多合一集成化方向演進。電驅動繼續向多合一集成化方向演進。根據 NE 時代新能源統計,2022 年三合一占比為 54.3%,環比下降 8.7pct;多合一份額由 2021 年 1.2%迅速提升至2022 年 7.2%。2022 年,三合一市場 OEM 自制比例達 57.3%,多合一市場達90.5%。多合一的優點是實現了零部件的共用,降低了總成本,缺點
47、是維修成本較高。未來多合一市場占比取決于 OEM 對系統成本和多合一失效率的平衡,預計至 2028 年多合一占比有望達到 45%。高功率電驅占比將逐步提升。高功率電驅占比將逐步提升。近年來出現的新技術如扁線油冷電機、高轉速電機、碳化硅電驅等均可提升電驅系統的功率密度。過去電驅系統功率密度普遍在 2kW/kg 以下,近年來功率密度已提升至 2.5-3.5kW/kg,預計功率超過230kW 的高功率產品占比將持續提升。圖圖 18:電驅集成化趨勢明顯:電驅集成化趨勢明顯 圖圖 19:高功率電驅占比將逐步提升:高功率電驅占比將逐步提升 資料來源:NE 時代新能源、招商證券 資料來源:NE 時代新能源、
48、招商證券 2023 年上半年新能源乘用車三合一及多合一電驅動系統搭載量為 213.3 萬套,同比增長 49.0%。其中電驅系統裝機量前六名與 2022 年一致,分別為弗迪動力、特斯拉、聯合電子、尼得科、蔚來驅動科技、匯川聯合動力,市場份額分別為 29.1%、15.8%、8.1%、7.1%、5.3%、5.1%。2023 年上半年,CR6 為70.5%,與 2022 年的 63.3%相比提升了 7.2%,市場集中度有所提升。電驅系統供應商中,OEM 廠商比亞迪、特斯拉份額有所提升,分別提升 5.5%、1.7%,市占率達到 29.1%、15.8%;第三方廠商中聯合電子、匯川聯合動力份額有所提升,分別
49、提升 2.5%、2%,市占率提升至 8.1%、5.1%。表表 8:電驅動市場空間測算:電驅動市場空間測算 2021A 2022A 2023E 2024E 2025E 2026E 汽車銷量(萬輛)2628 2685 2950 3039 3130 3224 敬請閱讀末頁的重要說明 15 行業深度報告 2021A 2022A 2023E 2024E 2025E 2026E 新能源滲透率 13%26%31%37%44%49%新能源車銷量(萬輛)355 689 905 1138 1376 1579 800V 滲透率 2%7%15%25%800V 銷量(萬輛)18 80 206 395 雙電機滲透率 7%
50、10%15%20%25%30%電驅/電機總數(萬套)379 758 1040 1365 1720 2052 三合一電驅比例 63.0%54.3%55.0%47%44%40%多合一電驅比例 1.2%7.2%12.0%20%25%30%分布式電驅比例 35.8%38.5%33.0%33%31%30%逆變器價值量(元)3500 3395 3306 3252 3249 3309 電機價值量(元)3500 3395 3306 3252 3249 3309 減速器價值量(元)1500 1455 1411 1369 1328 1288 三合一系統價值量(元)8000 7760 7557 7433 7427
51、7564 多合一系統價值量(元)10000 9700 9447 9292 9283 9455 三合一電驅市場空間(億元)191 319 432 477 562 621 多合一電驅市場空間(億元)5 53 118 254 399 582 分布式電驅市場空間(億元)115 240 275 355 417 487 合計市場空間(億元)311 613 826 1085 1378 1690 資料來源:Marklins、招商證券 圖圖 20:2022 年電驅動市場競爭格局年電驅動市場競爭格局 圖圖 21:2023 年上半年電驅動市場競爭格局年上半年電驅動市場競爭格局 資料來源:NE 時代新能源、招商證券
52、資料來源:NE 時代新能源、招商證券 2023 年小三電市場集中度持續提升。年小三電市場集中度持續提升。除電驅系統外,小三電中的 OBC 和DCDC 也相應從 400V 升級至 800V。目前輸出功率 6.6kW 和 3.3kW 的產品依然是主流,800V OBC 和 DCDC 最大的變化為碳化硅功率器件的使用以及向22kW 高壓大功率方向升級。盡管碳化硅的成本高于硅基 IGBT,但碳化硅器件的性能可以減少模塊中柵極驅動和磁性元件的數量,從而降低電路元件成本,因此碳化硅 OBC 的系統成本更低。除系統成本外,SiC 系統在 3kW/L 的功率密度下可實現 97%的峰值系統效率,而 Si OBC
53、 僅可在 2kW/L 的功率密度下實現 95%的效率。新能源車帶電量從 60kWh 逐步提升至 100kWh 以上,傳統 3.3kW 和 6.6kW 的OBC 對 100kWh 電池包充電時間將達 15 小時以上。因此車載充電機需要向高功率段升級以匹配日益增長的電池包帶電量。小三電環節市場集中度相對比較高,威邁斯等企業市占率、客戶結構優勢比較明顯。目前龍頭廠商威邁斯、富特科技、欣銳科技等均已推出 800V 高功率OBC 產品。敬請閱讀末頁的重要說明 16 行業深度報告 圖圖 22:2022 年年 OBC 市場競爭格局市場競爭格局 圖圖 23:2023 年上半年年上半年 OBC 市場競爭格局市場
54、競爭格局 資料來源:NE 時代新能源、招商證券 資料來源:NE 時代新能源、招商證券 表表 9:不同功率段:不同功率段 OBC 的應用的應用 3.3kW 6.6kW 11kW 22kW 車型 輕混/插混 純電乘用車 純電乘用車/輕卡 高性能電動車/電動商用車 帶電量 3-20kWh 20-80kWh 20-100kWh 100-300kWh 充電時間 2.75 小時 7 小時 7.5 小時 9 小時 功率器件 Si MOSFET、SiC、GaN SiC、Si SiC、Si IGBT SiC、Si IGBT 資料來源:寬禁帶半導體技術創新聯盟、招商證券 3、碳化硅快速應用、碳化硅快速應用 碳化硅
55、優勢明顯,正在快速應用。碳化硅優勢明顯,正在快速應用。在電驅系統電壓等級提高到 800V 后,需要提高逆變器中的功率器件耐壓到 1200V,而目前主流的硅基 IGBT 耐壓等級在600-750V。相比硅 IGBT,碳化硅 MOSFET 具有高耐壓、低導通電阻、耐高頻和耐高溫的特性。由于過去國內碳化硅供應不足,碳化硅器件價格是硅 IGBT 功率器件的數倍。但使用碳化硅可以提升整車 NEDC 效率 3%左右,若電池包帶電量為 100KWH,3%的效率提升可以減少 2-3KWH 的帶電量,對應電池成本 2 千元左右,對整車成本已經有一定經濟性,未來隨著碳化硅售價的顯著降低,經濟性會更明顯。1.高耐壓
56、:高耐壓:碳化硅材料的絕緣擊穿場強是硅的 10 倍,因此與硅器件相比,能夠以更薄的厚度實現 600V 以上的高耐壓。同等電壓等級下,可設計成硅基器件體積的 1/10,體積大大減小。2.低導通電阻:低導通電阻:相同耐壓的器件,碳化硅單位面積的漂移層阻抗僅為硅基器件的 1/300因此,碳化硅材料可以采用多數載流子器件(MOSFET)就可以實現低導通電阻高耐壓高頻快速開關等各優點兼備的器件,而不需要 IGBT 這種雙極型器件結構。3.耐高頻:耐高頻:碳化硅的飽和電子漂移速率是硅基器件的 2 倍,可以在更高的頻率下驅動。碳化硅器件的能量損失更小,為硅基器件能量損失的 30%60%。因此碳化硅器件功率密
57、度較高,且更節能。4.耐高溫:耐高溫:碳化硅相較于硅基器件在高溫下漏電流較小,再考慮到碳化硅器件本身熱導率高,損耗低,發熱小,因此碳化硅功率器件可在高溫下保持工作一般硅基器件的極限工作溫度約 300,碳化硅器件可以到 600以上。敬請閱讀末頁的重要說明 17 行業深度報告 圖圖 24:同規格碳化硅器件與硅器件對比:同規格碳化硅器件與硅器件對比 資料來源:天科合達招股書、招商證券 國內碳化硅供給大幅擴張,成本與價格可能較快就會降低。碳化硅器件的成本中成本占比顯著高于硅 IGBT,其襯底經過晶體生長、加工、切割、研磨、拋光和清晰工序制備而成,微管是碳化硅襯底重要的結晶缺陷之一,是導致產品良率低以及
58、碳化硅成本高昂的一大因素。碳化硅襯底材料按照導電率可以分為導電型襯底和半絕緣型襯底,其中導電型襯底主要被制成碳化硅二極管、Mosfet 等功率器件,應用于新能源車、光伏發電、軌道交通等領域;半絕緣型襯底被制作成 HEMT 等微波射頻器件,主要應用于 5G 通訊、衛星、雷達等領域。4、會推動電機扁線及軸承防腐蝕技術升級、會推動電機扁線及軸承防腐蝕技術升級 800V 系統對電機扁線的絕緣要求提升。系統對電機扁線的絕緣要求提升。GB/T 20270.1 中對于電機繞組的絕緣等級進行了劃分:I 型絕緣:一般用于額定電壓有效值為 700V 及以下且傾向于使用散繞繞組的旋轉電機。I 型繞組在其壽命期間、在
59、絕緣的任何部位不承受局部放電(PD)。II 型絕緣:一般用于額定電壓有效值在 700V 及以上且傾向于使用成型繞組的旋轉電機。II 型繞組在其壽命期間、在絕緣的某些部位,可能承受 PD。由于電驅系統中逆變器 PWM 輸出的電壓存在尖峰,遠高于母線電壓(工作電壓),若再考慮熱老化以及高海拔放電的安全余量,800V 漆包線的關鍵參數局部放電起始電壓(PDIV)一般要到 2300V 左右。因此 800V 漆包線相比于400V,其變化為耐壓要求提升,且需要使用耐 PD 材料。圖圖 25:耐電暈漆包線和普通漆包線:耐電暈漆包線和普通漆包線 資料來源:800V 高壓未來、招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明
60、18 行業深度報告 800V 電機扁線電機扁線 PEEK 和厚漆膜方案并存。和厚漆膜方案并存。目前提高 PDIV 主要有兩種方式,一種是采用較厚的漆膜來提高 PDIV,另一種方式是采用較低介電常數的材料。漆包線常用的絕緣材料有聚酰胺酰亞胺漆(PAI)、聚酰亞胺漆(PI)、聚酯亞胺漆(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)。PEEK 材料具有耐高溫、耐腐蝕、較好的機械性能等特性,因此是漆膜薄化的主要應用材料。由于 PEEK 擠出工藝可以用較低的膜厚滿足耐壓和耐電暈要求,但價格更貴,預計 PEEK 路線適用于高端車型,而厚漆膜方案適用于走量車型。國內佳騰電業、日本古河電工是 PEEK 線技術路線的代表。精
61、達股份、金杯電工等在布局了 PEEK 線技術的同時,主推 PI 絕緣外加耐電暈漆膜的方案,也稱厚漆膜的方式。表表 10:厚漆膜方案與:厚漆膜方案與 PEEK 方案對比方案對比 技術路線 代表公司 實現方式 性能 優點 缺點 技術路線 代表公司 實現方式 性能 優點 缺點 厚 漆 膜 方案 精達股份 金杯電工 采用 PI+耐電暈 P(A)I 方式提升 PDIV 和耐電暈性能。金杯電工采用耐電暈 PI 薄膜燒結工藝解決厚漆膜均勻性和附著性差的問題 雙邊漆膜厚度在320um 左右,常溫PDIV 可達 220Vp 以上,耐電暈時間達100 小時以上 成本較低 加工過程經過多道涂覆烘烤,漆膜較厚,產 品
62、 偏 心 度大,尺寸一致性差 PEEK 方案 佳騰電業 古河電工 采用 PEEK 材料擠出工藝 同等 PDIV 下漆膜更薄,一致性更好 同等 PDIV 下漆膜更薄,均勻性和一致性更好 成本較高 資料來源:800V 高壓未來、各公司官網、招商證券 圖圖 26:精達股份布局:精達股份布局 PEEK 線技術線技術 圖圖 27:金杯電工布局:金杯電工布局 PEEK 線技術線技術 資料來源:專利之星檢索、招商證券 資料來源:專利之星檢索、招商證券 軸承防腐蝕技術在軸承防腐蝕技術在 800V 系統中更為重要。系統中更為重要。在電機運行時,軸與軸之間或轉軸兩端之間產生的電位差叫做軸電壓。在軸電壓下,若通過電
63、機機座等構成回路,則在軸電壓的作用下產生軸電流。正常情況下,軸承內的潤滑油膜能起到絕緣作用從而遏制軸電流產生;但當軸電壓較高時,將擊穿潤滑油膜產生軸電流,在軸承的滾動體和滾道之間放電,產生電腐蝕。電腐蝕會在軸承滾道上形成電熔坑,導致電機運行噪聲升高。800V 系統下,軸電壓導致的電腐蝕問題比較嚴重,為了解決軸電壓帶來的電腐蝕問題,有以下幾種解決方式。敬請閱讀末頁的重要說明 19 行業深度報告 表表 11:常見軸電流防治方法:常見軸電流防治方法 軸承防護措施 圖片 優點 缺點 軸承防護措施 圖片 優點 缺點 疏導 導電油封 無需額外安裝空間 滲油后導電效果大幅降低 耐磨性差短期摩擦后變間隙配合,
64、失去導電性 導電碳棒 成本低 與軸面局部接觸 浸油條件下壽命大幅縮短 壓力彈簧長期受熱后彈力衰減,需定期更換 高震動條件下,碳棒彈跳打火及碎裂風險 導電纖維接地環 結構多樣,適用性廣 有效解決高頻電流趨膚效應 接觸面充分 長壽命、免維護 適用有油環境 同時解決系統軸電壓和改善系統 EMI 阻斷 絕緣軸承 有效阻斷軸兩端循環電流 高成本 裝配要求高 只能轉移問題,無法徹底解決系統問題 遏制 共模磁環 可改善系統 EMI 表現 需要較大安裝空間 裝機成本高 軸電壓降低非常有限,無法消除風險 資料來源:NE 時代新能源、招商證券 5、800V 系統對熱管理要求提升系統對熱管理要求提升 800V 系統
65、散熱要求提高。系統散熱要求提高。在電動車充電過程中,電芯溫度過高會產生嚴重安全問題,需要熱管理系統將電芯內阻產生的熱量帶走。相同功率下 800V 電池包的電流減小一半,但 800V 串聯電芯更多,內阻大約是 400V 平臺的 34 倍,因此 800V 平臺的發熱量與 400V 平臺幾乎一致??紤]到 800V 平臺功率大,充電時間短,因此單位時間發熱量高于 400V 平臺,散熱壓力大。電池熱管理系統主要包括換熱系統及壓縮機,高壓快充下換熱系統和壓縮機均需要升級以提高換熱效率。以現代 IONOQ5 為例,在快充的過程中前 10-50%SOC 保持 200KW 大倍率充電,由于發熱量高高于系統散熱能
66、力,電池溫度持續上升。在 SOC50%以后,充電功率逐步下臺階,發熱量減小,SOC70%后電池溫度開始下降。充電過程中最大溫度達 5253,已接近 SEI 膜最大承受溫度 60。敬請閱讀末頁的重要說明 20 行業深度報告 圖圖 28:IONOQ5、Tycan、Model Y 快充溫度表現快充溫度表現 資料來源:知化汽車、招商證券(1)熱管理換熱系統的升級)熱管理換熱系統的升級 提升換熱系統效率主要有幾種方式:a)側冷或雙冷板設計,b)浸沒式冷卻,c)采用直冷。側冷和雙冷板設計。側冷和雙冷板設計。電芯本身占了總熱阻的 64%,而電芯大面的雙面散熱熱阻大約為底部熱阻的 1/3,因此冷板雙面側冷的效
67、率顯著高于傳統的底部水冷。寧德時代的麒麟電池和特斯拉 4680 電池均使用了側面冷卻技術,其中麒麟電池通過多功能彈性夾層將電芯側面的熱量帶到水冷板處交換出去,特斯拉則通過在4680 電池側面的循環水道將電芯側面的熱量帶走。除側冷以外,上下雙冷板也是常見思路。廣汽的 6C 電池以及蜂巢能源的龍鱗甲電池均采用了上下雙冷板設計來增強熱管理系統的換熱能力。而寧德時代的磷酸鐵鋰神行電池采用底部水冷方式,并未采用側冷或雙冷板設計。除了增加液冷板、散熱片等方式提升換熱效率外,部分廠商直接取消液冷板,通過浸沒式冷卻或直冷的方式增強換熱效率。圖圖 29:電芯散熱熱阻比較:電芯散熱熱阻比較 圖圖 30:麒麟電池熱
68、管理系統:麒麟電池熱管理系統 資料來源:Da 文西、招商證券 資料來源:寧德時代、招商證券 浸沒式冷卻。浸沒式冷卻。相比于傳統的非直接冷卻方式,浸沒式冷卻是將電芯浸泡在特殊的工質中,讓電芯與冷卻液直接換熱,相當于熱量從電芯的各個面交換出去,極大提高了系統的換熱能力。仿真結果顯示浸沒式冷卻的最高溫度較底部冷卻提升了 8,單個電芯溫差控制在 3以內。因此浸沒式冷卻在換熱及控制溫差上潛力巨大,能夠滿足更大倍率的快充以及更長的使用壽命。浸沒式冷卻電池包電芯間需要留有足夠間隙換熱,同時保證整包剛度、密封性等,且需要控制重量。因此浸沒式冷卻對電池包的設計、制造要求極高。目前 敬請閱讀末頁的重要說明 21
69、行業深度報告 應用浸沒式冷卻方案的有奔馳 AMG。圖圖 31:浸沒式冷卻示意圖:浸沒式冷卻示意圖 資料來源:懂車帝、招商證券 直冷。直冷。電池包直冷利用制冷器蒸發吸熱的原理,將蒸發器直接安裝在電池系統中,減少了冷媒與冷卻液的交換,提高了熱效率且減少了系統復雜度。與液冷相比,直冷減少了電池回路的換熱器,也減少了水冷板處的水泵,同時節省了空間,實現減重和增加續航。電池直冷在不同倍率充電溫度均比液冷低,最佳效果要低 4.1,特別在 2C 倍率下依然可以將電池控制在 45以下。但直冷也有其固有的缺點:耐壓與密封問題。耐壓與密封問題。熱管理系統的蒸發器蒸發壓力在 3-4Bar,而液冷板工作壓力在 1.3
70、Bar 以內,制冷劑冷板相比于水冷板的泄露要求提高了上百倍。溫度均勻性。溫度均勻性。由于制冷劑的比熱容相對于乙二醇溶液小,會導致模組或電芯之間的溫差過大,影響電池性能。由于磷酸鐵鋰電池的溫度特性優于三元鋰電池,因此專注于磷酸鐵鋰路線的比亞迪大規模采用了直冷方案。除此之外,寶馬 i3 也有采用直冷方案的車型。由于浸沒式冷卻難度較高,直冷方案比較適合磷酸鐵鋰電池,目前僅比亞迪大規模采用,預計其它公司在高倍率電池的熱管理部件將采取增加水冷板、側冷板的方式。(2)800V 空調壓縮機向高功率、大排量演變空調壓縮機向高功率、大排量演變 新能源車熱管理的加熱部件空調壓縮機和高壓 PTC 均直接連接電池包,
71、因此在400V 升級 800V 系統時,空調壓縮機和 PTC 加熱器需要升級至 800V 平臺,對于空調壓縮機的升級主要有:1.壓縮機控制器的功率器件高壓化。壓縮機控制器的功率器件高壓化。驅動芯片需要從 600V 升級至 1200V,功率器件從 600V 升級至 1200V,鋁電解電容升級至薄膜電容。2.壓縮機電機繞組的絕緣要求更高。壓縮機電機繞組的絕緣要求更高。絕緣要求提升帶來電機繞組的絕緣層加厚。3.散熱功率加大。散熱功率加大。800V 系統下壓縮機功率提升以增強系統的換熱能力。2018 年前國內新能源車壓縮機排量和最高轉速主要有 27cc/8500rpm,34cc/8500rpm 兩種型
72、號,電動壓縮機的主要廠商為南京奧特佳、上海海立、華強等。隨著 800V 平臺的普及,空調壓縮機也開始向 800V 電動壓縮機以及大排 敬請閱讀末頁的重要說明 22 行業深度報告 量高功率壓縮機升級。隨著 4C 快充的普及,電池在單位時間內產熱大幅增加,對應電動壓縮機的功率需求從 8KW 提升到 15KW。電動壓縮機的排量/轉速要求從 2740cc/8500rpm提升到 40cc/13500rpm、45cc/12000rpm、55cc/10000rpm。目前德國馬勒已量產 55cc 電動壓縮機,處于領先地位。表表 12:800V 電動壓縮機各公司進展電動壓縮機各公司進展 企業 企業 800V 電
73、動壓縮機進展 電動壓縮機進展 奧特佳 2022 年已批量供應 45cc/12000rpm/1000V 電動壓縮機,具備適用于高電壓環境的汽車空調壓縮機產品的設計制造能力。美的威靈 2022 年發布 800V 碳化硅 12000rpm 高轉速電動壓縮機,最大程度縮小了壓縮機體積和重量,率先應用于小鵬 G9 車型。海立 2023 年 4 月,海立股份發布 ETH45 800V 電動壓縮機,排量為 45cc,工作最高電壓為 850V,轉速范圍 600-10000 轉,在限定負荷下轉速可達 12000 轉。按照計劃,該 800V 壓縮機將在 2024年 2 月量產,首先搭載在吉利新能源重卡上。博澤 2
74、021 年推出 800V/55cc 電子空調壓縮機,采用大功率 8KW 驅動電機,工作效率可達 90%。馬勒 馬勒 800V 57cc 電動壓縮機在最大轉速下制冷能力高達 18KW,可以極大提高熱管理系統能力,幫助電池在快充工況下快速降溫。該款壓縮機首先于 2019 年應用于歐洲某高端電動車品牌。資料來源:800V 高壓未來、蓋世汽車、招商證券 6、繼電器、熔斷器、薄膜電容、繼電器、熔斷器、薄膜電容、AFE 芯片升級芯片升級(1)高壓直流繼電器價值量、用量提升)高壓直流繼電器價值量、用量提升 高壓快充下繼電器數量提升高壓快充下繼電器數量提升 12 只。只。高壓直流繼電器位于電池包 BDU 和充
75、電樁中,是通過小電流控制高壓大電流電路開斷的核心元器件。在電動車端,包括主正主負繼電器 2 個、快充正負繼電器 2 個、預充繼電器 1 個。如前所述,在 400V 升壓 800V 時有兩種方案,一種是 DCDC 升壓,一種是電驅升壓。在 DCDC 和電驅升壓方式下,均需要電路的切換才能實現對 800V 和400V 樁的兼容。作為高壓開關的繼電器用量也相應提升 12 只。高壓快充下繼電器單件價值量也有所提升。高壓快充下繼電器單件價值量也有所提升。隨著充電功率增大以及 4C 充電的普及,800V 系統的電流也接近 500A 的電氣系統極限。高壓快充對于高壓直流繼電器的耐壓等級、載流能力、滅弧能力、
76、接觸電阻、使用壽命等提出了更高要求。在 800V 系統下,繼電器相比于 400V 的單品價值量提升約 30%。圖圖 32:繼電器在電動車中的應用:繼電器在電動車中的應用 資料來源:新能源時代、招商證券 敬請閱讀末頁的重要說明 23 行業深度報告 表表 13:高壓直流繼電器單車用量:高壓直流繼電器單車用量 高壓直流繼電器高壓直流繼電器 主繼電器主繼電器 快充繼電器快充繼電器 預充繼電器預充繼電器 慢充繼電器慢充繼電器 升壓回路繼電器升壓回路繼電器 400V 系統用量(顆)2 2 1 2 0 單價(元)105 105 20 30 800V 系統用量(顆)2 2 1 2 1 單價(元)130 130
77、 20 30 100 400V 單車價值量500 800V 單車價值量700 資料來源:宏發股份可轉債募集說明書、新能源時代、招商證券 表表 14:高壓直流繼電器全球市場空間測算:高壓直流繼電器全球市場空間測算 2021A 2022A 2023E 2024E 2025E 2026E 中國汽車銷量(萬輛)2628 2685 2950 3039 3130 3224 中國新能源滲透率 13%26%31%37%44%49%中國新能源車銷量(萬輛)355 689 905 1138 1376 1579 800V 滲透率 2%7%15%25%800V 銷量(萬輛)18 80 206 395 400V 高壓直
78、流繼電器單車價值量(元)530.5 515.0 500.0 485.0 470.5 456.3 800V 高壓直流繼電器單車價值量(元)742.6 721.0 700.0 679.0 658.6 638.9 中國高壓直流繼電器市場空間(億元)18.8 35.5 45.6 56.7 68.6 79.2 全球新能源車銷量(萬輛)668.8 1065.0 1476.0 1895.6 2341.6 2807.0 全球新能源車 800V 滲透率 0.5%1.0%2.0%5.0%10.0%15.0%全球高壓直流繼電器市場空間(億元)35.5 55.1 74.4 93.8 114.6 135.8 資料來源:
79、Marklines、招商證券 表表 15:高壓直流繼電器主要參與者:高壓直流繼電器主要參與者 公司 簡介 公司 簡介 松下 松下為國際繼電器市場龍頭企業,高壓直流繼電器在 2019 年全球市占率 37%,位居世界第一。但由于價格昂貴、集團重視程度不夠等原因,近年來被宏發股份超越。宏發股份 全球繼電器龍頭企業,高壓直流繼電器全球市場份額持續提升,目前市占率已達 40%。隨著公司海外印尼工廠投產以及歐洲工廠注冊,全球競爭力進一步領先,預計市占率將持續提升。森薩塔 森薩塔于 2018 年收購了繼電器企業 GIGAVAC 進入環氧類高壓直流繼電器領域,并向特斯拉供貨。隨著繼電器由環氧向陶瓷方案的轉變,
80、森薩塔與中匯瑞德合資成立蕪湖工廠切入陶瓷高壓直流繼電器領域。西艾愛電子 成立于 1993 年,是美國泰科電子與西埃電器的合資公司,主要產品為高壓直流繼電器、電源濾波器等。西艾愛電子國內高壓直流繼電器客戶有上汽、廣汽、大眾等。比亞迪 比亞迪高壓直流繼電器由其第二事業部零部件工廠(CPF)制造,自 2007 年開始開發高壓直流繼電器,并廣泛應用于比亞迪電動車中,近年來比亞迪零部件事業部也逐步開始外供。資料來源:各公司官網、招商證券(2)熔斷器升級激勵熔斷器、智能熔斷器)熔斷器升級激勵熔斷器、智能熔斷器 新能源乘用車中,主回路電力熔斷器額定電流一般為 300-700A,每輛車至少應用 1 只,少數應
81、用 2-3 只。輔助回路電力熔斷器額定電流一般小于 100A,根據車輛設計不同一般應用 3-5 只,主要應用于空調、PTC、DCDC、OBC 等用電負載的回路保護。電力熔斷器在高功率下選型匹配更困難。電力熔斷器在高功率下選型匹配更困難。熔斷器作為電路保護器件,需要與繼電器匹配使用。當系統出現異常較大電流,若繼電器可以及時斷開,則繼電器動作保護電路;當系統中的電流超過繼電器最大切斷電流時,需要熔斷器介入保護整個系統的安全。在實際工況中,電車急加速時系統沖擊電流較大,工程 敬請閱讀末頁的重要說明 24 行業深度報告 師需要在熔斷器的抗電流沖擊與保護系統之間做選擇,因此熔斷器需要與繼電器做匹配選型。
82、800V 系統功率往往更高,熔斷器繼電器的匹配也更困難。電力熔斷器存在熱老化問題,需定期更換。電力熔斷器存在熱老化問題,需定期更換。傳統熱熔式保險絲的優點是結構簡單、價格便宜,可被動觸發。但熱熔式保險絲持續不斷地存在發熱,會有熱老化問題。燃油車專門配備了保險絲盒方便更換老化的熔斷器,電動車也普遍在BDU 中設置了維修蓋方便更換保險絲。在快充系統中,傳統熱熔式保險絲的老化問題更為明顯。圖圖 33:車載高壓系統:車載高壓系統 圖圖 34:繼電器與熔斷器匹配:繼電器與熔斷器匹配 資料來源:中熔電氣、招商證券 資料來源:汽車電子硬件設計筆記、招商證券 激勵熔斷器解決了電力熔斷器的匹配和熱老化問題。激勵
83、熔斷器解決了電力熔斷器的匹配和熱老化問題。在系統檢測到異常電流后給觸發信號到激勵熔斷器的火藥觸發器,火藥引爆后產生氣體推動活塞下移,切斷銅排。激勵熔斷器的優勢是切斷時間極短,可以達到毫秒級別,不受電流大小的影響。由于激勵熔斷器的切斷時機可以靈活調整,因此減少了與繼電器匹配的時間。同時,激勵熔斷器可在車輛出現碰撞時主動切斷電路,提高了系統安全性,因此激勵熔斷器在 400V 系統中也開始有所應用。圖圖 35:激勵熔斷器工作原理:激勵熔斷器工作原理 資料來源:汽車電子設計、招商證券 激勵熔斷器僅可主動觸發,若信號端出現故障,有無法切斷高壓電路的風險。因此主流方案為電力熔斷器和激勵熔斷器串聯,實現主動
84、和被動保護功能。因此激勵熔斷器成為了高壓系統中的純增量部件。激勵熔斷器與安全氣囊工作原理類似,因此激勵熔斷器除傳統熔斷器廠商中熔電氣、庫柏西安以外,還有均勝電子、奧托立夫等安全氣囊供應商,以及火藥觸發器生產商阿斯托特克。敬請閱讀末頁的重要說明 25 行業深度報告 表表 16:激勵熔斷器市場主要參與者:激勵熔斷器市場主要參與者 公司 簡介 公司 簡介 中熔電氣 新能源車熔斷器全球龍頭,2019 年新能源車用熔斷器全球市占率 55%;激勵熔斷器已進入戴姆勒供應鏈,并被國內多家主流客戶定點。阿斯托特克 全球創新性煙火解決方案的領軍型研發和生產商,其產品行人保護執行器在歐洲市場占有率達80%、電路斷路
85、器在歐洲市場占有率達 30%。阿斯托特克常州工廠將于 2024 年 6 月量產,完成后將實現包括行人保護器、電路斷路器產品在內的 1539 萬件年產能。均勝集團 均勝集團為全球知名安全氣囊供應商,同時擁有激勵熔斷器產品。奧托立夫 奧托立夫作為安全氣囊供應商,有豐富的火藥觸發器應用經驗。最早將激勵熔斷器應用于 12V 低壓系統上。資料來源:各公司官網、中熔電氣招股說明書、招商證券 智能熔斷器有望成為下一步升級的方向。智能熔斷器有望成為下一步升級的方向。中熔電氣在 2022 年推出無源智能熔斷器,智能熔斷器的結構相較于電力熔斷器與激勵熔斷器串聯的方案更為緊湊,減少了客戶端的安裝成本。庫柏西安于 2
86、023 年也注冊了智能熔斷器專利,處于跟進位置。目前中熔電器擁有激勵熔斷器專利 28 個,已形成系列化產品提供多種解決方案。在激勵熔斷器產品的豐富度以及全面性上遠超對手。價值量方面,400V 車型單車電力熔斷器單車價值量約 130 元,激勵熔斷器單價約 80 元??紤]到激勵熔斷器為純增量,電力+激勵熔斷器單車價值量約 200 元,單車價值量提升約 50%。(3)薄膜電容用量、價值量均有所提升)薄膜電容用量、價值量均有所提升 薄膜電容具有耐高壓、大電流、低雜散電感等優點,可以為高速開關器件快速補能,并吸收直流支撐(DC-Link)電路中的瞬時過電壓,對高速開關器件硅IGBT 或碳化硅 MOSFE
87、T 進行保護,通常應用在逆變器、OBC 和 DCDC 的直流支撐電路中。圖圖 36:逆變器中直流支撐電容:逆變器中直流支撐電容 圖圖 37:直流支撐電容爆炸圖:直流支撐電容爆炸圖 資料來源:智能汽車電子與軟件、招商證券 資料來源:一覽眾車、招商證券 800V 電磁兼容問題增加薄膜電容用量。電磁兼容問題增加薄膜電容用量。在 800V 系統中,由于碳化硅開關頻率更高,碳化硅逆變器的電磁兼容(EMI)問題更為嚴重濾波器主要由電容和電感元件組成,可濾除差模和共模雜波,消除車內的電磁干擾對其他電子設備的影響。為解決 800V 系統的電磁兼容問題,增加濾波電容是常見解決方案,因此 800V 系統中濾波電容
88、用量會增加。薄膜電容耐壓以及容量要求提升。薄膜電容耐壓以及容量要求提升。800V 電驅系統耐壓要求提升,且碳化硅器件應用推動電驅系統小型化,對薄膜電容也提出了高耐壓、小型化、支持高波紋 敬請閱讀末頁的重要說明 26 行業深度報告 電流、高溫化的要求。未來薄膜電容將繼續通過介質膜薄化、優化蒸鍍技術、材料和結構優化等方式滿足 800V 系統的升級要求。800V 系統下薄膜電容單價有望提升約 5%10%,同時 EMI 濾波需求提升,預計單車價值量有望提升約10%。根據 NE 時代調研數據,2022 年新能源乘用車市場中驅動逆變器用 DC-LINK薄膜電容裝機量達 511.17 萬套,同比增長 85.
89、0%。供應商法拉電子、鷹峰電子、比亞迪、尼吉康、常州常捷市占率分別為 35.4%、26.9%、17.9%、12.3%和4.7%,其中鷹峰電子從 2021 年的 15.5%提升至 2022 年的 26.9%。圖圖 38:2021 年薄膜電容市場格局年薄膜電容市場格局 圖圖 39:2022 年薄膜電容市場格局年薄膜電容市場格局 資料來源:NE 時代新能源、招商證券 資料來源:NE 時代新能源、招商證券(4)800V 電池管理系統中電池管理系統中 AFE 芯片用量增加芯片用量增加 當電芯出現電壓、溫度和電流異常時,可能會發生熱失控。電池管理系統(BMS)可以持續監控每個電芯的電壓、溫度以及電流狀態,
90、如果任何一項超過安全閾值,BMS 會發出信號調整系統至安全狀態。此外,BMS 還可以平衡電池組中每個電芯的電量,最大化電池組的容量,同時使用冷卻或加熱系統調節電池組溫度。優秀的 BMS 系統可以保護電芯并延長電芯的使用壽命。電池管理系統(BMS)一般分為三部分:電池管理單元(電池管理單元(BMU):):作為 BMS 的大腦,做出保護決策并與主控單元通信。電芯監控單元(電芯監控單元(CMU):):測量電芯的電壓和溫度,保持電芯電量的均衡,與BMU 通信測量數據。電池接線盒(電池接線盒(BJB):):負責電流和絕緣測量、接觸器的監控和控制、HV 測量等。圖圖 40:BMS 調節電芯電量均衡調節電芯
91、電量均衡 圖圖 41:BMS 系統組成系統組成 敬請閱讀末頁的重要說明 27 行業深度報告 資料來源:NXP、招商證券 資料來源:NXP、招商證券 模擬前端(AFE)位于電池監控單元(CMU),是包含傳感器接口、模擬信號調理電路、模擬多路開關、采樣保持器、ADC、數據緩存以及控制邏輯等部件的集成組件。AFE 主要負責監測與采集各個電芯狀態,支持 BMS 的計算。AFE需要在每一個串聯節點監測電芯電壓等參數,一個電池包通常由多個電芯串、并聯組成,其中總電壓與單體電芯電壓決定了串聯的電芯數量。400V 平臺的串聯電芯典型數量為 96 個,而 800V 平臺的串聯電芯典型數量為192 個,因此 80
92、0V 平臺模擬前端(AFE)用量會翻倍提高。AFE 的主要供應商有 ADI、TI、ST、松下、NXP 和瑞薩。其中 ADI 的產品線主要來自收購的凌力爾特和美信,瑞薩的產品主要來自收購來的 Intersil。車規AFE 產品的供應商主要為國外企業,ADI 和 TI 占據了絕大多數市場份額。國內企業中穎電子在研發車規級 AFE 芯片,預計將在 2024 年底推出產品。敬請閱讀末頁的重要說明 28 行業深度報告 三、充電系統、電池材料體系需升級三、充電系統、電池材料體系需升級 3.1、充電體系升級、充電體系升級 以 100kWh 電池包為例,要達到 4C 快充,充電功率需要達到 400kW。75k
93、WH電池包要達到 4C,充電功率需要達到 300kW。目前直流充電樁大多在 120kW及以下,因此實現 4C 快充需要充電系統配合升級。2023 年 9 月 7 日,工信部發布新版充電樁推薦標準 GB/T 20234.3-2023電動汽車傳導充電用連接裝置 第 3 部分:直流充電接口,將最大充電電流從250A 提高至 800A、充電功率提升至 800kW,增加了主動冷卻、溫度監測等相關技術要求。2023 年 11 月 14 日,工業和信息化部、交通運輸部等 8 部門印發關于啟動第一批公共領域車輛全面電動化先行區試點的通知,確定北京、深圳、重慶、成都、鄭州等 15 個試點城市,將建成超過 70
94、萬臺充電樁和 0.78 萬座換電站。高壓快充體系下,充電模塊向高功率、高電壓和高效率方向發展,同時,充電樁散熱體系也需要升級,大功率液冷充電系統以及大功率獨立風道充電系統開始應用。表表 17:各廠商超級充電站規劃:各廠商超級充電站規劃 廠商 產品性能 建設規劃 廠商 產品性能 建設規劃 華為 液冷超充主機 720kW,通過“功率池化和功率柔性智能分配技術”,支持超充、快充靈活配置,單槍最大功率 600kW,最快實現“一秒一公里”,運行噪音低,設備防護好、可靠性高,使用壽命 15 年以上,支持 200-1000V 充電范圍,兼容各功率段車型。華為數字能源已與合作伙伴在深圳、北京、上海、成都、南京
95、等全國的 50 多個城市、20 多條高速沿線,部署了約 200 多個全液冷超快充樣板站。計劃 2024年底將部署超過 10 萬座液冷超快充。小鵬 S4 超充樁單樁最大功率 480kW,最大電流 670A,峰值充電功率 400kW,5 分鐘充電 200km(CLTC),15 分鐘充電 10%-80%將在 2025 年底之前建成 3000 座超快充站,在 2027年底之前建成 5000 座超快充站。理想 4C 快充樁最大功率 480kW,2C 快充樁最大功率250kW,線徑 26 毫米,提槍重量 3.3 千克,滿載充電噪音低于 65 分貝 一個超充站配備 1 個 5C 樁和 3 個 2C 樁;未來
96、將會升級 2+2 或其他配置。2023 年底建成 300 座 5C 超充站,到 2025 年,理想將累計在高速上建立超過 1200個 5C 超級充電站,對 90%的國家干線高速實現全覆蓋。埃安 埃安 A480 超充樁充電功率 480kW,峰值電壓可達1000V,電流 600A。預計到 2025 年,將會在全國 300 個城市建設 2000座超充站和 500 座換電站,滲透至地級市,實現全覆蓋。蔚來 500kW 超快充樁,最大電流為 660A,采用液冷充電槍線,重量不到傳統充電槍線一半。從 10%充至80%,400V 車型最快僅需 20 分鐘,800V 車型最快僅需 12 分鐘。蔚來充電樁突破
97、20,000 根,是中國市場建設充電樁最多的汽車品牌。極氪 V3 充電樁充電功率 800kW,峰值輸出1000V/800A,搭配“極充 V3 風光儲充一體化”充電示范站 預計 2023 年累計落成超 450 座極充站,2024 年規劃建設 450-550 座極充站 資料來源:各公司公告、招商證券 超級快充要求充電模塊向高功率方向發展。超級快充要求充電模塊向高功率方向發展。充電模塊是充電設備的核心部件。隨著充電功率等級的提升,充電模塊并聯的數量也有所增多,高功率充電模塊將有效降低單個充電樁所需模塊數量,從而降低充電模塊的單 W 成本,且提高安全性。敬請閱讀末頁的重要說明 29 行業深度報告 為滿
98、足高功率快充需求,液冷充電槍有望放量。為滿足高功率快充需求,液冷充電槍有望放量。隨著直流充電槍功率的增大,充電槍端子及線纜的發熱量會快速增加,導致溫升過快引發安全問題。因此在大功率充電樁中(一般大于 120kW)往往采用液冷充電槍。液冷充電槍在充電線纜中放置液冷管道,通過電子泵來驅動冷卻液流動帶走線纜的熱量。液冷充電槍能滿足大功率、低溫升的要求,同時線纜的截面積可以大幅度減小,重量更輕,操作體驗更好。光儲充放一體化解決電網功率不足的問題。光儲充放一體化解決電網功率不足的問題??斐涔β释?350kW 以上,而大多數地區的配電網并未配備大功率變壓器,因此大量配備超級快充樁會對電網產生不利影響。
99、光儲充(放)站是由供配電系統、儲能系統、光伏發電系統、充電系統等組成,包括太陽能電池板、光伏逆變器、電池、雙向交流器及充電樁、DC-DC 變換器等設備。一體站內,光伏發電系統首先滿足充電站需求,當不滿足負荷需求時,儲能系統放電,若仍不能滿足,則從電網購電;當光伏產出過剩時,可將過剩的電能給儲能系統充電,也可以向國網售電,從而獲得一定的收益。3.2、電池負極等材料體系需要升級、電池負極等材料體系需要升級 2023 年 8 月,寧德時代發布神行電池技術,充電 10 分鐘,可實現續航 400km。神行電池通過超電子網正極技術、石墨離子環技術、超高導電液配方、超薄SEI 膜和高孔隙率隔膜實現了磷酸鐵鋰
100、電池的 4C 快充。神行電池的正極、負極、電解液、隔膜等均有變化,其中負極是決定快充性能的核心環節??斐淇赡軒碡摌O材料制造與工藝的改變??斐淇赡軒碡摌O材料制造與工藝的改變。倍率性能主要取決于負極,快充的負極材料為兼顧倍率與容量性能,可能需要進行二次造粒并采用碳化包覆工藝。造粒環節基本決定了負極材料粒徑大小,小顆粒比表面積大,鋰離子遷移的通道更多、路徑更短,倍率性能好,反之大顆粒的壓實密度高、容量大。炭化包覆相當于在石墨外表面形成緩沖層,有助于提高倍率性能,還可以在表面形成致密的 SEI 膜,提高首效、循環壽命。因此,快充可能會提高負極壁壘,進而提升中高端市場的集中度。硅基負極會是未來快充方
101、案下的良好選擇。硅基負極會是未來快充方案下的良好選擇。相較于石墨,硅的理論容量超其 10倍,在石墨負極中摻硅后,材料克容量會隨硅含量迅速上升。目前硅碳復合材料和硅氧復合材料是硅基負極的主要技術路線。在摻入一定比例硅材后,再將負極材料粒徑細化,材料的鋰離子嵌入活性位點和擴散通道也會相對較多,這使得硅基負極在克容量較高的同時,也能滿足快充所需的倍率性能的要求??斐涞倪M一步發展,可能加快硅基負極的應用??斐淇赡芗涌煨滦驼辰Y劑快充可能加快新型粘結劑 PAA 的使用與替換,并加大導電劑使用。的使用與替換,并加大導電劑使用。當前石墨負極主流的粘結劑主要是 SBR 與 CMC,其中 CMC 的機械強度大,而
102、 SBR 柔韌性、粘黏性強,因而通常在石墨負極中組合使用。如果硅基負極開始應用,現有粘結劑性能將難以滿足其要求;業界目前較多探索使用 PAA 新型粘結劑。PAA 材料體積熱膨脹系數小,熱擴散系數大,電池在充放電和高溫狀態下安全性更強,并具有良好的電解液溶脹率和穩定性。高性能導電劑碳納米管(CNT)搭配硅基負極,有利于提升電池倍率性能和循環壽命,如果單壁碳納米管成本下降,使用量也將增加。敬請閱讀末頁的重要說明 30 行業深度報告 圖圖 42:寧德時代神行電池:寧德時代神行電池 圖圖 43:快充材料體系的升級:快充材料體系的升級 資料來源:寧德時代神行電池發布會、招商證券 資料來源:寧德時代官網、
103、招商證券 表表 18:不同的包覆石墨和原始石墨在不同倍率下的放電比容量:不同的包覆石墨和原始石墨在不同倍率下的放電比容量 不同倍率下的放電比容量(mAh/g)不同倍率下的放電比容量(mAh/g)樣品 0.1C 0.2C 0.5C 1C 2C 5C 保持率(5C/0.1C)%原始石墨 342 340 326 288 204 102 30 包覆石墨-20 349 350 348 320 262 155 44 包覆石墨-76 358 355 353 350 315 235 66 包覆石墨-145 357 356 354 350 341 278 78 包覆石墨-196 361 361 357 355
104、348 298 83 資料來源:鋰離子電池快充石墨負極材料的研究進展及評價方法、招商證券 表表 19:不同類型負極材料性能對比:不同類型負極材料性能對比 類型 天然石墨 人造石墨 硅基負極 類型 天然石墨 人造石墨 硅基負極 理論容量 340-370mAh/g 310-360mAh/g 400-4000mAh/g 首次效率 93%93%77%循環壽命 一般 較好 較差 安全性 較好 較好 一般 倍率性 一般 一般 較好 成本 較低 較低 較高 優點 能量密度高、加工性能好 膨脹低、循環性能好 能量密度高 缺點 電解液相容性較差、膨脹較大 能量密度低、加工性能差 膨脹大、首次效率低、循環性能資料
105、來源:貝特瑞招股書、招商證券 表表 20:主流粘結劑介紹:主流粘結劑介紹 用途用途 電池類型電池類型 分散體系分散體系 主流粘結劑主流粘結劑 正極粘結劑 三元電池 油性 PVDF 磷酸鐵鋰電池 負極粘結劑 水性 CMC、SBR、PAA 資料來源:GGII、招商證券 表表 21:主流負極粘結劑性能介紹與對比:主流負極粘結劑性能介紹與對比 CMC+SBR PAA 適用情形 石墨負極粘結劑 硅基負極粘結劑 粘結劑分散體系 水性 水性 優勢 SBR 的良好彈性以及 CMC 的良好分散效果,在石墨中組合效果好;水性粘結劑綠色環保,成本低,非易燃 能夠保證極片結構穩定;減少懸浮液粘稠度,提高電池容量;緩解
106、硅基材料體積膨脹,改善電池循環性能和壽命;機械強度、柔軟性好,利于加工 敬請閱讀末頁的重要說明 31 行業深度報告 CMC+SBR PAA 劣勢 水性粘結劑會對正極集流體(三元)產生腐 蝕效應影響電池性能 PAA 作為粘結劑的電池容量略低于使用 PVDF 的電池容量;分子間羧基氫鍵作用力較強,溶于水易形成分子間團聚結構 資料來源:GGII、新材料在線、電池中國網、招商證券 投資建議投資建議 隨著 800V 車型價格帶的下移,800V 車型有望快速放量,滲透率逐步提升,車端電氣系統部件存在多處升級。800V 電驅系統、小三電向高電壓、高功率升級。電驅系統、小三電向高電壓、高功率升級。主流供應商推
107、出 800V 電驅系統、小三電解決方案,關注匯川技術、英搏爾、威邁斯、欣銳科技(汽車)。800V 電機漆包線絕緣和耐電暈要求提升。電機漆包線絕緣和耐電暈要求提升。電磁線廠商布局高耐壓厚漆膜和PEEK 方案,關注精達股份、金杯電工。漆包線 PEEK 材料關注中研股份(化工)。車端熱管理系統升級,匹配快充高換熱要求。車端熱管理系統升級,匹配快充高換熱要求。高壓快充下單位發熱量較高,熱管理系統中換熱部件冷板等用量有望增加,空調壓縮機向大功率、大排量方向轉變,關注銀輪股份(汽車)、奧特佳。車端元器件匹配高電壓、大電流要求。車端元器件匹配高電壓、大電流要求。800V 系統元器件繼電器、熔斷器、薄膜電容單
108、車價值量顯著提升,關注公司宏發股份、中熔電氣(汽車)、法拉電子(電子)。電池管理系統電池管理系統 AFE 芯片用量增加。芯片用量增加。800V 電池包電芯串聯數量是 400V 電池包的兩倍,對應 AFE 采樣芯片的用量提升,AFE 芯片關注中穎電子(電子)。風險提示風險提示 新能源汽車銷量不及預期:新能源汽車銷量不及預期:隨著新能源車滲透率的不斷提高,下游需求受宏觀經濟波動影響會加大,若需求減弱,可能導致相關公司業績不及預期。整車降價壓力傳導:整車降價壓力傳導:隨著高壓快充車型價格帶下移,整車廠傳導壓力至中游。若無法將降價壓力傳導或消化,可能對相關公司業績產生不利影響。競爭格局惡化:競爭格局惡
109、化:隨著高壓快充的快速放量,參與競爭的公司將有所增加,競爭加劇可能導致相關公司盈利能力下滑。敬請閱讀末頁的重要說明 32 行業深度報告 圖圖 44:電力設備及新能源行業歷史:電力設備及新能源行業歷史 PEBand 圖圖 45:電力設備及新能源行業歷史:電力設備及新能源行業歷史 PBBand 資料來源:公司數據、招商證券 資料來源:公司數據、招商證券 參考報告:參考報告:1.電動車電驅系統趨勢:扁線、永磁、高壓、高轉速動力電池與電氣系統系列報告之(80)20210803 2.快充將推動電池材料體系升級,并帶來充電系統大功率與高電壓趨勢動力電池與電池系統系列報告(93)20220624 3.新能源
110、車充電系統趨勢:高電壓、大功率和液冷電池與電氣系統(95)20220710 4.快充將帶動負極材料升級:Si 基負極、PAA、CNT動力電池與電池系統報告(97)20220727 5.歐美充電樁市場快速增長疊加直流快充技術普及,充電樁產業鏈有望量利齊升 20230206 15x25x35x40 x60 x0100020003000400050006000700080009000Dec/21Jun/22Dec/22Jun/232.3x3.4x4.5x5.6x6.8x0100020003000400050006000Dec/21Jun/22Dec/22Jun/23 敬請閱讀末頁的重要說明 33 行
111、業深度報告 分析師承諾分析師承諾 負責本研究報告的每一位證券分析師,在此申明,本報告清晰、準確地反映了分析師本人的研究觀點。本人薪酬的任何部分過去不曾與、現在不與,未來也將不會與本報告中的具體推薦或觀點直接或間接相關。評級說明評級說明 報告中所涉及的投資評級采用相對評級體系,基于報告發布日后 6-12 個月內公司股價(或行業指數)相對同期當地市場基準指數的市場表現預期。其中,A 股市場以滬深 300 指數為基準;香港市場以恒生指數為基準;美國市場以標普 500 指數為基準。具體標準如下:股票評級 股票評級 強烈推薦:預期公司股價漲幅超越基準指數 20%以上 增持:預期公司股價漲幅超越基準指數
112、5-20%之間 中性:預期公司股價變動幅度相對基準指數介于5%之間 減持:預期公司股價表現弱于基準指數 5%以上 行業評級 行業評級 推薦:行業基本面向好,預期行業指數超越基準指數 中性:行業基本面穩定,預期行業指數跟隨基準指數 回避:行業基本面轉弱,預期行業指數弱于基準指數 重要聲明重要聲明 本報告由招商證券股份有限公司(以下簡稱“本公司”)編制。本公司具有中國證監會許可的證券投資咨詢業務資格。本報告基于合法取得的信息,但本公司對這些信息的準確性和完整性不作任何保證。本報告所包含的分析基于各種假設,不同假設可能導致分析結果出現重大不同。報告中的內容和意見僅供參考,并不構成對所述證券買賣的出價,在任何情況下,本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。除法律或規則規定必須承擔的責任外,本公司及其雇員不對使用本報告及其內容所引發的任何直接或間接損失負任何責任。本公司或關聯機構可能會持有報告中所提到的公司所發行的證券頭寸并進行交易,還可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務??蛻魬斂紤]到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突。本報告版權歸本公司所有。本公司保留所有權利。未經本公司事先書面許可,任何機構和個人均不得以任何形式翻版、復制、引用或轉載,否則,本公司將保留隨時追究其法律責任的權利。