快充深度报告：800V高压架构大势所趋，材料与车端产业链共升级

快充深度报告：800V高压架构大势所趋， 材料与车端产业链共升级 2022年12月3日 信达证券股份有限公司 CINDASECURITIESCO.,LTD 北京市西城区闹市口大街9号院1号楼邮编：100031 孙然电力设备与新能源行业研究助理 执业编号：S1500122070027 联系电话：18721956681 邮箱：sunran@cindasc.com 张鹏电力设备与新能源行业分析师 执业编号：S1500522020001 联系电话：18373169614 邮箱：zhangpeng1@cindasc.com 武浩电力设备与新能源行业首席分析 师 执业编号：S1500520090001联系电话：010-83326711 邮箱：wuhao@cindasc.com 莫文宇电子行业首席分析师 执业编号：S1500522090001 联系电话：13437172818 邮箱：mowenyu@cindasc.com 看好 上次评级 看好 投资评级 电力设备与新能源&电子 证券研究报告 行业深度研究 800V高压架构大势所趋，材料与车端产业链共升级 2022年12月3日 本期核心观点 800V架构成快充主流，车企加速布局。快充补能效率不输燃油车，日益成为新能源车的发展方向之一。相比大电流快充，800V高压快充具有充电效率高、快充区间更大、技术难度低等优势，是目前发展的主流路线。2019年，保时捷发布首款800V车型Taycan，随后现代起亚等国际巨头发布800V平台，比亚迪、吉利汽车等都相继开始布局800V高压平台，造车新势力蔚来、理想也紧随其后。我们预计2025年800V快充车型在新能源车渗透率将达到15%。 电池负极材料升级，硅基+碳纳米管+新型LiFSI渗透率有望提升。快充情形下，不仅对电池倍率性能提出新要求，同时在增加车载电压和充电桩电压时，会对电池本身造成一些影响，会产生热效应、锂析出、机械效应等负面影响。在此情况下，电池材料需升级，石墨造粒、包覆工艺等是影响快充性能的重要因素，硅基负极+碳纳米管+新型锂盐适配快充体系，有望成为未来快充发展方向。 车端器件升级，800V架构下部分零部件量价齐升。800V架构下对车端零部件也提出了新的要求：1）SiC材料高压性能突出，未来800V架构下相关器件单车价值量和市场空间有望提升；2）电机方面，扁线化、油冷成趋势，对防腐蚀、绝缘要求提升；3）高压直流继电器量价齐升，；4）薄膜电容需求升级，单车价值量有望提升20%；5）线束降规，但高压连接器用量增加，单车价值量有望增长500元左右；6）熔断器方面，800V下单车价格有望提升30-130元。 充电基础设施大功率、高压化趋势明显。ChaoJi充电标准逐步落地，大功率超充或成未来发展趋势。在目前高压标准下，从DC500V系统升级到DC950V系统，除了充电枪、线、直熔丝等需做出变更，其他无需改变。但随着未来大功率超充方向发展，高压化配件需升级，SiC有望替代SiIGBT功率模块，同时或将配备液冷装置，我们预估充电模块成本或将提升。 投资建议：我们认为随着800V架构渗透率提升，未来电池材料+车端部件有望升级。1）电池材料：负极是影响快充性能的重要材料，硅基材料+单壁碳纳米管成发展趋势，同时新型锂盐渗透率也有望提升，建议关注杉杉股份、璞泰来、天奈科技、天赐材料；2）车端零部件升级：SiC方面，性能优势显著，汽车电动化浪潮下需求走强，行业供不应求，景气持续并为国产厂商提供成长窗口，建议关注三安光电/天岳先进(前瞻布局化合物半导体)；电机电控方面推荐汇川技术、旭升股份，建议关注精达股份、麦格米特、英博特；电容方面，建议关注法拉电子、江海股份；熔断器方面，建议关注中熔电气。 风险因素：疫情导致产业链需求不及预期风险；技术路线变化风险；原材料价格波动风险；市场竞争加剧风险等。 目录 一、快充逐步落地，800V高压平台成趋势5 1.1里程+充电焦虑下，快充成首选5 1.2800V架构成主流，车企纷纷加码6 二、快充推动电池材料升级13 三、车端：SIC展现性能优势，电气类零部件迎升级16 3.1电机：扁线化、油冷趋势，防腐蚀、绝缘要求提升17 3.2SIC：SiC渗透加速19 3.3高压直流继电器：量价齐升22 3.4薄膜电容：薄膜电容器产品需求升级，单车价值量提升23 3.5线束：线缆用量降低，高压连接器用量上升31 3.6熔断器：用量提升，新型激励熔断器有望渗透加速32 四、充电桩：液冷化+系统大功率33 五、投资建议35 六、风险因素35 图表目录 图表1：影响消费者购买电动车主要因素5 图表2：2021中国电动车用户平均单次充电时长依然较长5 图表3：电动车燃油车补能效率对比6 图表4：充电效率对照6 图表5：快充实现路径7 图表6：特斯拉几款车型电池倍率对比8 图表7：高电流需要更粗的线缆和难度更大的热管理8 图表8：不同电动汽车充电曲线对比（一）8 图表9：不同电动汽车充电曲线对比（二）8 图表10:：400V电子电器架构8 图表11:800V电子电器架构8 图表12:：车载部件全系800V，电驱升压兼容400V直流桩方案9 图表13:全系800V，新增DCDC兼容400V直流桩方案构造9 图表14:：车载部件全系800V，兼容400V直流桩方案9 图表15:直流快充相关部件为800V，其余部件维持400V方案9 图表16：仅直流快充相关部件为800V，其余部件维持400V，动力电池800V/400V10 图表17：常见800V高压系统架构综合比较图10 图表18：各家车企800V布局情况11 图表19：800V新能源汽车渗透率测算11 图表20:：快充下圆柱电池内外部温差超过10度12 图表21:软包电池在5C放电情况下表面温度变化12 图表22:：锂枝晶的形态13 图表23:锂枝晶突破隔膜13 图表24：较高的倍率导致电池内阻增加13 图表25：影响快充的因素和快充设计思路14 图表26：江西紫宸人造石墨的生产工序14 图表27：石油沥青包覆人造石墨的制备过程15 图表28：包覆前后人造石墨样品的容量和倍率15 图表29：包覆前后人造石墨样品的循环性能15 图表30：石墨与硅单质性能对比15 图表31：添加TUBALL单壁碳纳米管可以提升硅基负极循环性能16 图表32：不同锂盐电解液优缺点对比16 图表33：高压快充对车端组件和零部件提出了更高要求17 图表34：常见电动机中适用于电力驱动的电动机分类17 图表35：永磁同步电动机构造示意图18 图表36：奥迪汽车永磁同步电动机构造示意图18 图表37：800V架构下SiC造成轴电流增加大而击穿油膜风险增加18 图表38：扁铜线绕组部分位置容易出现局部放电18 图表39：扁线电机电阻和导热性能优于圆线电机19 图表40：圆线电机与扁线电机性能对比图19 图表41：不同车载领域SiC器件要求及应用优势20 图表42：不同器件方案/开关频率下逆变器损耗情况（kHz，W）20 图表43：不同器件方案/结温下逆变器损耗情况（kHz，℃）20 图表44：ST测算的全SiC方案优势20 图表45：SiCMOSFET逆变器应用价格甜蜜点测算21 图表46：全球车用SiC器件市场空间（亿美元）22 图表47：新能源车继电器分布情况22 图表48：直流充电桩电气结构22 图表49：新能源车高压继电器价值量（元）23 图表50：800V新能源车高压继电器市场规模测算23 图表51：盒装卷绕式薄膜电容结构图24 图表52：中国薄膜电容器各细分市场规模占比情况24 图表53：各类电容器优缺点对比24 图表54：薄膜电容器在新能源汽车的应用24 图表55：电动车系统结构25 图表56：全球薄膜电容企业市占率情况26 图表57：松下EZPV系列DC-Link电容价格（单位：元/个）26 图表58：缓冲薄膜电容器价格（单位：元/个）26 图表59：基美EMI薄膜电容器价格（单位：元/个）27 图表60：基美PFC薄膜电容器价格（单位：元/个）27 图表61:：电动车单电机集中式驱动及多电机分布式驱动对比28 图表62：控制器内部结构爆炸图29 图表63：电机控制器主回路示意图29 图表64：第一代丰田Prius电机控制器29 图表65：第二代丰田Prius电机控制器29 图表66：大部分已发布的高压平台车型采用双电机分布式驱动模型30 图表67：800V汽车薄膜电容器市场空间测算31 图表68：Taycan线缆横截面更小，线缆用量降低31 图表69：高压连接器在整车系统运用中的布局图32 图表70：新能源车连接器市场规模测算32 图表71：新能源车电力熔断器需求情况33 图表72：大功率快充34 图表73：国内ChaoJi充电标准34 图表74：海外快充标准向1000V、500A发展34 图表75：充电桩高压化配件升级34 图表76：菲尼克斯HPC高压液冷充电枪34 图表77：中国充电桩建设成本占比35 图表78：2016-2021直流充电桩充电模块成本（元/W）35 一、快充逐步落地，800V高压平台成趋势 1.1里程+充电焦虑下，快充成首选 里程+充电焦虑是新能源车主要难点，快充成用户首选。目前充电不方便和续航里程短是影响消费者购买的主要因素，华为在2021年7月召开的金砖充电论坛中表示，56%的消费者表示充电不方便，51%的消费者表明续航里程短是影响购买电动汽车的主要因素，80%的问题都是充电问题。参考《2021中国电动汽车用户充电行为白皮书》，99.3%公桩用户首选快充，用户平均单次充电量为25.2度，平均单次充电时长为49.9分钟，平均单次充电金额为24.5元，日充电 1.2次，充电时间长已成常态。 图表1：影响消费者购买电动车主要因素 资料来源：电桩网，信达证券研发中心 图表2：2021中国电动车用户平均单次充电时长依然较长 资料来源：北青网，《2021中国电动汽车用户充电行为白皮书》，信达证券研发中心 快充下电动车补能效率不输燃油车，性价比高。参考《EnablingFastCharging:ATechnologyGapAssessment》，在525英里（1英里=1.6公里）的旅程中，普通燃油车只需要加油一次，总耗时8小时23分钟；续航200英里50KW的直充电动车需要充电四次，每次充电耗时40分 钟，旅途累计耗时10小时48分钟；续航300英里120KW的直充电动车需要充电1次，每 次充电耗时68分钟，旅途累计耗时9小时16分钟；而续航300英里400KW的直充电动 车单次充电仅需23分钟，旅途总计耗时8小时31分钟，整体耗时不输燃油车。 图表3：电动车燃油车补能效率对比 资料来源：《EnablingFastCharging:ATechnologyGapAssessment》，信达证券研发中心 1.2800V架构成主流，车企纷纷加码 快充指的是能在短时间内使蓄电池达到或接近完全充电状态的一种充电方法。充电倍率是充电快慢的一种量度，指电池在规定的时间充电至其额定容量时所需要的电流值。一般意义上，超过1C的充电倍率即认为是快充。电池的充放电倍率一般由xC（Capacity）表示，xC表示一小时充电时间能够充满x倍电池总电量，倍率值x越大充满电时间越短。1C指的是，如果电池容量是100Ah，充电电流100A，就是1C充电倍率。100Ah的电池，若能一直以1C充电，理论上可以1小时充满。 图表4：充电效率对照 充电模式充电倍率充电时间 10C6分钟 3C20分钟 2C30分钟 1C1小时 0.5C2小时 0.2C5小时 慢充 0.1C10小时 0.05C20小时 快充 资料来源：信达证券研发中心 快充实现路径：大电流和高电压。快充目的在于缩短充电时间：充电时间（h）=电池能量（kWh）/充电功率（kW） 电池最大储能一定时，提高充电功率可以缩短充电时间。而充电功率取决于电压和电流：功率（kW）=电流（A）*电压（V） 提高充电功率