充电桩行业报告：从高压快充看碳化硅在电力设备中的运用

证券研究报告 从高压快充看碳化硅在电力设备中的运用 ——充电桩行业报告 评级（强于大市） 长城证券产业金融研究院分析师于夕朦 执业证书编号：S1070520030003联系人于振洋 执业证书编号：S1070122080010联系人张靖� 执业证书编号：S1070122050026 时间：2023年08月21日 摘要 充电桩行业趋势：高压快充大势所趋，充电设备的高效性和安全性亟待升级。 充电时长成影响用车体验的关键因素，提高充电速度迫在眉睫。高电压和大电流可缩短电池充电时间，但高压大功率比大电流方案更有效率。目前，主流车企纷纷布局高压快充车型，2026年预计800V以上高压车型销量将过半。但我国适配高压快充的高压充电桩数量不足，为适应未来大功率高压快充发展趋势，主流车企及充电运营商已经开始布局大功率快充桩。但高压快充对充电桩的高效性和安全性都提出了更高的要求，在设备方面亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件。 碳化硅对比传统硅材料优势突出，为高压快充桩发展带来新机遇。 半导体材料已发展至第三代，碳化硅作为第三代半导体材料优势突出，具有禁带宽度大、电子迁移率高、击穿电压高、导热率高等特性。在高压快充的趋势下，碳化硅器件的运用能有效解决充电桩设备目前亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件的痛点，降本增效实现电动车快速充电。具体从效率角度看，与传统硅基器件相比，碳化硅模块可以增加充电桩近30%的输出功率，并且减少损耗高达50%左右。同时，碳化硅器件的抗辐射特性还能够增强充电桩的稳定性。从成本角度看，碳化硅能够有效提高单位功率密度，减小模块体积并简化电路设计，对降低充电桩产品成本起到重要作用。 但目前，在充电桩市场里SiC尚处于导入阶段，2021年碳化硅在直流充电桩的充电模块渗透率仅17%。在高压快充的大背景下，“SiC”+“800V”组合逐步成为新能源车企和充电桩桩企的布局热点，预期未来随着成本的降低，SiC在充电桩市场的渗透率将进一步提升，并快于整车市场，预计到2025年中国充电桩行业的SiC渗透率可达35%。预计2025年中国碳化硅直流整桩规模将近200亿。此外，以盛弘股份、英杰电气、许继电气、科士达、英可瑞、易事特、优优绿能、华为为代表的众多充电桩制造企业、新能源车企及电力设备企业已将碳化硅运用到产品当中，率先发力的企业有望抢占市场先机。 摘要（续） 碳化硅在其他电力设备中亦被广泛运用。 中国碳化硅功率器件应用市场规模飞速增长，从2017年的18.5亿元增长至2021年的71.1亿元，CARG达40.01%。鉴于碳化硅材料在高电压下的优良性能，碳化硅材料在新能源汽车、光伏逆变器等产业都有极为理想的应用前景。截至2021年碳化硅器件在新能源汽车/消费类电源/光伏逆变器/机车牵引/风力发电产业的应用占比分别为40%/19%/15.50%/12.00%/6.50%。未来随着新能源汽车以及光伏产业高压驱动，碳化硅器件市场规模还有巨大成长空间，在电力设备行业中将有更大的应用。预计碳化硅功率器件在光伏逆变器的渗透率将从2020年的10%增长至2048年的85%。 投资建议： 在高压快充的大背景下，产业链相关公司不断加大研发力度、确保先进技术能紧跟行业趋势和需求，并根据市场和客户实际情况，将碳化硅方案等先进技术实际应用于充电模块等充电设备中，这已成充电桩设备制造企业破局的关键。我们看好充电桩广阔的市场需求以及高压快充趋势下带来的新一轮广阔前景。此外，对于碳化硅产业链上游衬底等材料生产领先企业及下游应用中积极运用碳化硅等方案进行技术革新的企业，我们亦推荐关注。个股方面，我们建议持续关注盛弘股份、英杰电气、许继电气、科士达、易事特、天岳先进、露笑科技、均胜电子。 风险提示： 新能源车景气度下滑，充电桩利用率不及预期，充电桩市场竞争加剧，技术更迭风险。 1.充电桩行业趋势：高压快充大势所趋 1.1充电时长成电动汽车痛点之一，提高充电速度迫在眉睫 充电时长成影响用车体验的关键因素，提高充电速度迫在眉睫。 根据麦肯锡发布的《2023麦肯锡中国汽车消费者洞察》，电动汽车消费者最关注的问题就是续航里程与充电时间，高达56%的受访者都认为此非常重要，远大于第二、第三关注因素的动态体验（48%）和用车成本 （46%）。基于此，提高充电桩的充电速度迫在眉睫。 图：影响电动汽车消费者的关键因素 占比 续航里程与充电时间动态体验（如转向、底盘等）用车成本（如电耗、保养等） 先进的电池技术我信赖该品牌 静态体验（如内饰、空间等） 充电支持售后服务质量 智能功能（如自动驾驶、智能网联） 碰撞安全性车辆残值零售体验 0%10%20%30%40%50% 60% 资料来源：《2023麦肯锡中国汽车消费者洞察》,长城证券产业金融研究院 www.cgws.com|5 1.2高压大功率比大电流方案更有效率 高电压和大电流可缩短电池充电时间，高压大功率比大电流方案更有效率。 基于“电池充电电量=充电功率x时间”的充电原理，我们可知充电功率越大，充电时间越短。根据P=UI （功率=电压x电流），实现大功率充电可以通过增大充电电流和提高电压两种方式： 增大充电电流：即提高单体电芯的最大充电电流，需要对电芯的材料体系和结构进行升级，降低电池在快充过程中产热和析锂，避免引起热失控等安全问题。以特斯拉Mode13为代表，最大充电电流可达到700A,可实现31分钟充80%的电量1。 提高电池系统电压：以保时捷为代表，电压平台从400V提升至800V,最大电流仅为334A的情况下，实现 22.5分钟从5%充电至80%的电量2。 表：高压直流快充和大电流直流快充对比 高压直流快充大电流直流快充 由于增大电流会使得能量损失严重，转化效率低，且对热管理系统造成较大负担，因此高压大功率更有效率。 充电方式串联充电并联充电 劣势 1.对于电芯一致性要求较高；2.现有充电平台改造周期1.能量损失严重，转化效率低；2.线缆粗细会限制大电 较长流模式的上限；3.热管理系统造成较大负担 优势 1.安全性较高；2.串联充电结构简单；3.成本低；4.可现有充电平台兼容性高，改造工期短，仅需改变电池载 以有效降低系统热损耗，提升续航里程；5.可以有效提体即可电阻随并联电池数量的增加而递减，有助于可供 高电池放电倍率，有助于提升电动车动力性能电时间的延长 常见类型400v、800v150A-600A 资料来源：《EnablingFastChargingATechnologyGapAssessment》，智库，长城证券产业金融研究院 1.来源：icspec，“小米300W快充技术新突破，新能源车赛道能借力吗？” 2.来源：软件赋能汽车，“初探保时捷Taycan整车架构” www.cgws.com|6 1.3车企不断提升车辆电压平台，高压快充将成未来趋势 车企不断提升车辆电压平台，高压快充将成未来趋势。 在电动推广初期，消费者对电动汽车充电速度关注不多，电动汽车补能方式以慢充为主，直流充电的电压/电流普遍在350V/125A以下。随着电动汽车快速上量，原有补能效率已不能满足用户需求。 2015年发布的GB/T20234.3《电动汽车传导充电用连接装置第3部分直流充电接口要求》，将直流充电接口电流从原来的125A提升至上限250A,以满足电池容量增加带来的充电功率增加。 随后车企主要通过提升车辆电压平台，来实现基于250A电流下的快充。电压平台由350V逐步向450V、 750V演进，实现充电倍率1-2C。当前部分车企通过提升电流到500A来实现3-4C的快充。 随着耐高压、低损耗、高功率密度的SiC功率器件的逐步深入应用，950V左右的的电压平台逐步被车企提上日程，并将成为未来3-5年的重要趋势。950V/500A的高压快充桩可达480kW的充电功率，实现5min左右的快速补能，真正实现“充电像加油一样快捷”。 图：高压快充是必然趋势 国家有关部门已将1000V纳入乘用车大功率快充充电接口标准中，以适应未来“千伏”高压平台的落地。 资料来源：华为《高压快充产业发展报告2023-2025》，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com|7 1.4主流车企纷纷布局高压快充车型 目前，主流车企纷纷布局高压快充车型。 2020年保时捷首次推出支持800V高压快充的Tycan后，全球车企加快研发高压快充车型，补电时间向10min以内迈进。广汽、小鹏、北汽、东风、长安等均已推出基于800V及以上高压平台的高端车，且快充性能可以达到“充电10min续航增加200km左右”。例如广汽埃安在2021年4月发布的6C超快充系统，最大电压达800V，最大电流大于500A，只需8min即可完成0%-80%SOC的充电3。 2026年预计800V以上高压车型销量将过半。 图：800V高压平台车型是当前头部车企布局的主力 图：800V高压车型销量占比预计 目前800V高压平台车型已经成为当前头部车企布局的主力，据我国主要车企规划2002年逐步量产，2023年满足3C以上高压快充的高端车型将密集上市，2025年主流车型均将支持高压快充。根据华为发布的《高压快充产业发展报告2023-2025》预测，预计到2026年底，支持高压快充车型的市场保有量将达1300万辆以上。 <800V电动车销量（万辆） >800V电动车销售占比（%） >800V电动车销量（万辆） 700 600 500 400 300 200 100 0 2023E2024E2025E2026E 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 资料来源：华为《高压快充产业发展报告2023-2025》，长城证券产 业金融研究院 资料来源：各车企公开信息，华为《高压快充产业发展报告2023- 2025》，长城证券产业金融研究院 3.来源：埃安官网，“2021广汽科技日，埃安黑科技闪亮登场” www.cgws.com|8 1.5为适应高压快充车型，高压快充桩不断布局 随着高压快充车型的加快增长，高压快充充桩不断布局。 根据华为测算，要实现5min以内快充，充电桩功率须向480kw演进。 为适应未来大功率高压快充发展趋势，主流车企及充电运营商已经开始布局大功率快充桩。如：国网快充桩招标中，80kw充电桩占比已从2020年的63%下降至2022年的37%，而160kw和240kw分别从35%和1%上升至57%和4%，并已开始布局480kW的大功率快充桩，此外广汽埃安的A480超级充电桩最大充电功率亦是达到480kW4。 图：实现5min以内快充，充电桩功率需向480kW演进 资料来源：华为《高压快充产业发展报告2023-2025》，长城证券产业金融研究院 图：实现5min以内快充，充电桩功率需向480kW演进 时间 快充桩招标指标 80kw 160kw 240kw 480kw 2020 数量 1656 902 20 70 占比 63% 34% 1% 3% 2021 数量 1794 1769 75 70 占比 48% 48% 2% 2% 2022 数量 2025 3098 242 39 占比 37% 57% 4% 1% 资料来源：国家电网，长城证券产业金融研究院 4.来源：埃安官网，“让充电像加油一样快，广汽埃安全球首发超倍速电池技术&A480超充桩” www.cgws.com|9 1.6高压快充桩机遇与挑战并存，四大痛点亟待解决 高压快充桩面临多重挑战，设备器件亟待更新。为应对广大用户日益高涨的快充需求，大功率高压快充桩已成为电动汽车充电的主流趋势。然而，当前高压快充桩仍面临多重挑战和一系列痛点，包括充电模块在更高电压下的承受能力，在更大电流和更高开关频率下的散热能力和能 量损耗，在恶劣条件下的安全和稳定性问题，以及来自建设规划与运营商等多方的成本控