高压快充系列之一：800V高压快充渗透加速，带来产业增长升级新动能

2023年纯电新能源车渗透率增长缓慢，充电速度慢为其核心制约因素之一，高压快充技术有望破局。根据华为发布的中国高压快充产业发展报告的数据，用户最大的顾虑是“充电不方便”，当前电动汽车平均充电时长普遍在1小时及以上，且匹配快充需求的直流充电桩数量不足，无法满足用户快速补能需求，充电速度慢或是造成EV渗透率增长缓慢的核心原因之一，若高压快充渗透加速快速提高补能速度，或将驱动新能源车渗透率二次提高。 高压快充方案相较于大电流方案优势显著。与提升电流方案相比，高电压方案存在诸多优势：1）高压快充功率能更高，能够缓解充电时间焦虑；2）高压快充方案减重优势明显；3）高压快充在充电、行驶时造成的能量和部件损耗更低。长期看，随着SiC、快充电池等核心部件的成本降低，800V高压已出现由高端车型下渗趋势，下一阶段B/C级车或成为800V车型主流，中低端车型亦有快充需求，800V及以上电气架构升级具备长期趋势。 车载电源和电驱系统：800V高压化将带动关键组件升级。电动汽车高压架构的应用下，电机电控、OBC、DC-DC转换器、充电桩、电池等相关部件也将更新升级： 1）“车载部件全系800V，电驱升压兼容400V直流桩”方案拥有综合优势，预测短期内能够快速推广；2）随着产品的高压化，车载电源在原材料端的选择及设计层面更加复杂化，带动价值量提升；3）电驱系统“轻量化+降成本”驱动，“集成化”大势所趋。 电池材料：电池负极及电解液等电池核心部件迎来技术革新。当下对快充电池的研究重点在如何提升 Li+ 在电解质和负极材料中的扩散动力学。1）石墨负极的快充性可通过二次造粒、炭化包覆等方式提升，目前多家厂商快充负极产品均已实现量产；2）LiFSI具有出色的性能，随着产能扩张带来的成本降低和添加比例的提升，其应用前景进一步拓展。 落地设施及充电桩：储能电站与液冷技术驱动构建快充生态系统。1）变电站扩建方案成本高企，储能电站或成为主流解决方案。2）当前行业内已推出全新的全液冷分体式直流母线架构超充系统，用于解决传统风冷一体化充电桩的故障率高、功率利用率低、不支持未来演进、效率低、噪音大等问题，同时实现为800V高压平台车型提供快速补能，并满足未来增加光伏和储能系统的需求。 投资建议：高压快充作为新技术渗透加速，建议关注：1）高压快充零部件：威迈斯、欣锐科技；2）整桩及模块：通合科技、绿能慧充；3）液冷超充：永贵电器、沃尔核材；4）电池材料：信德新材、中科电气、黑猫股份等。 风险提示：新能源车需求不及预期，行业竞争加剧，募投项目产能建设不及预期，技术迭代不及预期。 1.高压快充：二次提高新能源汽车渗透率 在政策和市场的双重驱动下，2023年中国新能源汽车产销分别完成958.7、949.5万辆，同比分别增长35.8%、37.9%，渗透率达到31.4%。 充电速度慢或是造成EV渗透率增长缓慢的核心原因之一。根据华为发布的中国高压快充产业发展报告的数据，用户最大的顾虑是“充电不方便”，当前电动汽车平均充电时长普遍在1小时及以上，且匹配快充需求的直流充电桩数量不足，无法满足用户快速补能需求。目前国内多家厂商积极布局高压快充方案，高压快充可以大幅提升充电功率，缩短充电时间，给用户带来更好的使用体验。目前我国新能源车市场以EV为主，2023年我国EV销量约占新能源车总销量的70%。 综上所述我们认为，若高压快充渗透加速快速提高补能速度，或将驱动新能源车渗透率二次提高。 图1：充电便利性不足是影响用户选择电动汽车的核心障碍 图2：2023年新能源车销量及渗透率 1.1.充电桩分布与效率皆待优化，大功率快充渗透率提高潜力充足 充电桩密度分配待优化：从量上看，近年来，公共与私人充电桩保有量虽逐年上升——根据中国充电联盟数据显示2023年全年桩车增量比为1：2.8，但桩车比离《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》中设定的2020年桩车比接近1：1的目标仍存在一定差距。 单次充电效率待提升：主要体现为充电时长亟待缩短。截至2022年底，已建设的充电桩以小功率慢充为主，满足大功率快充（250kw以上）的充电基础设施数量严重不足。以新能源汽车保有量最大的上海市为例，截至到2023年2月底，上海市共有约14.76万台公共充电桩，充电枪16.49万个，120kW以上的快充直流充电枪10875个，仅占6.59%。根据华为中国高压快充产业发展报告，如果按照现有车桩比测算，要满足1300多万台高压快充需求，2023-2026年行业需要再增加98万台1000V高压直流桩。可以看出，大功率充电桩数量与新能源车数量比才是关键痛点。 图3：上海120kw以上快充直流充电枪数量仅为1万个 图4：充电时间在1h以内的充电桩占比不足4% 1.2.高压快充方案相较于大电流方案优势显著 高压快充是提升充电效率的突破口。充电时长（h）=电池容量（kWh）/充电功率（kW），容量一定的情况下提升充电功率加快锂离子的迁移速度将有效缩短充电时长。根据公式P=UI，提升功率的方式有两种，分别是提升电流或提升电压。相较于提升电流方案，高电压方案存在诸多优势： 1.高压快充功率更高，能够缓解充电时间焦虑。在400V电压平台下，当前E/E电气架构较难突破500A，即200KW以上的快充；而800V高压系统可以将极限突破到350-400kW，这种情况下如果按照长续航车辆电池100kWh的容量从20%充电至80%，仅需9分钟。2024年4月，宁德时代发布全球首款兼顾1000km续航和4C超充特性的磷酸铁锂电池新品——神行PLUS，实现了充电10分钟即可补能600km续航。商用车端，2024年5月亿纬锂能发布商用车超充电池——开源电池，实现15分钟即可从20%快充至80%SOC，相较于常规电池，充电时间缩短了67%，极大提升了商用车的运营效率。 2.高压快充方案减重优势明显。根据保时捷的研究，由于其旗舰车型Taycan的电池电压翻了一番，Taycan已经减少了30公斤的电气线束。因为其在150KW系统中使用了高压平台而不是400V平台，电流从375 A降至125 A，每米铜的重量可减少63%。由于线束横截面减小了三倍以上，高压电缆通常显示出更大的布线灵活性，从而促进了封装和制造。此外，根据Future eDrive-Technologies的测算，800V平台下100KWh的电池有望减重达25kg，减重的效果较为明显。而通过提升电流的方式来提升充电功率，需要加大线缆的截面积来增加通流能力，这会带来充电部件体积、重量的增加，影响用户操作的便利性。 图5：提升到800V带来的电池减重 图6：每米铜重量与150 kW系统中的电压的关系 3.高压快充在充电、行驶时造成的能量和部件损耗更低。相比400V大电流系统，800V高压系统充电电流、电池、电驱以及其他高压部件电流更小，电池损耗，线束损耗以及充电桩损耗都可以降低，实现充电节能，驾驶节能。此外，适用于高压平台的第三代半导体碳化硅技术的引入也将进一步促进各高压部件尤其是电驱部件的能耗降低。 1.3.各大厂商积极布局高压方案，800V快充渗透加速 800V高压平台车型是当前头部车企布局的主力。近年各大厂商积极布局高压方案，问界、理想、阿维塔、小鹏、极氪、合创、捷尼赛思、保时捷等众多车企发布800V快充技术。此现象说明当前较多车企已经突破技术应用壁垒，预计下一阶段800V高压快充将进入发展加速期。 表1：部分车企800V平台开发一览 表2：950V电压平台相对450V电压平台成本对比 从公布车型价格和数量情况上来看，800V高压已由高端车型下渗，随着SiC、快充电池等核心部件的成本降低，中低端车型亦有快充需求，下一阶段B/C级车或将为主流，800V及以上电气架构升级具备长期趋势。因此，在目前EV电压普遍在400V左右的情况下，我们预计800V高压平台架构将成为未来主流选择。 1.4.政策与技术标准双重驱动充电桩普及 国家陆续出台了多项政策，鼓励充电桩行业发展与创新。此外，在技术标准方面，2023年9月13日，国家工业和信息化部公告表示，由工业和信息化部提出、全国汽车标准化技术委员会归口的《电动汽车传导充电用连接装置第1部分：通用要求》和《电动汽车传导充电用连接装置第3部分：直流充电接口》两项推荐性国家标准正式发布。根据电动汽车充电技术发展和快速补电需求，工业和信息化部组织全国汽车标准化技术委员会完成了两项推荐性国家标准修订工作，实现了对原有2015年版国标方案的全新升级，有利于进一步提升传导充电连接装置的环境适应性、安全性和可靠性，并同时满足直流大功率充电的实际需要。 表3：中国充电桩行业部分相关政策一览 2.800V快充替换需求带动下上游核心零部件技术升级 2.1.800V高压平台存在多种方案 受产业链惯性影响，800V充电桩以及800V车载高压部件等配套短期内还不完善，不足以支撑终极800V高压系统的快速推广，当下需要重点考虑两点：兼容400V充电桩和800V充电桩应用；兼容某些400V车载部件应用。这就衍生出五种不同的800V高压系统下汽车系统架构设计方案。 表4：5种800V升级方案 第一种方案：车载部件全系800V，电驱升压兼容400V直流桩方案。其典型特征是：直流快充、交流慢充、电驱动、动力电池、高压部件均为800V；通过电驱动系统升压，兼容400V直流充电桩。 第二种方案：车载部件全系800V，新增DCDC兼容400V直流桩方案。其典型特征是：直流快充、交流慢充、电驱动、动力电池、高压部件均为800V；通过新增400V-800V DCDC升压，兼容400V直流充电桩。 第三种方案：车载部件全系800V，动力电池灵活输出400V和800V，兼容400V直流桩方案。其典型特征是：直流快充、交流慢充、电驱动、动力电池、高压部件均为800V；2个400V动力电池串并联，通过继电器切换灵活输出400V和800V，兼容400V直流充电桩。 第四种方案：仅直流快充相关部件为800V，其余部件维持400V，新增DCDC部件进行电压转换器方案。其典型特征是：仅直流快充和动力电池为800V；交流慢充、电驱动、高压部件均为400V；新增400V-800V DCDC，实现400V部件与800V动力电池之间的电压转换，兼容400V直流充电桩。 第五种方案：仅直流快充相关部件为800V，其余部件维持400V，动力电池灵活输出400V和800V方案。其典型特征是：仅直流快充为800V；交流慢充、电驱动、负载均为400V；2个400V动力电池串并联，通过继电器切换灵活输出400V和800V，兼容400V和800V直流充电桩。（资料来源：联合电子公众号，汽车ECU开发微信公众号） 以上五种800V高压系统架构方案在实际整车上都有一定适用性。联合电子认为，方案一800V高压系统架构方案即“车载部件全系800V，电驱升压兼容400V直流桩方案”拥有综合优势，预测短期内能够快速推广。 2.2.车载电源设计复杂化带动价值量提升 车载电源是新能源汽车核心零部件，负责对动力电池进行充电，或将其电能进行转化从而对整车进行供电的电源装置，主要包括车载充电机、车载DC/ DC变换器以及车载电源集成产品等。 车载充电机(OBC)：固定安装在新能源汽车上的充电机，主要应用于交流电充电方式的场景中。车载充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据，将单相交流电(220V)或三相交流电(380V)转换为动力电池可以使用的高压直流电，从而实现对新能源汽车动力电池的充电。 车载DC/DC变换器：将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电的电压转换器，为车载低压用电设备和低压蓄电池提供电能。 车载电源集成产品：是指将车载充电机、车载DC/DC变换器等独立式车载电源产品进行综合性集成的车载电源系统产品，以实现降本、降重和降体积的集成化要求。 图7：车载充电机的工作原理 图8：车载DC/DC变换器的工作原理 从价值上看，高