一、高壓快充已成為充電難題的重要解決方案

1、充電焦慮亟待解決

縮短充電時間是目前提升電動車使用體驗的關鍵。當補貼力度越來越弱，推力漸小，加速電動汽車產業化的解決方案要回歸到本質上：主動地解決消費者關心的實際應用問題，目前來看消費者最為關心的問題就是續航和充電。如今車企推出的新車電池容量可做到100kWh，續航多在500km上下，甚至高達700km，續航不再是最大的負累。根據《Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment》做的一項實驗：在 525 英里（1 英里=1.6 公里）的旅程中，普通燃油車只需要加油一次，總耗時8小時23分鐘；續航200英里50KW的直充電動車需要充電四次，每次充電耗時40分鐘，旅途累計耗時10小時48分鐘；續航300英里120KW的直充電動車需要充電1次，每次充電耗時68分鐘，旅途累計耗時9小時16分鐘；而續航300英里400KW的直充電動車單次充電僅需23分鐘，旅途總計耗時8小時31分鐘，整體耗時不輸燃油車。加強充電基礎設施建設，提升充電體驗是大勢所趨。

政策方面，《2020年政府工作報告》中將充電基礎設施納入“新基建”，成為七大產業之一；《2020年能源工作指導意見》中指出要加強充電基礎設施建設，提升新能源汽車的充電保障能力；《交通運輸部關于推動交通運輸領域新型基礎建設的指導意見》中明確要在高速公路服務區建設超級快充、 大功率充電汽車充電設施。

2、ChaoJi快充標準即將落地

國內ChaoJi充電標準 2021 年發布，超級充電基礎設施加速布局。ChaoJi充電源自中國大功率充電研究，并與德國、日本交流推進，可支持350kW-900KW大功率充電，充電電壓1000-1500V，充電電流500-600A，10分鐘增加續航300公里以上。新一代的ChaoJi充電技術路線發端于電動汽車大功率充電需求，但并不簡單指大功率充電接口，而是一套完整的電動汽車直流充電系統解決方案。立項標準預計2021年底完成，并開啟試點示范，預計2025年普遍安裝。ChaoJi充電標準兼容性強，有望統一多國標準。ChaoJi技術解決了國際上現有充電系統存在的一系列缺陷和問題，為世界提供一個統一的、安全的、可靠的、低成本充電系統解決方案。

3、高壓方案已獲車企認可

車企紛紛布局高壓快充方案。想要實現大功率充電，要么提升電壓，要么提升電流，根據發熱量公式 Q=I2Rt，電流的提升會導致電氣系統發熱加劇，對散熱的要求很高。目前，高壓快充成為行業的多數選擇，2019年保時捷的Taycan全球首次推出800V高電壓電氣架構，搭載800V直流快充系統并支持350kw大功率快充。而進入2021年后高壓快充路線受到越來越多主機廠的青睞，先是現代、起亞等國際巨頭發布800伏平臺，之后比亞迪、長城、廣汽、小鵬等國內主機廠也相繼推出或計劃推出800V平臺，高壓快充體驗將會成為電動車市場差異化體驗的重要標準。從樁端看，高壓零部件的成熟度較高。充電槍、線、直流接觸器和熔絲等需重新選型，目前均有成熟產品，其余部件均無需改變。

從車端看，高壓主要部件均需重新選型。高壓電池、BMS、電驅、OBC、DC/DC、PTC、空調、高壓連接器等均需重新選型。

二、全系高壓快充有望成為主流架構

目前預計能實現大功率快充的高壓系統架構共有三類，全系高壓有望成為主流：（1）全系高壓，即800V動力電池+800V電機、電控+800V OBC、DC/DC、PDU+800V空調、PTC。優勢：能量轉化率高，例如電驅動系統的能量轉化率為90%，DC/DC 的能量轉化率為92%，如果全系高壓則不需要通過DC/DC來降壓，體系能量轉化率為90%，如果通過DC/DC降壓，則體系能量轉化率為90%×92%=82.8%。劣勢：該架構不僅對電池系統要求很高，電控、OBC、DC/DC 中功率器件需要由Si基IGBT替換成SiC MOSFET， 電機、壓縮機、PTC等均需要提升耐壓性能，短期車端成本提升較高，但長期來看，產業鏈成熟以及規模效應具備之后，部分零部件體積減小，能效提升，整車成本會下降。

（2）部分高壓，即 800V 電池+400V 電機、電控+400V OBC、DC/DC、PDU +400V 空調、PTC。優勢：基本沿用現有架構，僅升級動力電池，車端改造費用較小，短期有較大實用性。劣勢：多處使用DC/DC降壓，能量損失較大。

（3）全部低壓架構，即400V電池（充電串聯 800V，放電并聯400V）+400V電機、電控+400V OBC、DC/DC、 PDU +400V空調、PTC。優勢：車端改造小，電池僅需改造BMS即可。劣勢：串聯增多，電池成本增加，沿用原有動力電池，對充電效率的提升有限。

三、系統性技術升級帶來多處價值增量

1、動力電池：電芯、負極和 BMS 技術升級電芯一致性要求提升。800V平臺電池串聯數量較多，如果電池之間有差異性，電池使用壽命受到影響，對電芯生產工藝要求提高，一致性要求提升。負極改性或使用硅碳負極。動力電池快充性能的掣肘在于負極，可以通過石墨改性解決，即表面包覆、混合無定型碳，無定型碳內部為高度無序的碳層結構，可以實現Li+的快速嵌入；另一辦法是使用硅負極，理論容量高（4200mAh/g，遠大于碳材料的372mAh/g），嵌鋰電位高——析鋰風險小——可以承受更大的充電電流。BMS 串聯比例增加。

800V 電驅動系統電池組需要兩倍數量的串聯電池，因此需要兩倍數量的電池管理系統電壓檢測通道。

2、電控、OBC、DC/DC：功率器件升級，SiC需求增加SiC MOSFET將加速替代Si IGBT。400V系統中，基本用650V、750V或 900V的功率模塊以滿足電控需求，800V系統中電驅動平臺提升至1000V或1200V，IGBT模塊承受的最大電壓在650V左右，采用SiC材料耐壓能力高，能降低損耗。而采用SiC結構，從硬件到軟件都顛覆此前的系統，算法、硬件排布、包括電機方面ECM、高壓絕緣系統也要升級。全球碳化硅產業鏈參與者眾多，老牌硅基功率企業與新興玩家同臺競技。碳化硅產業鏈各環節與硅基產業鏈類似，主要包括襯底（對應硅片）、外延、工藝制造、設計、模組封裝、系統應用等。

老牌玩家有英飛凌、Onsemi、Rohm、ST等，新興專攻碳化硅領域的企業有Cree、SICC、BASIC、中科漢韻等，以及主車廠/Tier 1 企業比亞迪、博世等。目前碳化硅基功率器件市占率約5%，行業仍處于發展的早期，相關技術選型、工藝路線、客戶綁定以及電動車格局等遠未定型，給國內企業留下了足夠的空間和時間。

目前，市場上導電型碳化硅襯底市場Cree一家獨大。碳化硅外延片市場由Cree和Showa Denko雙寡頭壟斷。碳化硅功率器件市場由海外巨頭主導。國內碳化硅各環節全產業鏈布局，有望快速成長。襯底環節廠商包括天科合達、SICC、同光晶體、東尼電子等，外延廠商包括瀚天天成、東莞天域等，設計廠商包括上海瞻芯、上海瀚薪等，IDM 廠商包括泰科天潤、中科漢韻、三安集成、華潤微等。國內供應鏈在各個環節均有布局，而碳化硅仍在快速增長階段，格局尚未固化，國內企業有望依托龐大內需市場調整海外巨頭壟斷地位。

3、高壓連接器：用量和性能都將提升目前主流的充電樁是400V，且車端驅動部件以400V標準為主，為了滿足800V架構，需要增加大量400到800V的DC/DC，從而增加連接器用量，新能源汽車單車使用連接器數量提升至800到1000個（傳統汽車單車連接器數量約為500個）。而800V連接器設計要點較多，要滿足熱管理、EMC、車機震動和腐蝕等問題，尤其是800V交流電頻率很快，導致EMC問題，給其他敏感零部件帶來干擾，長期來看連接器品質升級是必然。從單車價值量的角度來說，在不含線束的情況下，一般高壓連接器單車價值量為2000元左右，新增高壓連接器在乘用車可以達到單車800-1500元，商用車可達1500元以上。

4、高壓直流繼電器：高壓化、高性能拉升附加值800V下產品性能要求提高，附加值提升。繼電器在新能源汽車中對電池充放電線路進行切換及保護，防止設備故障、短路、起火等，節省維護成本，對空調、轉向、剎車、氣泵、電機等進行通斷控制，為新能源汽車核心元件。800V平臺電壓電流更高、電弧更嚴重，對高壓直流繼電器耐壓等級、載流能力、滅弧、使用壽命等性能要求提高，產品需要在觸點材料、滅弧技術等多方面改進，高壓直流繼電器高性能帶來高附加值，乘用車單車價值量約為800-1400元， 預計800V電壓平臺單車價值量將提升40%。

5、熔斷器：激勵熔斷器滲透率提高，單車價值量提升熔斷器是新能源汽車必不可少的安全裝置。隨著電路保護要求提高，新型熔斷器逐漸得到應用。傳統電力熔斷器無法根據保護要求調整，而新型的激勵熔斷器可以通過接收控制信號，激發保護動作。與傳統熔斷器相比，激勵熔斷器可根據車輛的工況需要，主動切斷高壓回路，使系統供電迅速斷開，使高壓端隔離，保護系統以及人身安全。全球熔斷器市場主要集中在國外企業。2019 年CR3占比 64%。2019 年，全球前三的熔斷器企業分別為Littlefuse、 Bussmann、Mersen，占比分別為31%、24%、9%，CR3 達到64%，格局較為集中。

在新能源汽車領域，熔斷器集中度較高，中熔電氣為國內第一。根據中國電動車百人會，2019年主流整車企業中， 中熔、Bussmann、Mersen占比分別為 55%、30%、10%，CR3占比達到 95%。熔斷器企業競爭力主要體現在兩個方面：一是定制化研發能力，熔斷器需要根據下游定制化開發，新車型需要反復提出要求并修改，企業聯合上下游靈活定制化研發的能力是壁壘之一；二是自動化生產效率，傳統行業熔斷器由于產品品類多、下游分散，不同型號產品較難自動化，而新能源汽車熔斷器由于數量多、且為圓管，較易實現自動化，高度自動化產線在提升規模效應、降低不良率、控制成本方面具有重要作用。

6、薄膜電容：耐壓及安全性升級，單車價值提升在新能源汽車運用中，電容器是能源控制、電源管理、電源逆變以及直流交流變換等系統中的關鍵元器件，電容器的壽命也決定了逆變器/變流器壽命。目前新能源車中主要用到三種薄膜電容——DC濾波、DC-Link、IGBT吸收。這三種電容中，DC-Link 電容（直流支撐電容）最為重要，在逆變器中直流電作為輸入電源，需通過直流母線與逆變器連接，逆變器在從DC-Link得到有效值和峰值很高的脈沖電流的同時，會在DC-Link上產生很高的脈沖電壓使得逆變器難以承受，所以需要選擇DC-Link電容器來連接，一方面吸收逆變器從DC-Link端的高脈沖電流；另一方面也防止逆變器受到 DC-Link 端的電壓過沖和瞬時過電壓的影響。

薄膜電容器可部分替代電解電容器。隨著電力電子技術向各領域拓展，薄膜電容器的應用越來越多，目前，660V交流電壓等級變頻器或功率單元需要耐壓1200V的薄膜電容器，可以做到0.4元人民幣/μF，在價格相等條件下，薄膜電容器等效電容量可以達到電解電容器等效電容量的一半。由于薄膜電容器的半永久壽命，使得這一領域中替代電解電容器具有極大的商業價值和技術價值。國內產品技術提升空間較大，國產薄膜質量和性能與國外著名品牌薄膜有比較大的差距，因此，國產優質薄膜電容器不得不依賴國外品牌薄膜支撐，這是我國薄膜電容器制造領域的短板，只有薄膜制造技術及產品的提升，整個薄膜電容器制造業才能進入良性發展。

7、系統性技術升級帶來多部件價值量提升電池：提升負極與 BMS 性能，短期內高性能硅碳負極成本較高，隨著產業化規模效應提升，成本有望下降到合理區間，短期單車價值量提升約3500 元；BMS由于串聯的增多，價值量提升約40%，對應價值量1680元；電控及小三電：原有Si基功率模塊需要替換成SiC功率模塊，由此帶來模塊價值量提升約20%，對應價值量300元；以SiC器件功率器件為核心的電控及小三電價值量提升約15%，對應價值量1125 元；高壓連接器：高壓對連接器的要求更高，高壓連接器單車價值量提升約800元。元器件：高壓直流繼電器單車價值量提升約40%，對應價值量300-560元；熔斷器單車價值量提升約20%，對應價值量50-60元；薄膜電容單車價值量提升約20%，對應價值量80元。

四、車企紛紛布局，產業趨勢明確

1、華為：打造行業內首個全棧高壓平臺解決方案2021年4月18日，華為給出了一套比較明確的技術目標：到2025年將推出電壓平臺超1000V、功率600kW的快充方案，5分鐘即可實現30%-80%SOC充電性能。華為推出AI閃充動力域高壓平臺解決方案。其產品包括高壓車載充電系統、高壓異步電驅動系統、高壓同步電驅動系統、高壓電池管理系統、直流快充模塊、三電云和高壓熱管理系統。全棧產品可幫助整車企業實現高壓平臺產品快速搭載落地。另外，從整車成本層面考慮，采用800V高壓器件，初期成本可能會比原來400V電壓平臺略高。華為在發布會上稱，高壓架構下整車成本的上升不足2%，后期，基于技術快速迭代，一旦產業鏈趨于成熟，就可以快速拉低整個產業的成本。

2、小鵬汽車：車端、樁端同時布局車端：小鵬汽車發布了800V高壓碳化硅平臺，這一平臺能夠承受超過600A的充電峰值電流，平臺采用高能量密度、高充電倍率電池，充電5分鐘最高可補充續航200公里。樁端：480kW高壓超充樁。這一高壓充電樁能夠充分發揮800V平臺的補能技術潛力。

此外，小鵬超充將在站端帶來自研儲能充電技術，采用儲能超充站及移動儲能車兩種方式，通過削峰填谷，為用戶帶來高效補能體驗的同時減輕電網壓力。快充車型：G9，預計2022年三季度交付。

3、廣汽集團：車端、樁端同時布局車端：2021年廣汽科技日上，廣汽集團展示了最新的超級快充技術，其中分為3C 和6C兩個版本，6C高倍率快充技術可以實現0-80%SOC只需8分鐘，30-80%SOC只需5分鐘。電芯方面：海綿硅負極片電池和超級快充電池技術；即將量產的車型，電芯能量密度大于280wh/kg，電池續航超1000km，未來電芯能量密度還將超過315wh/kg。能效方面，220-480kW充電功率，充電8分鐘，續航200-400km。樁端：480kW充電樁，并大規模布局，預計到2025年，廣汽埃安將會在全國300個城市建設2000座超充站，滲透至地級市，實現全覆蓋。快充車型：AION V Plus，2021 年 9月 29 日上市。

4、長城汽車：已布局快充電池2021年12月8日，長城汽車子公司蜂巢能源在第二屆電池日發布會上發布了800V超級快充電池系統，充電15分鐘續航100公里，最大充電功率可達 480KW，靈活的高壓架構支持800V和400V靈活切換，高安全的BMS耐壓等級達 5000V，高效熱管理使得電池在4C快充下電池包溫升小于20℃。快充車型：機甲龍，預計2022年上市。

5、嵐圖汽車：全棧布局高壓快充系統2021年9月26日，嵐圖汽車發布了最新800V高壓超級快充技術，是一套動力電池和用電設備均為800V高壓系統，無冗余升壓裝置的全新高壓系統架構，包括超級快充系統、超低系統能耗、高性能電池、SiC電驅總成，并支持無線充電。該技術具備極致快速充電的能力，其中整車高性能電池搭載 4C 電芯，在360KW超級充電樁的加持下，充電速率可提升125%，實現充電10分鐘，續航400公里。快充車型：有望在2023年量產。

6、比亞迪：基于 e 平臺 3.0 打造快充技術e平臺3.0的關鍵模塊，體積更小、重量更輕、性能更強、能耗更低。標配全新熱泵技術，電驅動系統升級為8合1模塊，綜合效率可超89%。搭載e平臺3.0的電動車，零百加速可快至2.9s，綜合續航里程最大突破1000km。800V閃充技術，電動車充電5分鐘，行駛150km，百公里電耗比同級別車型降低10%，冬季續航里程至少提升10%。

編輯：黃飛

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