第一章 行业概况
高压快充即为快速充电,衡量单位可用充电倍率(C)表示。充电倍率越大,充电时间越短。依据公式,电池充电的倍率(C)=充电电流(mA)/电池额定容量(mAh)。例如,电池容量为4000mAh,充电电流达到了8000mAh,则充电倍率为8000/4000=2C。
高倍率充电并不是0%-100%的电量都通过大电流充入完成。合理的充电模式共分三个阶段:
阶段一:预充电状态,起到对电芯的保护作用
阶段二:大电流恒流充电,就是我们所说的高倍率充电阶段,这个过程的电量区间往往在20%-80%
阶段三:恒压充电,目的是限压,防止电芯的电压过高,破坏电池结构
图:电池充电运行模式
资料来源:资产信息网 千际投行 东方证券
国内外车企纷纷将发展方向对准800V高电压平台背后的逻辑是,主力电动车型续航普遍突破600km后,缩短充电时间是提升电动车使用体验的主要诉求之一。目前换电、大容量电池、快充都是为实现电动车更快捷的补能,而对比三种方案,快充或为较优补能方案。
图 三种方案对比
资料来源:资产信息网 千际投行 兴业证券
国内自主品牌纷纷于2021-2022年开始积极布局800V平台,2022年有多个车型量产。中短期内车企针对800V推出价位在20-50万元的中高端车型,以中大型轿车和SUV为主。
图 国内自主品牌布局
资料来源:资产信息网 千际投行 充电桩管家
(2)直流充电桩功率模块
随着充电桩行业的不断发展,充电设备技术逐渐完善、规模持续扩大,带动直流充电桩模块的最低生产价格不断降低。数据显示,2019年直流充电桩的充电模块的成本价格最低降至0.4元/W,2020年约为0.38元/W。预计2022年直流充电桩的充电模块的成本价格最低可达0.35元/W。
资料来源:资产信息网 千际投行 中商情报网
高压快充材料端
(1)碳化硅功率器件
高压动力电池快充的电压系统对功率半导体要求严苛。为了满足800V高压平台的需求,需要把原先的硅基IGBT切换成碳化硅材料(SiC),因为碳化硅为材料做出的功率半导体耐高压,耐高温,热损耗低。
受益于新能源汽车及光伏领域需求量的高速增长,预计2024年全球SiC功率半导体市场规模预计将达26.6亿美元,年均复合增长率达到24.5%。
资料来源:资产信息网 千际投行 Omdia
(2)负极材料
随着动力电池快充需求的扩大,有望加速硅基负极材料的产业化趋势。虽然目前硅基负极的发展处于初期,但未来将不断扩大。2020年出货量激增,达0.9万吨,同比增长143.24%,预计2022年将达1.5万吨。
2.1.2 中游
直流充电桩
(1)公共直流充电桩数量
近年来,直流充电桩数量一直保持增长趋势。2021年中国公共直流充电桩数量为47万台,同比增长52.1%。预计2022年公共直流充电桩76.8万台。
资料来源:资产信息网 千际投行 中国汽车动力电池产业创新联盟
(2)钛酸锂电池
钛酸锂离子电池虽然倍率性能较差,能量密度不够高,但其具有快充的优势。随着其价格日趋合理,充电设施配套日益完善,未来钛酸锂离子电池有望在动力锂电池领域占据重要的一席之地。
(3)企业布局
龙头企业纷纷入场高电压平台,华为推出首个AI闪充全栈动力域高压平台解决方案,2021年落地的FC1闪充方案,充电15min可实现30%-80%SOC;保时捷于2019年推出首款搭载800V电压平台的纯电动量产车;比亚迪发布e平台3.0,搭载800V高压闪充技术;广汽发布超级快充电池技术,其中3C快充电池系统充电16min可完成0%-80%SOC,预计今年9月投产;吉利发布极氪001(配置|询价),搭载800V高电压平台;长城旗下蜂巢能源发布蜂速快充电池,其中第二代蜂速快充电池支持800V的高压电气架构,充电倍率达到4C。
2.1.3 下游
2022年上半年,新能源汽车产销分别完成266.1万辆和260万辆,同比均增长1.2倍,市场占有率达到21.6%。其中,新能源乘用车销量占乘用车总销量比重达到24.0%,中国品牌乘用车中新能源汽车占比已达到39.8%。上半年新能源汽车产销尽管也受疫情影响,但各企业高度重视新能源汽车产品,供应链资源优先向新能源汽车集中,从目前发展态势来看,整体产销完成情况超出预期。
资料来源:资产信息网 千际投行 中汽协
2.2 商业模式
按经营主体划分,高压快充主流的盈利模式包括充电运营商主导、车企主导以及第三方充电服务平台主导三种模式。盈利来源方面,主要有:财政补贴、电费差价、广告投放、车位经营、维修保养、配套娱乐等。
图 高压快充商业模式
资料来源:资产信息网 千际投行 国联证券
2.3 技术发展
对国内高压快充产业的各个专利申请人的专利数量进行统计,排名前十的公司依次为:许继电气、沃尔核材、道通科技、特锐德、欣锐科技、得润电子、积成电子、银河电子、星云股份、双杰电气等。
图 上市公司专利数量
资料来源:资产信息网 千际投行 保时捷
由于大电流快充方式的劣势明显,目前高电压成为了快充主要趋势。高电压架构主要分为三类,纯800V高压快充成为主流。
(1)纯800V电压平台:电池包、电机以及充电接口均达到800V,车中只有800V和12V两种电压级别的器件,OBC、空调压缩机、DCDC以及PTC均重新适配以满足800V高电压平台。
纯800V电压平台,优势在于电机电控迭代升级,能量转换效率高;劣势在于电驱的功率芯片需要用SiC全面替代IGBT,零部件成本高。
(2)双400V电池组串并联组合:利用电池管理系统将电池组在串联、并联之间转换,在充电时,两个电池组可串联成800V平台高电压快充;在放电时,两个电池组并联成400V平台供汽车运行时使用,直接使用原有400V的高压部件。
(3)纯800V电压平台+额外DCDC:整车搭载一个800V电池组,在电池组和其他高压部件之间增加一个额外的DCDC将800V电压降至400V,车上其他高压部件仍采用400V电压平台。
图 高电压架构
资料来源:资产信息网 千际投行 GGII
但是高压快充的负面效应需要材料和器件升级。国外研究报告显示,当电池进行大功率充电时,会发生三类负面效应:
(1)热效应:高电压只是针对充电桩减小了电流,但对于单体电芯而言,电芯仍要承受电流增大带来的发热问题。在快充条件下,电池内外部的温度差超过10摄氏度,不均匀的热分布以及过高的温度将引发一系列问题:粘结剂解体、电解液分解、SEI钝化膜的损耗以及锂枝晶等。直接导致的危害有:电池循环寿命降低、热失控引发的安全问题。因此,热效应对电池材料体系以及BMS管控系统提出了更高的要求。
(2)锂析出效应:锂离子电池运作的本质就是锂离子在正负极之间的脱嵌运动,然而在高充电倍率下,嵌锂的过程是不均匀的,锂离子会因无法及时嵌入负极石墨层而选择在负极表面沉积,形成锂金属。当锂金属不断沉积,就会形成我们经常听到的锂枝晶。随着充电倍率的增加,负极表面沉积的锂枝晶数量越多。锂枝晶的危害:负极表面锂枝晶的持续生长,可能会刺破隔膜,造成电池内部短路从而导致热失控;锂枝晶在生长过程中会不断消耗活性锂离子,并不可逆转,导致电池容量降低,降低电池使用寿命。
(3)机械效应:在快充条件下,锂离子快速从正极脱出,并嵌入负极,这会造成电池内部极高的锂离子浓度,其结果是活性颗粒之间的应力错配。当应力累积到一定值时,会造成活性颗粒、导电剂、粘结剂以及集流体之间的缝隙增大,并造成活性颗粒的微裂纹增加。直接影响:活性颗粒之间缝隙的增加会显著增加电池的内阻;颗粒微裂纹会降低了电池的循环寿命。为减小或解决上述负面效应,高压快充需要材料体系升级和相应器件升级。
2.4 政策监管
高压快充行业的行政监管部门为国家电网和发改委。
国家在政策层面极力推动高压快充技术的落地应用。2020年5月国务院发布《2020年政府工作报告》,首次提出“新基建”(新型基础设施建设)概念,将充电基础设施作为七大基础设施之一,纳入“新基建”。2021年中央经济工作会议指出,当前经济面临需求收缩、供给冲击、预期转弱三重压力,应坚持稳字当头,强化政策发力,充电桩作为新基建组成之一,在稳增长主线下,建设节奏或将加速。
2022年1月,国家发展改革委、国家能源局等出台《国家发展改革委等部门关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》,提出到“十四五”末,我国电动汽车充电保障能力进一步提升,形成适度超前、布局均衡、智能高效的充电基础设施体系,能够满足超过2,000万辆电动汽车充电需求。多项政策落地,使得我国新能源充电桩行业的发展方向和发展目标逐渐清晰,为行业发展提供有益土壤。
政府补贴从补车转向补桩,从建设补贴拓展到运营补贴。2016年财政部等五部门出台《关于“十三五”新能源汽车充电基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》,已对充电基础设施建设、运营给予财政奖补。2022年国家发展改革委等部门《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》明确提出加大财政金融支持力度,一是优化财政支持政策,二是提高金融服务能力。
此外各地方政府已明确出台充电桩建设补贴、充电运营补贴相关政策。可以发现政府财政补贴政策向供给侧倾斜,呈现出从“新能源汽车补贴”到“充电设施建设补贴”再逐渐转变为“充电设施建设补贴+充电设施运营补贴”。
充电枪充电桩发展助力高压快充行业。2022年各省份出台一系列政策推动新能源充电设施的建设,预计未来车桩比将逐步降低至2:1。根据中国充电联盟数据,截止2021年,我国新能源汽车保有量为784万辆,充电桩总数仅为261万座,其中公共桩数量为114.7万座,私人充电桩为147.1万座,车桩比约为3:1。
资料来源:资产信息网 千际投行 中信证券
第三章 行业估值、定价机制和全球龙头企业
3.1 行业综合财务分析和估值方法
图:指数表现
资料来源:资产信息网 千际投行 英大证券
3.3 行业风险分析和风险管理
政策变化风险
行业所处的输配电及控制设备制造行业与国家宏观经济政策、产业政策以及国家电力规划有着密切联系。国民经济发展的周期波动、国家行业发展方向等方面政策变化可能对行业的生产经营造成影响,国家电力投资的力度直接影响输配电行业的发展规模。
市场竞争风险
行业部分细分市场领域的资金门槛和资质壁垒逐渐降低,导致电气机械和器材制造业市场竞争加剧,可能对行业的经营业绩造成一定的不利影响。
应对措施:行业内企业应通过持续自主创新,企业竞争力显著增强,市场开拓力度加大。
原材料价格波动风险
电力输配电及控制设备制造行业产品成本构成中,钢材、有色金属、非金属材料等原材料在总成本中占一定比重。原材料价格的波动将对行业盈利能力产生一定程度的影响。
应对措施:行业内企业将实行统一采购,提高规模效益,并及时关注价格变化趋势,采取灵活措施,规避价格风险。
人才引进风险
行业作为专注于电力、自动化和智能制造的高科技现代行业,高端人才对于行业的发展至关重要。
应对措施:业内企业应积极制定激励机制及人才培养制度,但新兴领域领军人才和复合型高端国际化人才储备不足。培养学科带头人,提升人才队伍整体水平是行业人才队伍建设的重点工作。
新兴领域和行业发展慢于预期的风险
新能源汽车、智能座舱、智能驾驶等是整个行业的发展趋势,但仍存在行业整体商业化进度慢于预期的风险。
应对措施:未来,业内企业应当持续推进新兴领域产品系的布局和新客户的开拓,并利用业内企业在这些新兴业务领域的优势,与上下游公司广泛合作,共同推进汽车的新能源化和智能化。
3.4 竞争分析 - SWOT 模型
优势
高电压模式相较高电流模式,具有高效充电区间更大、充电功率天花板较高、技术难度更低等优势,有望成为现阶段快充主流路线。基于高电压的快充能够实现在更大区间SOC保持较高的充电功率;具备相同峰值充电功率的高电流模式,高效充电SOC区间较小,其他区间充电功率下降迅速。
特斯拉采取 400V 高电流路线,第四代快充电流将提升至 900A左右,电路中大电流会产生很高的热损失,包括连接器、电缆、电池的连接、母线排等电阻发热量呈平方级别增长,导致峰值充电功率虽然高,但平均功率不高,充电功率天花板相对高压路线更低。
劣势
快充系统主要由动力电池、动力电池高压线束、VCU、高压控制盒、快充口、直流快充桩等组成。其原理是使锂电池中的锂离子高速运动,瞬间嵌入到电池的负极,这样便是用大电流,在尽可能短的时间内快速给电池充电。
然而汽车使用快充也可能产生不良影响,长期使用快速充电,会因为总在瞬间向电池输入最大电流。会降低电池的还原能力,减少电池充放电的循环次数,也就缩短了电池的寿命。
机遇
85%的车主在公共充电场站平均单次充电时长在0.5-2小时之间,58.1%的车主认为充电排队耗时长。“补能时间长”成为新能源车主用车时遭遇的普遍难题。为缓解电动车用户的补能焦虑,智能电动车企业纷纷加码快充技术和服务的投入。其中,相较于换电模式,高压快充在成本、效率、技术难度方面优势相对明显。
值得一提的是,进入2022年以来,政策对充、换电基础设施建设的支持力度逐步增强,新能源汽车及其产业链相关行业均将获得无限发展空间。
威胁
充电时间的减少在给消费者带来更好体验的同时也给电池带来了考验,电池的充电速度主要取决于锂离子的脱嵌和迁移速率,当采用800V电压平台后,充电倍率最大可达6C(目前普遍为1C)。
但在高充电倍率下,锂离子脱嵌和迁移的速率加快,部分锂离子来不及进入正负极,只能形成一些副产物,导致活性物质损失,加速电池寿命衰减。且动力电池在快充条件下,析锂现象加剧,一方面将造成活性物质的损失,影响电池容量和寿命;另一方面,锂枝晶一旦刺穿隔膜,将导致电池内部短路,造成起火等安全风险。
3.5 中国企业重要参与者
中国主要企业有中国宝安[000009.SZ]、均胜电子[600699.SH]、许继电气[000400.SZ]、道通科技[688208.SH]、特锐德[300001.SZ]、盛弘股份[300693.SZ]、沃尔核材[002130.SZ]、万祥科技[301180.SZ]、得润电子[002055.SZ]、银河电子[002519.SZ]等。
图 上市公司市值Top 10
资料来源:资产信息网 千际投行 兴业证券
我国有望于2025年在部分城市实现2-3C公共充电桩的初步覆盖
根据中国汽车工程学会发布的《中国电动车充电基础设施发展战略与路线图研究(2021-2035)》,我国将于2025年实现2-3C的充电桩在重点区域的城市和城际公共充电设施的初步覆盖;于2030年实现3C及以上公共快充网络在城乡区域与高速公路的基本覆盖;在于 2035 年实现 3C 及以上快充在各应用场景下的全面覆盖。充电标准方面,中国电力企业联合会正在加紧制定ChaoJi 标准,将尽快落地。
资料来源:资产信息网 千际投行 安信证券
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