2022年快充行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及系統(tǒng)模式分析

1、2022年快充行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及系統(tǒng)模式分析一、 新一輪快充趨勢正在形成快充是指在較短時(shí)間內(nèi)使蓄電池達(dá)到或接近完全充電狀態(tài)。對(duì)于動(dòng)力電池，快充的平均 充電倍率一般需達(dá)到 1C 或以上。電池的充放電倍率一般由 nC（Capacity）表示，電池 的 C 額定值是對(duì)電池充放電時(shí)的電流的測量。例如 1C 可表示容量為 10Ah 的電池在滿電 的情況下能夠提供一小時(shí) 10 安培的電流或是在 1 小時(shí)內(nèi)將該塊電池充滿電。同樣的， 0.5C 可以表示 10Ah 電池在 2 小時(shí)內(nèi)提供 5 安培電流，或是 2 小時(shí)將電池充滿電?？斐涫翘嵘囅M(fèi)體驗(yàn)的重要途徑。消費(fèi)者對(duì)于購買電動(dòng)車最主要的遲疑點(diǎn)往往在于 “里程

2、焦慮”，對(duì)整車而言主要是續(xù)航指標(biāo)，對(duì)電池而言主要影響是能量密度。而補(bǔ)能時(shí) 效性是僅次于里程焦慮的重要性能指標(biāo)。 目前大部分電動(dòng)車快充倍率在 1C-2C 之間，特斯拉超級(jí)充電樁 V3 功率最高可達(dá) 250kW， 對(duì)應(yīng)最高充電倍率約 2.5C，在 13 分鐘、28 分鐘分別可充滿 50%、80%電量，對(duì)應(yīng)續(xù)航 250、400km。為實(shí)現(xiàn)更高的補(bǔ)能效率，提升充電倍率是必然趨勢?？斐鋷泶蠊β驶?、高壓化趨勢。快充意味著在更短時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)能，充電系統(tǒng)的功率更大； 同時(shí)，為降低充電電流控制發(fā)熱，大部分整車廠都推出了 800V 高電壓平臺(tái)的快充方案。 國內(nèi) ChaoJi 快充標(biāo)準(zhǔn)的逐步落地（最高 1500V*6

3、00A）也為高電壓路線奠定了基礎(chǔ)。若 要實(shí)現(xiàn)目前主流車型（50kwh）4C 以上的快充要求，對(duì)應(yīng)電壓平臺(tái)需求都在 400V 以上。 保時(shí)捷 Taycan 為業(yè)內(nèi)首個(gè)推出 800V 高壓電氣架構(gòu)，搭載 800V 直流快充系統(tǒng)并支持最 高 270kw（約 2.5C）的大功率快充的電動(dòng)車型。隨后比亞迪、小鵬、華為等企業(yè)相繼推 出高電壓平臺(tái)的快充方案。二、快充將推動(dòng)負(fù)極升級(jí)，硅基材料與 CNT 使用強(qiáng)度可能提升寧德時(shí)代即將發(fā)布的麒麟電池便可滿足 4C 高壓快充需求，同時(shí)蜂巢也計(jì)劃在 2023Q2 推出第二代 4C 快充電芯產(chǎn)品。此外小鵬、廣汽、長城汽車等整車廠的發(fā)布的高壓平臺(tái)下 的電芯充電倍率需求也達(dá)

4、到了 6C。 電池快充性能主要取決于負(fù)極材料。在充電條件下，負(fù)極作為鋰離子的接受體，需要具 備快速接納大量鋰離子的嵌入能力，否則在快充過程中鋰離子會(huì)在負(fù)極表面沉積、析出， 形成鋰枝晶，可能會(huì)刺穿隔膜造成內(nèi)短路，從而造成安全隱患。造粒（二次造粒）、炭化包覆技術(shù)是決定負(fù)極快充性能的核心 knowhow。目前主流負(fù)極 材料以人造石墨負(fù)極為主，生產(chǎn)流程可主要分為預(yù)處理、造粒、石墨化、炭化包覆（可 省略）、球磨篩分幾個(gè)步驟。其中造粒與炭化包覆基本決定了負(fù)極的倍率性能。粒徑大小基本決定負(fù)極材料的倍率性能。造粒環(huán)節(jié)基本決定了負(fù)極材料的粒徑大小 ，小 顆粒比表面積大，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能好

5、，反之大顆粒的壓實(shí) 密度高、容量大。而高端的石墨負(fù)極為兼顧兩個(gè)倍率與容量性能，往往進(jìn)行二次造粒步 驟，將原有顆粒與石油焦、針狀焦等基材在一定條件下再次造粒，所得材料倍率等性能 會(huì)優(yōu)于一次造粒的同粒徑產(chǎn)品。該工藝壁壘較高，璞泰來率先在高端人造石墨負(fù)極產(chǎn)品 上運(yùn)用，是其核心 knowhow 之一。炭化包覆可改善石墨負(fù)極倍率性能。由于軟硬碳的層間距離比石墨稍大，通過在石墨負(fù) 極表層包覆一層無定形碳或者其它碳材料，相當(dāng)于在石墨外表面形成緩沖層，從而提高 倍率性能，還可以在表面形成致密的 SEI 膜，提高首效、循環(huán)壽命。該工藝難點(diǎn)在于包 覆材料的選擇與包覆層的厚度、均勻度。璞泰來、杉杉常將其運(yùn)用于高能量

6、密度快充消 費(fèi)或者動(dòng)力負(fù)極。摻雜改性的核心目的在于提升負(fù)極材料比容量。該環(huán)節(jié)多樣性、差異性極強(qiáng)，目前摻雜 比例較大的材料有天然石墨、硅等，兩者在理論比容量上均要高于人造石墨，天然石墨 成本也更低。進(jìn)行摻混后，在相同粒徑下，也就是對(duì)應(yīng)維持相同的倍率性能的條件下， 天然石墨/硅的比例越高，材料的比容量越高。據(jù)行業(yè)反饋，日韓企業(yè)在天然石墨摻混比 例上會(huì)顯著高于國內(nèi)企業(yè)，可能為摻混工藝、及配套電解液配方上有一定程度的差異， 而硅的摻混比例目前還較低。 除負(fù)極外，高倍率需求下，電池電解液配方也需做出一定調(diào)整，LiFSI、LiBOB 等新型鋰 鹽用量可能增加，用以增加電解液電導(dǎo)率、建立更為穩(wěn)定的 SEI

7、膜。而在正極方面，三 元正極倍率性能略好于鐵鋰。硅基負(fù)極會(huì)是未來超快充方案下的良好選擇。硅基負(fù)極材料通過造粒工藝將納米硅和基 體材料形成前驅(qū)體，經(jīng)過表面處理、燒結(jié)、粉碎、篩分、除磁等工藝制備。相較于石墨 372 mAh/g 的克容量，硅的理論容量超其 10 倍，高達(dá) 4200mAh/g。這使得在石墨負(fù)極 中摻硅后，材料克容量會(huì)隨硅含量迅速上升。在此基礎(chǔ)上，再將負(fù)極材料粒徑細(xì)化，材 料的鋰離子嵌入活性位點(diǎn)和擴(kuò)散通道也會(huì)相對(duì)較多，這使得硅基負(fù)極在克容量較高的同 時(shí)，也能滿足快充所需的倍率性能的要求。原材料納米硅的制備存在一定壁壘。硅基負(fù)極原材料一般選用納米硅粉，主要系硅顆粒 的尺寸對(duì)電極電化學(xué)性能

8、有一定的影響，納米級(jí)硅顆?？蓸O大地縮短鋰離子在活性材料 中的傳輸距離，在循環(huán)、倍率和快速充放電性能方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)。目前納米硅的制 備成本高，工藝條件較為苛刻，博遷新材等在納米硅粉上有布局的企業(yè)，隨著硅基負(fù)極 產(chǎn)業(yè)化可能擁有一定優(yōu)勢。碳納米管搭配硅基負(fù)極進(jìn)一步優(yōu)化性能。硅基負(fù)極容量優(yōu)勢明顯，但還存在硅體積易膨 脹、循環(huán)性能一般等缺點(diǎn)。目前主要通過添加碳納米管等導(dǎo)電劑來解決。由于碳納米管 具有較高電導(dǎo)率、大長徑比，易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)纖維結(jié)構(gòu)，能夠與活性材料點(diǎn)對(duì)線接觸， 這將有利于提高電池容量、倍率性能、電池循環(huán)壽命。 硅基負(fù)極+碳納米管可能隨大圓柱產(chǎn)業(yè)化放量。未來對(duì)于高容量電池的需求可觀，特別是

9、在大圓柱電池中，鋼殼可以較好的抑制硅基負(fù)極的膨脹，高比容量的硅基負(fù)極+碳納米管 更適合搭配高鎳三元，會(huì)隨著大圓柱的產(chǎn)業(yè)化加速迎來放量。國內(nèi)硅碳負(fù)極仍處于產(chǎn)業(yè)初期，眾多企業(yè)展開布局。相較于日韓在硅基負(fù)極應(yīng)用的深度 布局，我國硅碳負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用相對(duì)小眾，主要系硅基負(fù)極的生產(chǎn)復(fù)雜，技術(shù)難度大， 工藝非標(biāo)準(zhǔn)化，準(zhǔn)入門檻高。2021 年中國硅基負(fù)極的出貨量為 1.1 萬噸，滲透率約 1.5%。但硅碳負(fù)極高容量的優(yōu)勢備受關(guān)注，貝特瑞、杉杉股份等企業(yè)都展開對(duì)硅基負(fù)極 的布局并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。三、充電樁系統(tǒng)大功率化與液冷化3.1、高功率充電模塊可能形成差異化充電系統(tǒng)向大功率化高壓化升級(jí)。充電樁中主要由充電設(shè)備、配電

10、設(shè)備、管理設(shè)備構(gòu)成。 其中充電模塊屬于充電設(shè)備中的核心部件，為充電樁提供能源電力、電路控制和轉(zhuǎn)換等 功能，保證了供電電路的穩(wěn)定性，因此模塊的性能直接影響充電樁整體性能和安全保障。 同時(shí)，充電模塊占整個(gè)充電樁整機(jī)成本較大。隨著充電系統(tǒng)功率提升，相應(yīng)的功率半導(dǎo) 體要求更高。 目前充電模塊主要往高功率、高電壓、高效率等方向發(fā)展。高功率：目前行業(yè)主流模塊產(chǎn)品功率在 10-20kW 之間。行業(yè)較為領(lǐng)先的廠商如優(yōu)優(yōu)綠能， 華為，英飛源，麥格米特等已開發(fā)出 30KW 及以上的產(chǎn)品。高功率的充電模塊將有效降 低單個(gè)充電樁所需模塊數(shù)量，從而降低充電模塊的單 W 成本，且提高安全性。 高電壓：在國網(wǎng) 2017 版

11、電動(dòng)汽車充電設(shè)備供應(yīng)商資質(zhì)能力核實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定直流充 電機(jī)輸出電壓范圍為 200V750V，受此影響目前主流產(chǎn)品均為該電壓等級(jí)，但隨著未 來 800V，乃至 1000V 電壓平臺(tái)的普及用以縮減電車充電時(shí)間。1000V 及以上輸出電壓 的充電模塊產(chǎn)品將成為主流。目前英可瑞、麥格米特、華為等頭部廠商均已開發(fā)出 1000V 的產(chǎn)品。高效率：目前主流效率約 95%- 96%，未來 98%效率以上的充電模塊將更多的出現(xiàn)。從 技術(shù)角度來看，并沒有太大的難度。98%超高效率技術(shù)和寬禁帶（SiC）器件在通信電源 市場已逐步成熟，主要需要考慮的就是成本問題，隨著 SiC 成本的下降，超高效率的充 電模塊將逐步成熟

12、。紅海競爭中逐步形成差異化。充電模塊中成本占比由大到小分布為：IGBT（絕緣柵雙極 型晶體管）、結(jié)構(gòu)件、電感電容、DSP 芯片、傳感器等其他元器件。目前隨著技術(shù)進(jìn)步， 充電樁模塊生產(chǎn)價(jià)格在不斷降低。根據(jù)中國充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2020 年直流充 電樁的充電模塊的成本價(jià)格約 0.38 元/W。激烈的競爭以及產(chǎn)品同質(zhì)化導(dǎo)致國內(nèi)充電設(shè)備制造企業(yè)的毛利率近幾年下滑較多。從過 往利潤率情況看，具備模塊生產(chǎn)研發(fā)能力的企業(yè)毛利率更高。目前新進(jìn)入者大量出現(xiàn)， 但大部分是“組裝、銷售”依賴性企業(yè)，主要是市場渠道的競爭。但是從產(chǎn)品本身來講， 充電樁在可靠性、安全性、穩(wěn)定性上的要求，比大部分電器產(chǎn)品要高得多，

13、長期來看， 應(yīng)該會(huì)逐步形成產(chǎn)品品質(zhì)的差異和分化。充電模組本身是基于電力電子變換的產(chǎn)品，壁 壘相對(duì)較高一些，具備高功率、高電壓充電模組產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)能力企業(yè)，有望逐步體 現(xiàn)出優(yōu)勢。3.2、液冷充電槍產(chǎn)業(yè)化加速同時(shí)充電槍需要采用液冷系統(tǒng)。充電槍產(chǎn)品主要分為交流充電槍、直流充電槍。交流充 電槍接入的為 220V 交流電，功率較低，約 3.3-40kW，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。直流 充電槍功率偏大，隨著功率提升，充電電流增大，使得充電槍端子及線纜的發(fā)熱量會(huì)快 速增加，導(dǎo)致溫升過快引發(fā)安全問題。因此在大功率充電樁中（一般大于 120kW）往往 采用液冷充電槍。 液冷充電槍在充電線纜中放置液冷管道，通過電

14、子泵來驅(qū)動(dòng)冷卻液流動(dòng)，讓冷卻液帶走線纜的發(fā)熱量，目前常用介質(zhì)有水、乙二醇水溶液、純乙二醇、空調(diào)制冷劑和硅油等。 液冷充電槍能滿足大功率、低溫升的要求，同時(shí)線纜的截面積可以大幅度減小，充電槍 線纜的重量更輕，用戶的操作體驗(yàn)感更好。特斯拉超充樁 V3 率先使用液冷技術(shù)，其他廠商也在跟進(jìn)。其充電功率達(dá)到了 250kW， 同時(shí)線纜直徑較 V2 版充電槍減少 44%，至 23.87mm。其他整車廠如比亞迪、廣汽、小 鵬、嵐圖、理想等為配合其即將推出的 800V 高壓架構(gòu)車型，大功率快充樁為必需品。 目前小鵬超充站支持 180kW 雙槍直流快充樁，單槍最高功率可達(dá) 120kW；蔚來推出超 充補(bǔ)能方案，其超

15、充站 210kW 主機(jī) 1 拖 4 配置功率可隨時(shí)升級(jí)至 270kW。目前小鵬、 蔚來充電功率還未超過 150kW，暫時(shí)未使用液冷充電槍，但隨著功率的提升，液冷充電 槍有望放量。永貴電器在國內(nèi)液冷充電槍領(lǐng)域布局領(lǐng)先，已率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。根據(jù)公司公告，公司已掌 握大功率液冷充電槍的核心技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在 1000V 電壓，400A500A 的充電電流下 工作，并已形成批量供貨。公司新能源業(yè)務(wù)客戶包含華為、小鵬、理想等，均在推出高 壓快充方案，對(duì)液冷充電槍潛在需求可能較大。四、充電樁建設(shè)提速充電樁建設(shè)正在加速。截止 2021 年底中國新能源車保有量約 798 萬輛，車樁比約 3：1。 今年以來充電樁建設(shè)加速，車樁比下降，目前約 2.7:1，車樁比仍較高，充電設(shè)施配套發(fā) 展空間巨大。 乘用車與商用車對(duì)充電樁的需求場景不盡相同。由于乘用車與客車、專用車應(yīng)用場景不 同，因此對(duì)充電樁需求場景有所差別。乘用車數(shù)量級(jí)更大，并且駕駛者對(duì)充電時(shí)間有一定 要求，因此一般在住宅區(qū)、工作地點(diǎn)、商超等地點(diǎn)建設(shè)充電樁以滿足充電需求，若充電樁成 本能持續(xù)下滑，車樁比越接近 1，越契合消費(fèi)者需求。商用車一般按照固定路線運(yùn)營，因此 集中式充電站