全球充电标准“春秋五霸”互不兼容,NACS和ChaoJi有望化繁为简并加速普及
◆全球充电领域已形成中国、北美、日本、欧洲和特斯拉五类各不兼容的接口标准。中国和欧洲市场凭借新能源汽车终端销量的飞速发展带动充电基建设施率先普及,在交流充电接口方面也分化出了各自特色的接口技术和标准,但规模大却在一定程度上限制新一代接口的换代节奏。
◆特斯拉在北美地区推出的NACS充电接口标准,最大特点就是将交流慢充和直流快充两类接口融合进单一接口,完成了从2至1的简化,且正对美国汽车工程师学会SAE标准发起挑战。福特、通用和奔驰等汽车制造商,SKSignet、ChargePoint和Evgo等充电运营商都是该标准的支持者。
◆由中国率先提出的ChaoJi充电标准有望竞争下一代全球范围的充电新标准,抛开换代成本因素,同样实现二合一的ChaoJi拥有在全球市场快速普及的潜质。ChaoJi可向下兼容多种正使用中的标准,且青出于蓝而胜于蓝,最高电压支持1500V,并为1000A留有升级空间。
400V补能体系已成熟,超充和800V平台建构的新体系迈入期望膨胀期
◆从技术成熟度方面来看,以400V平台架构为基础的慢充和快充体系都已经或者接近生产成熟期,技术稳定、应用广泛且成本相对较低。而以800V平台为代表的的超充体系目前在市场中还处在期望膨胀期阶段。
◆从技术替代的角度来看,亿欧智库认为未来3年内超充体系极有可能在中高端智能电动汽车产品中对快充体系展现技术代际优势,同时相关车企为了打造更强的产品力进而提升销量,高额的研发成本、不明朗的投资回报和桩端的低普及率也都不是不可逾越的障碍。
充电功率≥300kW才可称为超级快充,高电压是面向未来的高上限技术路径
◆根据现有市场技术水平特征,亿欧智库定义超级快充最高充电功率需要大于等于300kW,即充电桩的最高功率和智能电动汽车的充电峰值功率都要达到300kW+的水准。功率模块、整车(含电驱、动力电池)、充电服务(桩、站)和相关配套行业构成了超级快充体系(详见2.1图谱)。
◆在超级快充的标准下,高电压技术路径通过整车800V架构升级而实现,充电电压不低于750V,且电流不低于400A;该技术路径是面向未来的、颠覆式的,优点是发展上限高,充电和用电损耗都较低,且重量轻、体积小,潜在玩家众多;缺点是硬件成本高、产业尚未成熟。
◆高电流技术路径通过热管理和电池管理系统的升级达成超级快充,充电电压不低于375V,且电流不低于800A;该技术路径是面向当下的、渐进式的,优点是技术成熟,无需车端硬件改造且适用已售产品;缺点是充电损耗高,技术发展上限有限,玩家较少。
2030年超充车销量将超1200万辆,充电桩/站行业市场规模将超1000亿元
◆受益于中国新能源汽车市场规模和产品竞争力的稳定提升,2023年将成为超充级新能源汽车(以下简称超充车)市场启动的元年,2024年随着更多超充电池的量产上车,市场逐渐进入为期5-7年的爆发期。亿欧智库预测,2025年超充车销量将达到近300万辆,2030年将超1200万辆,同时超充车的市占率将从2023年的3%稳步提升至2030年的52.5%。
◆超充补能相关产业方面,充电桩和充电站的新建市场规模也将随着新能源汽车、纯电动汽车渗透率的提升而扩大,亿欧智库测算该市场规模将从2023年的337亿元逐渐递增至2030年的1061亿元。从450V到800V超充平台成本增加的零部件包括动力电池包、驱动电机、高压线束、热管理系统和熔断器等,相关零部件市场规模的增量在2025年约为178亿元,2030年约为543亿元。
高压平台SiCMOSFET技术优势明显,受益于海量需求国产企业有望快速上量
◆与Si基半导体材料相比,以SiC为代表的第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点,适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。伴随800V及以上高压平台的电动化方案渐成为主流,新一代功率半导体及器件的优势地位也愈发明显。
◆相比SiMOSFET,SiCMOSFET的尺寸仅有前者的1/10,导通电阻仅为1/200;相比SiIGBT,SiCMOSFET的平均能量损耗仅为前者的1/4。同时SiCMOSFET在耐高压、耐高温和耐高频等方面也更具优势。特别是在主驱逆变器中,SiC方案能显著减少导通和开关损耗、节约芯片面积和成本。
◆中国SiC产业发展起步虽然较晚,但目前部分企业已经开发出车规级的系列产品。如华润微电子在半导体全产业链的基础上,积极布局第三代半导体并已发布了第一代SiCMOSFET产品;比亚迪半导体在不断迭代IGBT技术的同时还大力布局SiC功率器件,率先实现SiC功率模块量产落地。
动力电池充电倍率的正确打开方式:必须明确电池容量和充电深度条件
◆充电倍率这一技术参数被常用于反映动力电池的相对充电速度和效率,在使用这一参数时不同倍率也常被对应到不同的充电时间,如4C相当于15分钟内充满特定DOC(充电深度)条件的电池容量,6C则意味着将充电时间压缩进10分钟以内的门槛。
◆主观影响条件:当其它条件相同,电池容量越大充电倍率越小,相反小容量电池相对有更大的充电倍率;客观影响条件:不同的DOC设定条件也对充电倍率有非常大的影响,取值范围受企业对电池产品性能的差异化定义影响。因此亿欧智库建议,车企应适当对外公示车辆标准充电曲线/数值。
宁德时代神行超充电池或将成为4C普及者,多家电池企业正推进高倍率电池上车
◆2023年8月宁德时代发布采用磷酸铁锂正极的4C神行超充电池,资料显示192枚方形电芯串联的“神行”峰值充电功率达415kW,电流608A,PACK电压约683V。电池安全方面,智能算法对全局温场进行管控,打造故障实时检测系统,安全标准已达PPb级别。电芯技术方面,正极采用超电子网正极技术,负极采用二代快离子环技术和超薄SEI膜等,都渐进式的改善了充电速度。9月“神行”亮相慕尼黑IAA,有望在欧洲生产落地。
◆相较于计划2023年底量产、2024年一季度上市的神行超充电池,中创新航的3C倍率超充电池已标配于2023年6月上市的小鹏G6全系。宁德时代2022年发布的5C麒麟电池或将搭载于理想汽车首个纯电动平台。巨湾技研凤凰电池使用XFC极速充电技术,0-80%充电仅需7.5min,达6C水平。