新能源汽车快充行业深度报告：电动汽车2.0时代必争之地！.docx

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1、新能源汽车快充行业深度报告：电动汽车2.0时代必争之地！一、解决痛点关键技术超级充电1.1 汽车充电：能量的来源新能源汽车市场表现强劲。目前新能源汽车增速加速明显，根据中汽协数据，我国在 20162021年新能源汽车销量年复合增速高达 47.34%。其中 2021年全国新能源汽车 销量为 352.1 万辆，同比增长 157%，连续 7 年全球第一，新能源汽车总体汽车销量占比为 13.4%。同时，未来我国新能源汽车将有望延续高速渗透架势，根据 2019 年 12 月 工信部发布新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）征求意见稿，明确提出纯电动乘用车为未来的主流，到 2025年新能源汽车销

2、量占比达到 25%左右。电动化加速落地：催生庞大充电需求。目前国际知名车企都明确提出自身电动化战略规 划，例如大众计划 2022 年之前推出 15 款 MEB 新能源车型；2025 年之前推出 15 款 PPE 新能源车型，新能源车销量达 100 万辆，占公司总销售量 20%-25%；2028 年前推出 70 款纯电动车型，电动车产量达 2200 万辆。全球电动化趋势明显，势必催生庞大的充电需求。车载充电：新能源汽车能量的来源。电动车与燃油车不同，主要依靠车载动力电池提供 能量，电动汽车行驶过程中不断消耗电能，当电量消耗完毕后，电池能量需要补充。其 能量补充形式是将电网或者其他储能设备的能量转

3、换为电池的能量，该过程称之为充电。 与此同时，OBC（车载充电机）成为充电过程中的关键部件，其主要负责将电网的电压 经过充电桩或交流接口，通过连接给予电池充电。充电分类: 交流慢充：即传统的电池充电方式，又称常规充电。交流充电设备没有功率转换器，直接将交流电输出，接入车内。车载充电机接受到交流电后将其转换为直流电进行充电。 因此交流慢充方案通过车量自带的便携式充电器即可接入家用电源或专用充电桩进行充 电。交流充电的功率取决于车载充电机的功率。目前主流车型的车载充电机有分为 2Kw,3.3Kw,6.6Kw 等型号。而交流充充电的电流一般在 16-32A 左右，电流可以是直流 或者两相交流电和三相

4、交流电。目前，混合动力车型交流慢充需要4-8 小时充满，其交流充电的充电倍率基本在 0.5C 以下。交流慢充的优点在于其充电成本较低，不依赖充电桩或者共用充电网络就可以完成充电。 但是常规充电的缺点也非常明显，最大的问题在于充电时间较长，目前大部分电车的续 航里程均超过 400KM，常规充电对应的充电时间均在 8小时左右，对于有长途行车需求 的车主来说，路途中充电焦虑远远大于其他因素。其次，常规充电的充电模式为低电流 充电，其充电模式为线性充电，不能很好地对锂电池的特性进行利用。直流快充：交流慢充的电动车充电问题始终是一大痛点，随着新能源汽车对更高效率充电方案的需求越来越大，快充方案应运而生。

5、快充也即快速充电，或者地面充电。直流 充电桩内置功率转换模块，能将电网或者储能设备的交流电转换为直流电直接输入车内 电池，无需经过车载充电机进行转换。直流充电的功率取决于电池管理系统和充电桩输出功率，两者取较小值作为输入功率。快速充电模式的代表为特斯拉超级充电站。快速充电模式的电流和电压一般在 150 400A 和 200750V，充电功率大于 50kW。此种方式多为直流供电方式，地面的充电机 功率大，输出电流和电压变化范围宽。目前市场上特斯拉的快充功率达到 120Kw，半小 时能充满 80%电量，充电倍率接近 2C。北汽 EV200 可以达到 37Kw，充电倍率约 1.3C。控制系统：BMS

6、 充 电 设 备 的 转 化 过 程 还 需 要 和 电 动 汽 车 上 动 力 电 池 的 管 理 系 统 BMS(Battery Management System)配合，BMS的最大优势在于充电过程中，会根据电池的实时状态， 来改变电池的充电方案，其非线性的充电模式实现了在安全和保障电池寿命两大前提下 的快速充电。BMS 的功能主要包括以下几类：电量状态监控：最基本的电量状态监控内容是动力电池荷电状态（SOC）监控，SOC 是指电池剩余电量和电池容量的百分比，是车主评估电动车续航里程的主要参数。 BMS 通过调用电池包上多个高精度传感器的数据，对电池参数信息（电压、电流、 温度等）进行实

7、时监控，其监控精度可达 1mV。精确的信息监控外加优秀的算法处 理，确保了电池剩余电量评估的精准度。在日常行车过程中，车主可以设置 SOC 的 目标值，以实现车辆能耗的动态优化。电池温度监控：锂电池对温度的敏感程度很高，温度无论过高还是过低都会直接影 响电芯的性能，极端情况下会对电池的性能造成不可逆的损伤。BMS 能够通过传感器监控，保障了电池运行的安全环境。在温度较低的冬天，BMS 会调用加热系统对 电芯加热使其达到合适的充电温度，避免电池充电效率降低；而在温度较高的夏天 或者是电池温度过高时，BMS 会立即通过冷却系统降低电池温度，保障行车安全。电池能量管理：电芯的制作工艺误差或者实时温度

8、不一致都会导致其电压各不相同。 因此充电过程中，可能电池内一部分电芯已经充满，而另一部分电芯电量还没充满。 BMS 系统通过实时监控电芯电压差值，调节减小各个单体电芯之间的电压差，保证 各电芯充电的均衡性，提高充电效率，减小能量消耗。1.2 4C 有望成为产业趋势充电问题成为消费者痛点。充电速度始终是贯穿电动车使用过程，目前电动车在全球的 快速渗透扩张则进一步放大了充电速度对于车主行车效率和用户体验的影响。在 2021 年 7 月召开的金砖充电论坛中，华为表示目前新能源汽车市场已经由政策驱动转化为政 策+市场双轮驱动，对于目前的消费者而言，存在的主要痛点为：充电、续航和安全。其 中充电问题在很

9、大程度上将影响消费者购买欲望。心理锚定：传统燃油车的能量补充十分快速，一般场景下，燃油车从进入加油站加油到 驶出加油站全程不超过 10 分钟，且对于长距离行驶来说，加油站数量众多，遍布于每一 个高速公路驿站。而以 400KMH 传统电动车为例，电动车的充电速度普遍在 30 分钟朝 上，且充电桩的数量紧张延长了充电的前置等待时间。目前的充电技术相比于燃油车的 加油方式毫无优势。10 分钟的燃油车心理锚定时间始终是广大客户衡量电动汽车充电速 度快慢的第一标准。超级充电标准孕育而出。C 的定义：通常，我们将电池的充放电倍率用 C 来表示。对于 放电，4C 放电表示电池 4 个小时完全放电时的电流强度

10、。对于充电，4C 表示在给定的 电流强度下，充满电池 400%的电量需要 1 个小时，也即在给定的电流强度下 15 分钟电 池能够完全充电。 4C 是什么：4C 并非全新指标，而是在传统的充放电指标如 1C、2C 基础上的延伸，是 电池充放电性能提升的体现，并且可以看出 C 的级数越高，电池充放电性能提升的边际 效果越弱。当电池的充电倍率超过 4C，其技术难度的提升以及电池承受的电流压力更大， 但是技术提升所带来的正向效应变小。因此我们认为，4C 是目前兼具性能提升和电池技 术承受能力的最优解。动力电池充电倍率的迭代进程:在早期，受限于当时的科技水平，无论是充电技术还是电 池工艺都不允许电池以

11、较高的倍率进行充电，对于刚刚实现充电跨越的铅酸电池，其充 电倍率仅为 0.1C，充电倍率的提高会对电池寿命产生较大影响。而随着锂电池技术的不 断突破搭配 BMS 的不断进步，电池的充放电倍率得到了显著的提升。最早的交流慢充方 案充电倍率为 0.5C 以下。 随着近几年全球电动汽车的加速渗透，动力电池的充电技术得到大幅突破，从 1C 的电 动汽车迅速演进到 2C。2022 年，国内已有搭载 3C 电池的汽车进入市场。而在 2022 年 的 6 月 23 日，宁德时代发布新款麒麟电池，并表示 4C 充电预计将于明年到来。超级充电将成为充电技术升级必经之路。同新能源汽车一样，手机对于充电速度的需求

12、也较强，在手机发展的过程中充电技术也在不断提升：从 1983 年摩托罗拉 DynaTAC8000X 实现充电 10 小时通话 20 分钟，到 2014 年 OPPO Find 7 宣传充电 5 分 钟通话两小时，到现如今多机型可以在 15 分钟内充满 4500mAh 容量的电池。智能手机 的充电协议也从 2010 年 USC BC 1.2 的 5V 1.5A 提升至 2021 年 USB PD 3.1，最大电压 可支持 48V。我们认为无论是智能手机还是新能源汽车，实现快速充电都将在很大程度 上提升产品使用体验，同时也是技术升级的必经之路，未来电动车 4C 充电也将成为产 业趋势。1.3 多企

13、业布局超级充电目前已经有多家企业已经发布自身快充布局方案，并且自 2021 年起已经陆续有相关车 型发布：保时捷推出首款 800V 快充平台电车；比亚迪 e 平台 3.0 发布，对应概念车型 ocean-X；吉利极氪 001 搭载 800V 快充平台。同时华为发布其 AI 闪充全栈高压平台， 预计到 2025 年将实现 5min 快充。1.3.1 华为：AI 闪充全栈高压平台将实现 5min 快充“大电流”与“大电压”路径并存，后者成本更优。为了达到更高的充电功率以达到快 充的目的，加大电流或者电压是必须的，目前市面上采用更“大电压”技术路径的公司 多于“大电流”。华为表示：当使用“大电压”技

14、术路径时，整车 BMS、电池模组成本与 “大电流”路径持平，但是由于不需要考虑大电流影响， 其高压线束以及热管理系统成 本要相对较低。800V 或将成为主流。在如今主流车型依旧为 200V400V 电压架构，为了达到更高功率 以满足快充需求，电流将会面临翻倍的可能，这将会给整车散热以及性能带来影响。如 今包括 SiC 等功率器件，高压连接器，高压充电枪等管径部件已经发展成熟，选用更高 的电压的同时保证电流处于相对安全的范围是一个较好的选择。1.3.2 特斯拉：V4 充电功率有望达到 350kW 自 2012 年起，Tesla 便着手超充布局。第一代充电桩V1 功率为 90kW；V2提升至120

15、kW， 自 V3 充电桩起，Tesla 采用液冷技术，运用全新的架构使得电池能够承受更大功率的充 电，充电峰值达到 250kW，在峰值情况下充电可以达到 15 分钟为车辆补充 250km 的续 航里程，V3 对于 Model 3 车型来说仅需 40min 便可将 SOC 由 8%充至 90%，相较于 V2 缩短 20min。V4 或将面世，功率有望达到 350kW，峰值电流 900A。Tesla 在近期法说会问答环节 中，其汽车业务负责人 Jerome Guillen 曾公开表示在着手开发 350kW 超充充电桩，预计 将试配于 Plaid 和 Cybertruck 等车型中。1.3.3 比亚

16、迪：e 平台 3.0 充电 5 分钟续航 150km 比亚迪自 2003 年进入新能源领域，在纯电车领域实现三次平台迭代，其中第一代 e 平 台发布于 2010 年，实现了三电关键技术的平台化，在高压架构、大功率电机、驱动电机 控制器等关键部件中实现突破；2016 年比亚迪发布 e 平台 2.0，首次剔除“33111”概 念：以高度集成化为目的，开发标准化、轻量化、小型化、可组合的模块产品。并实现 了整车的减重以及布局优化。2021 年比亚比发布全新概念车型 ecean-X，同时推出其搭载的 e 平台 3.0，其采用八合 一电驱动总成，将电机、减速器、DC-DC、BMS 等部件向结合，全车 E

17、E 架构由分散式升 级为集中式，e 平台 3.0 将采用全新一代 SiC 模块，整车电控功率密度提升 30%，最大 支持电流、电压分别为 840A、1200V。比亚迪 e 平台 3.0 同时搭载 800V 超充平台，达到充电 5 分钟续航 150km 的快充标准。1.3.4 保时捷：800V 平台 Taycan保时捷 Taycan 采用完整 800V 电池架构，能够满足 400V 直流快充和 800V 直流快充， 5 分钟能够实现 SOC 80%的充电。在设计中，保时捷 Taycan 采用大众集团 J1 电平台改 款，由于保时捷 Taycan 在设计之初市面上普遍电压为 400V 平台，Tay

18、can 使用了升压器 将 400V 平台提升至 800V，使得其内部 DC-DC 结构较为复杂，同时使得其在 800V 相关 配套设施并不完善的时期实现了 800V 快速充电。目前 Taycan 的充电方案可以适用于家用充电或者外部充电，在充电功率方面第一阶段 可以提供大约 250kW 功率，后续将提升至 320kW，在实现快充的同时也能够通过内部 的升压器来实现 400V 50kW 的普通充电。800V Macan 车型即将面世。根据保时捷公开消息，新款 Macan 将于 2023 年发布，新 车将搭载 800V 快充平台，与 Taycan 不同，新款 Macan 将使用大众集团 PPE 纯

19、电平台， 其将作为从零打造的纯电平台，充电功率或将达到 270kW。1.3.5 吉利：极氪 001 支持 360kW 快充2021 年底，吉利发布基于 SEA 架构的极氪 001，售价基于 28.136.0 万，根据电机续 航里程的不同分为“WE”、“YOU”和长续航版“YOU”，其中“WE”电池容量为 86kWh， 其余两款电池容量为 100 kWh。极氪 001 由于搭载 800V 高压充电平台，支持理论 360kW 超级充电，根据新出行实测数据，在 400V 平台下，极氪 001 能够实现 28min 将 SOC 由 20%充至 80%。同时为了适配极氪 001，吉利着手已经布局全景式充

20、电：家庭 7kW 充电桩、商区 20kW 轻冲、道路枢纽 120kW 超充以及“即充即走”360kW 快充，支配不同应用场景满足多 样化需求，其中“即充即走”超充充电桩由于采用液冷散热外部线缆外径小于 25mm， 同时支持无感支付等功能，极氪预计将在 2023 年底全国范围内建设 2200 个不同规格等 级的充电桩。1.3.6 多品牌布局超级充电桩 2022 年随着越来越多的 800V 平台电车进入大众视野，相对应的充电桩部署也在井然有 序进行。大众：纯电车布局清晰，超充站建设积极。大众集团目前纯电汽车布局清晰，旗下纯电 平台：J1、MEB、PPE 对应包括大众 ID、奥迪、保时捷等多品牌车型

21、，根据大众公布的 充电桩战略规划，目前 MEB 平台年产量可达 60 万辆，预计到 2025 年将会有 15 款左右 的 MEB 平台车型面世。充电桩领域，大众在 2019 年在国内成立 CAMS 合资公司，提供充电解决方案，截止 2021 年初已经在北京、成都等地布局近 40 个超级充电站（功率在 120180kW 左右）、255 做充电站和 1800 个充电桩。截止 2021 年初，大众集团在德国已经布局 1200 余个公共 充电桩，2022 年规划在欧洲地区新建 750 个充电桩，其中包含 300kW 快充桩。小鹏：充电业务布局超前。早在 2018 年小鹏就已经有第一批超充站投入运营，同

22、时小 鹏充电业务采取合作模式，可接入多个第三方，同时小鹏在 2019 年底在充电领域与未 来 nio power 达成合作。根据小鹏官网显示，截止 2022 年 3 月底，小鹏自营超充站上线 757 座，覆盖全国所有地级行政区。蔚来：180kW 和 250A 快充。蔚来在超充领域没有停滞，根据蔚来官网，截止 2022 年 6 月蔚来全国范围内布局超充站超过 862 个，其拥有最大功率为 180kW，能够在半小时 内由 20%充电至 80%。二、800V 高压架构或成下一代主流平台2.1 核心在于电压的升级 快充的核心在于提高整车充电功率，提高充电功率主要两种方式，加大充电电流或者提 高充电电压

23、。目前大多数纯电动汽车的牵引逆变器都使用 600V 的 IGBT 模块，因此将电 池组电压限制在 400V 左右的峰值，如果充电电压保持在 400 V，提高电流会导致充电电 缆笨重、传导热损失平方级别增长，连接器、电缆、电池的电连接、母线排等的电阻都 会发热。将母线电压提高到 800 V，可以使同一根电缆的充电功率增加一倍，要达到 350 或 400kW 的超高充电功率，800V 高压平台应运而生。对比采用 400V 总线的特斯拉 Model 3 和采用 800V 总线设计的保时捷 Taycan。Model3 和 Taycan 将充电 SOC 从 5%-80%分别需要 26 分钟和 22.5

24、分钟。Model 3 的母线电压 较低，通过使用非常高的超过 600A 的最大充电电流实现了 250kw 的最大充电功率。保 时捷 Taycan 采用 800V 的电池组，通过传统的直流快速充电器和插头提供最大充电电流 为 340A，峰值充电功率 270kW。Taycan 获得的充电功率比 Model 3 略高，在 800 V 总 线和 500 A 充电电流的情况下，可以达到 400 kW 的功率。800V 高压架构或成为下一代电动车主流平台。800V 高压系统通常指整车高压电气系统 电压范围达到 550-930V 的系统，统称 800V 系统。800V 高压系统以低成本和高效率系 统获得众多

25、集团和品牌青睐，海外现代起亚、大众集团、奔驰、宝马等，国内比亚迪、 吉利、极狐、现代、广汽、小鹏等均重点布局 800V 高压平台。800V 高压架构有望成为 下一代电动汽车的主流整车电压平台。根据联合电子，目前常见的有 5 种 800V 高压系统架构：方案一：车载部件全部 800V，电驱升压兼容 400V 直流桩方案。典型特征为：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。这种方案整车能耗低，无安全风险，所有部件要求 800V 也 都是供应商在研产品，易于推广。方案二：车载部件全部 800V，新增 DCDC 兼容 400V

26、直流桩方案。典型特征为：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。这种方案整车能耗低，无安全风险，但系统新 增成本较高，不过仍然由于 800V 部件多家厂商在研，较易推广。方案三：车载部件全部 800V，动力电池灵活输出 400V 和 800V，兼容 400V 直流桩 方案。典型特征为：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。这种方案由于动力电池需要特殊设计，以避免

27、电池并联环流潜在问题， 因此推广难度较大。方案四：车载部件全部 800V，动力电池灵活输出 400V 和 800V，兼容 400V 直流桩 方案。典型特征为：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。这种方案整车能耗高，优点在于只需要增加一个 DCDC，但这个 400V/800V DCDC 对安全要求高，推广不易。方案五：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。典型特征为：仅直流快充为 800V；交

28、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。这一方案虽然系统新增成本低，整车布置改造难度适中，但是在 能耗、电池特殊改动和设计方面均处于劣势。综合考虑性能、系统成本及整车改造工程量，方案一“车载部件全部 800V，电驱升压 兼容 400V 直流桩方案”预计是短期内快速推广的解决方案。2.2 高电压带动多条产业链 2.2.1 三电系统核心调整，满足高压平台要求升级至 800V 高压平台，需要对三电系统进行调整，以满足电气电压提升带来的对耐压、 绝缘等可靠性需求。电池系统：800V

29、 电池包的 BMS 成本比 400V 高约 1/3。成本端，800V 的电池包需要两倍的串联 电池，因此需要两倍的电池管理系统(BMS)电压传感通道。根据 Iman Aghabali 等人的测 算，400V 电池包的 BMS 总成本约 602 美金，800V 电池包为 818 美金，即 800V 电池包 的成本比 400V 高出约 1/3。 电压提升对电池包可靠性提出更高要求。对电池包分析表明，一个 4p5s 配置的电池包 在 25C 时可以可靠地执行约 1000 次循环，而 2p10s（电压较 4p5s 提升一倍）配置的 电池包只能达到 800 次循环。电压提升会降低电池包可靠性主要是因为单

30、个电芯寿命降 低（充电功率提升后，电芯充电倍率将由 1C 提升到3C，高充电倍率将造成活性物质 的损失，影响电池容量和寿命）。在较低电压的电池包中，并联电池更多，可靠性更高。800V 高压平台线束直径更小，降低成本和重量。800V 电池包与牵引逆变器、快速充电 端口和其他高压系统之间传输电力的直流电缆截面积可以减少，从而降低成本和重量。 例如特斯拉 Model 3 在电池组和快速充电接口之间使用了 3/0 AWG 铜线。对于 800V 系 统，将电缆面积减半至 1 AWG 电缆，每米电缆需要的铜得重量将减少 0.76kg，因此降 低几十美元的成本。 总结来讲，由于爬电距离较少以及总线和 PCB

31、 周围的电气空隙要求较少，400V 系统的 BMS 成本更低，能量密度和可靠性略高。而 800V 系统的电力电缆更小，快充速率更高。 此外，切换到 800V 电池包还可以提高动力系统特别是牵引逆变器的效率，这种效率的 提高可以使电池包的体积缩小，这方面节省的成本以及在电缆方面节省的成本可以弥补800V 电池包额外的 BMS 成本。未来随着组件规模化生产以及成本收益成熟的平衡，会 有越来越多的电动车采用 800V 总线架构。2.2.2 动力电池：超级快充将成为趋势动力电池 PACK 作为新能源汽车的核心能量源，为车辆提供驱动电能，主要由动力电池 模块、结构系统、电气系统、热管理系统以及 BMS

32、五大部分组成:1) 动力电池模块就像是电池 PACK 的“心脏”储存和释放能量；2) 机构系统可以看作为电池 PACK 的“骨架”，主要由电池 PACK 的上盖、托盘及各种 支架等组成，起支撑、抗机械冲击和防水防尘的作用；3) 电气系统主要由高压线束、低压线束以及继电器组成，其中高压线束将动力传输到 各部件中，低压线束传输检测信号和控制信号；4) 热管理系统可分为风冷、水冷、液冷和变相材料四种，电池在充放电的过程中产生大 量热量，通过热管理系统将热量传导散发出去，是电池处于合理工作温度内提高电 池的安全性并延长使用寿命；5) BMS 主要包含 CMU 和 BMU 两大部分，CMU（Cell M

33、onitor Unit）为单体监控单元， 测量电池的电压、电流和温度等参数，并将数据通过低压线束传送给 BMU （Battery Management Unit，电池管理单元），如果 BMU 评估数据异常将会发出低电量要求或 切断充放电通路对电池进行保护，同时 BMU 还会对电池的电量和温度等参数进行判 断，在需要预警情况下将警示发送给整车控制器。根据前瞻产业研究院数据，从成本拆分来看，新能源汽车动力成本的 50%在于电芯， 电力电子和 PACK 约各占 20%，BMS 与热管理系统占 10%。2020 年全球动力电池 PACK 装机容量为 136.3GWh，较 2019 年增长 18.3%，

34、全球动力电池 PACK 行业市场规模从 2011 年的 39.8 亿美元左右快速增长至 2017 年的 386 亿美元，预计 2023 年全球动力电 池 PACK 市场规模将达到 1863 亿美元，2011 年至 2023 年的 CAGR 约为 37.8%，市场 空间巨大。2019 年中国动力电池 PACK 市场规模为 522.48 亿元，装机量从 2012 年的 7.85 万套提升至 2019 年的 124.19 万套，CAGR 为 73.7%，2020 年中国动力电池总装 机 64GWh，同比增长 2.9%。动力电池快充技术壁垒高，制约因素复杂。根据 Lithium-ion battery

35、 fast charging:A review，影响锂离子电池快充的影响因素来自原子、纳米、Cell、电池包、系统等各个层 次，各层次皆包含众多潜在制约因素。据高工锂电，负极高速嵌锂和热管理是快充能力 两大关键。1）负极高速嵌锂能力可避免出现析锂、锂枝晶，从而避免电池容量不可逆衰 减和缩短使用寿命。2）电池升温快会产生大量热，容易短路起火，同时电解液也需要较 高导电率，并且不与正负极反应，能抗高温、阻燃、防过充。比亚迪刀片电池延续磷酸铁锂技术路线，通过结构创新实现更高能量密度。比亚迪刀片 电池相较传统磷酸铁锂电池，仅改变电芯形状，将薄如刀片的电芯组合在一起，使得电 池包内的空间布局得以优化，同

36、样体积内的空间能布设更多数量电芯，从而提升电池能 量密度，进而增加续航历程。较块状体电池堆叠方式，刀片电池将整体空间利用率从 40% 左右提升至 60%。刀片电池跳过模组来设计，重量比能量密度可达 180wh/kg，较有模 电池组提升约 9%。同时得益于独特结构设计，刀片电池也具有了更高稳定性和安全性。 比亚迪刀片电池的充电循环寿命超 4500 次，是三元锂电池的 3 倍以上，超过了普通的 磷酸铁锂电池，刀片电池的等效里程寿命可突破 120 万公里。麒麟电池发布，或将开启 800V 时代。2022 年 6 月，宁德时代发布其第三代 CTP 技术 电池麒麟电池，实现能量密度 255Wh/kg，体

37、积利用率达到 72%，满足续航 1000km 需求。在结构上，麒麟电池取消横梁、纵梁，水冷板与隔热垫由之前的独立设计集成为 多功能弹性夹层，提高了整体的利用率。由于大面积水冷的加入，麒麟电池能够支持 5min 快速热启动以及 10min 快充。比亚迪拳头产品之一：刀片电池。在提高功率的时候，大电压/电流将会带来更多的热量， 散热问题将是动力电池厂商需要去优化的重点。比亚迪拳头产品刀片电池采用的是叠片 式结构，同时其基于磷酸铁锂材料体系，自身的耐高温属性要强于三元材料。同时刀片 电池采用无模组化设计，由电池直接组成并且均匀排布在电池包内，同时也能够提供更 好的散热。目前搭载刀片电池的比亚迪汉 E

38、V 补贴后售价 20.98 万，在综合情况下续航 里程可达 506km，充电 10 分钟可最大行驶 135km。2.2.3 SiC：高压优势明显电驱动及电控系统： 新能源汽车推动碳化硅黄金十年。新能源汽车系统架构中涉及到 SiC 应用的系统主要有 电机驱动器、车载充电器（OBC）/非车载充电桩和电源转换系统（车载 DC/DC）。 SiC 器件在新能源汽车应用中具有更大优势。IGBT 是双极型器件，在关断时存在拖尾电流，因此关断损耗大。MOSFET 是单极器件，不存在拖尾电流，SiC MOSFET 的导通电 阻、开关损耗大幅降低，整个功率器件具有高温、高效和高频特性，能够提高能源转换 效率。电机

39、驱动：电机驱动中使用 SiC 器件的优势在于提升控制器效率，提升功率密度和开关 频率，减少开关损耗以及简化电路散热系统，从而降低成本、大小，改善功率密度。丰 田的 SiC 控制器将电驱动控制器体积减小 80%。电源转换：车载 DC/DC 变换器的作用是将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流 电，从而为动力推进、HVAC、车窗升降、内外照明、信息娱乐和一些传感器等不同系统 提供不同的电压。使用 SiC 器件可降低功率转换损耗并实现散热部件的小型化，从而减 小变压器体积。 充电模块：车载充电器和充电桩使用 SiC 器件，能够发挥其高频、高温和高压的优势， 采用 SiC MOSFET，能够显著提升

40、车载/非车载充电机功率密度、减少开关损耗并改善热 管理。根据 Wolfspeed，汽车电池充电机采用 SiC MOSFET 在系统层面的 BOM 成本将降 低 15%；在 400V 系统相同充电速度下，SiC 充电量较硅材料可以翻倍。特斯拉引领行业潮流，率先在逆变器上使用 SiC。特斯拉 Model 3 的电驱动主逆变器采 用意法半导体的全 SiC 功率模块，包含 650V SiC MOSFET，其衬底由科锐提供。目前特 斯拉仅在逆变器中引用了SiC材料，未来在车载充电器（OBC）、充电桩等都可以用到SiC。大陆电动车龙头厂比亚迪汉四驱版是国内首款在电机控制器中使用自主研发SiC模块的 电动汽

41、车。借助 SiC 的低开关及导通损耗及高工作结温特性，汉 EV 的 SiC 模块同功率情 况下体积较硅 IGBT 缩小一半以上，功率密度提升一倍。根据比亚迪，公司计划到 2023 年，在旗下所有电动车中用 SiC 功率半导体全面替代 IGBT。2020 年 12 月，比亚迪半导 体公布目前在规划自建 SiC 产线，预计 2021 年建成自有 SiC 产线。多因素推动，SiC 大规模运用甜蜜点到来。尽管 SiC 功率器件在性能上有诸多优势，但 此前 SiC 的发展主要受到价格、晶圆质量、工艺技术等限制，没有被大规模使用。近两 年，起步较早的 Wolfspeed、Rohm、英飞凌等海外厂商不断进行

42、产品迭代，产品性能、 质量持续提升；晶圆良率提升，尺寸升级，产能扩充，衬底价格快速下探，我们认为 SiC 器件广泛应用的甜蜜点已经到来。Die Size 和成本是 SiC 技术产业化的核心变量。我们比较目前市场主流 1200V 硅基 IGBT 及 SiC 基 MOSFET，可以发现 SiC 基 MOSFET 产品较 Si 基产品能够大幅减少 Die Size，且表现性能更好。但是最大阻碍仍在于 Wafer Cost，根据 Yole 测算，单片成本 SiC 比 Si 基产品高出 78 倍。SiC 电力电子器件价格进一步下降，与同类型 Si 器件价差缩小。根据 CASA，Mouser， 从公开报价

43、来看，2020 年底 650V SiC SBD 均价为 1.58 元/A，同比下降 13.2%，与 Si 器件的价差约 3.8 倍；1200V SiC SBD 均价为 3.83 元/A，同比下降 8.6%，与 Si 器件的 差距约 4.5 倍。根据 CASA 调研，实际成交价低于公开报价，650V SiC SBD 实际成交价格约 0.7 元/A，1200V SiC SBD 价格约 1.2 元/A，约为公开报价的 60%-70%，同比则下 降了 20%-30%，实际成交价与 Si 器件价差已经缩小至 2-2.5 倍之间，已经达到了甜蜜 点。若考虑系统成本（周边的散热、基板等）和能耗等因素，SiC

44、 产品已经具备一定竞争 力，随着产业链技术更加成熟和产能不断扩充，未来在下游新能源汽车、光伏逆变、消 费类电子等市场应用有望加速渗透。车用 SiC 器件渗透率提升有望带来市场规模快速扩张。据 Yole 统计，新能源汽车是 SiC 功率器件下游最重要的应用市场，预计到 2024 年新能源车用 SiC 功率器件市场规模将 达到近 12 亿美元。2018 年国际上有 20 多家汽车厂商已经在车载充电机（OBC）中使用 SiC SBD 或 SiC MOSFET。目前以特斯拉 Model 3、比亚迪汉为代表的车型在逆变器中采 用 SiC 功率模块只是车用 SiC 器件的起步，未来随着 SiC 在车载充电

45、器、DC/DC 转换以 及充电桩中渗透率提升，市场空间有望快速扩大。仅考虑逆变器的使用，新能源车将消耗绝大部分 SiC 衬底产能；如果考虑车载 OBC、充 电桩、DC/DC 的 SiC 使用渗透提升，需求量将更大。从产能角度来看，以特斯拉 Model 3 为例估算，根据拆解图，主逆变器中有 24 个 SiC 模块，每个模块 2 个 SiC MOSFET， 共需要 48 颗芯片。一个 6 寸片面积约为 8.8 辆车所消耗的 SiC MOSFET 芯片面积，假设 10%边缘损耗和 60%良率，则单个 6 寸片足够供应约 4.7 辆车。Model 3/Y 2019 年交货 量 30 万辆，消耗 6.

46、4 万片 SiC，约占当年全球产能 24%。尽管 SiC 产业链在快速扩产， 预计 2025 年产能为 2019 年的 10 倍，中期测算，仅考虑逆变器的搭载，新能源汽车将 占 SiC 衬底产能 50%。根据 Yole 及科锐业务情况，科锐预计到 2024 年，其 SiC 晶圆可服务市场规模约 11 亿美 元，SiC 器件可服务市场规模达到 50 亿美元。考虑降价因素 2025 年新能源汽车 SiC 需求中枢在 5965 亿美元。我们假设 2025 年 全球新能源汽车出货量 1800 万2000 万辆，考虑 SiC 晶圆随着技术成熟价格下降，假 设单价约 2000 美元/片，则预计到 2025

47、 年新能源汽车仅逆变器 SiC 需求空间弹性中枢 在 5965 亿美元。此外，新能源汽车 DC/DC、车载充电器系统及充电桩中 SiC 的应用将 进一步提升新能源车用 SiC 市场规模！2.2.4 隔离芯片：保证信号传输安全 隔离芯片：隔离器件是将输入信号进行转换并输出，以实现输入、输出两端电气隔离的 一种安规器件。电气隔离能够保证强电电路和弱电电路之间信号传输的安全性。800V 电 驱动系统使得系统具有更高的瞬态共模干扰，就要求逆变器的隔离驱动芯片能够承受超 过 100kV/us 的共模瞬态干扰，否则驱动信号容易出错，导致上下桥臂的功率管直通。此 外随着 800V 电压的提高，系统需要更高的

48、原副边绝缘耐压需求。主要体现在两个方面， 一个是绝缘工作电压，对于 800V 电压系统，其跨隔离带的隔离芯片需要承受至少 800V 的绝缘工作电压，保证至少 15-20 年的工作寿命。另外隔离芯片的外部爬电距离的要求 也比之前有了很大提高。新能源车安规和设备保护要求驱动单车隔离需求大幅增加。新能源汽车较传统燃油车电 气化程度更高，安规和设备保护需求高，数字隔离类芯片也更多地应用于新能源汽车高 瓦数功率电子设备中，包括车载充电器（OBC）、电池管理系统（BMS）、DC/DC 转换器、 电机控制驱动逆变器、CAN/LIN 总线通讯等汽电子系统，成为新型电子传动系统和电池 系统的关键组件。此外，汽车

49、内部设计简单化发展要求数字隔离芯片具有高集成度，集 成了接口、驱动、采样等功能的隔离芯片更具优势。数字隔离国际龙头起步较早，国产替代大有可为。国际半导体公司在数字隔离芯片领域 起步较早，并在长期以来占据了市场的主导地位。根据 Markets and Markets 数据，2020 年全球前 5 大数字隔离芯片供应商为 TI、SiliconLabs、ADI、Broadcom（博通公司）以 及 Infineon，CR5 达 40%-50%，剩余市场主要被 NVE 公司、ROHM（罗姆半导体）、 MAXIM（美信公司）、Vicor 公司、ON（安森美半导体）等公司占据。中国厂商布局相对 较晚，目前实现量产且销售的厂商不多，主要包括纳芯微、中科格励微、荣湃半导体和 川土微电子等。2.2.5 磁性元件：单车价值量提升