电动智能新趋势,高压快充迎爆发风口!
发布时间:2023-05-18 阅读

       随着续航问题逐渐成为电动车发展的重心,缩短补能时间成为目前电动车升级的核心诉求之一。

       快充技术是解决补能焦虑的核心。

       在快充方案中,高压充电以其低成本、轻量化、EMC干扰低等优点,成为现阶段快充的主流路线。

       直流快充充电时间相较交流慢充明显缩短,将短途城市使用场景拓宽至长途旅行场景。

       近几年随着全球新能源汽车加速渗透,多家企业布局超级快充技术,快充的峰值功率能达到350kW甚至480kW,超级快充时间有望能够降低到30分钟以下,未来或将进一步压缩到15分钟甚至十分钟以下。

       直流快充与交流慢充的区别
       目前电动车主要有两种充电方式,直流快充和交流慢充。

       交流慢充对应在家或者小区停车场的充电场景,充电功率较小从几千瓦到几十千瓦不等,通常需要 8-10 小时充满电,交流慢充直接使用电网的交流电,通过车载充电器OBC将交流电转换成直流电供给电动车电池;直流快充则一般对应高速公路上/长途旅程中的充电补能场景,功率达到上百千瓦,仅需 1-2小时充满电,直流充电桩内部通过整流器将电网的交流电转换成直流电直接给车载电池充电。

       直流快充本质是把大功率 AC/DC 转移到快充充电桩。

       交流慢充主要依靠家用交流充电桩充电,直接使用电网220V交流电,电动车通过车载充电器 OBC 内部的 AC/DC 转换器将电网的交流电转换为直流电供给动力电池,由于充电功率较低,车载OBC内置AC/DC转换器功率一般较低,成本较低;直流充电桩与交流充电桩最大的区别是将 AC/DC 转换器移置到充电桩中,将电网的交流电在其内部转换成大功率的直流电提供给车载动力电池,需要大功率 AC/DC 转换器,其体积和成本同时上升,边际效益递减。

       高压有望成为快充主流路线
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(根据发热量公式 Q=I^2*R*t),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。

       高电压和高电流路线是在某一时间段内相对的概念,本质两种模式都是为了增大充电功率。

       特斯拉发展 400V 快充较早,在早期也算高电压路线,为了进一步提 高充电功率,采取保持电压平台不变增大电流的措施;800V 高压平台随着车企不断迭代技术,应用的电流越来越大。

       相对 400V,800V 平台可采用更小的电流达 到相同的峰值充电功率。

       高电压成为主流路线指现阶段企业着重研发 400V平台升级到 800V 平台,而非一昧通过提升电流实现充电功率的提升。

       800V高压成为阶段性行业标准,未来将演进到 1000V-1500V。

       基于大功率充电研究方向,全球快充标准正向标准化交融演进。

       超级充电标准 2021年发布,中日联合正统一亚洲快充标准,最大充电功率从400kW(400A/1000V)和 250kW(250A/1000V)共同向 900kW(600A/1500V)演进,而欧美快充最大功率分别从 200kW(200A/1000V)、120kW(200A/600V)向 460kW(500A/920V)演进。

       保时捷 2019 推出的 Taycan 车型首次搭载800V平台,由于提升电压等级涉及到全 车高压部件性能和电气系统安全性能升级,因此高电压平台向上演进、技术迭代 呈阶段性发展模式。

       2021 年华为称将于 2025 年推出电压平台超 1000V/600kW 快充方案,5分钟实现 30%-80%SOC 充电性能。

       目前已量产基于完整 800V 架构车型代表为保时捷 Taycan 和现代起亚 Ioniq-5, 其他企业800V平台多为 400V 电池串并联过渡方案。

       完整800V方案指单个动力 电池包输入/输出800V,而目前大多数企业采用两个 400V 电池串并联方式兼容 800V 和 400V(串联 800V 并联 400V),通过继电器切换灵活输出,以期快速布局 800V 平台。

       目前大多数充电桩仍然是 400V,800V 充电桩以及 800V 车载高压部 件产业链短期内还不完善,因此企业需要考虑两点:1.如何兼容 400V 充电桩和 800V 充电桩;2.如何兼容某些 400V 车载部件。

       以下为两种完整 800V 平台架构 方案的解释。

       保时捷方案新增 DC/DC 转换器过渡到 800V:Taycan部分高压件采用800V架构,比如电驱系统、动力电池、高压充电器、高压辅助加热等,通过新增DC/DC转换器兼容 400V 直流桩方案。

Taycan 提供 3 种充电方式:交流慢充、 400V直流快充、800V直流快充。

       现代起亚方案全面升级到 800V:Ioniq-5 所有部件均采用 800V 架构,包括其 交流压缩机、PTC、充电机、外部大功率充电器等部件都是基于800V 系统,通过电驱动系统升压兼容 400V 直流充电桩。

Ioniq-5 提供 3 种充电方式:交 流慢充、400V 直流快充、800V直流快充。

       高压平台推动器件升级
       800V快充方案下,由于电压提升,车载端主要电气部件都需要重新选型。

       电动车的核心零部件分为大三电(电池、电机、电控)、小三电(OBC、PDU、 DC/DC 转换器)和电动压缩机。

       电机电控主要厂商包括汇川技术、大洋电机、方正电机、精进电动、卧龙电驱、华锋股份等。

       在电驱动总成方面,汇川技术、臻驱科技、中车时代等都已推出了应用碳化硅的驱动集成产品,其中汇川技术的第四代动力总成已在小鹏800V高压平台车型中实现量产。

       OBC+DC/DC主要厂商包括欣锐科技、京泉华和得润电子等。

       继电器:为保障高负荷下汽车的安全性能,相关的器件比如数字隔离芯片、薄膜电容、连接器、熔断器、继电器等在数量和性能都有提升需求。

       高电压对触电材料、灭弧技术要求提高,催生产品附加值提升。

       整车厂对高压直流继电器产品验证周期较长,不会轻易更换供应商,因此已经进入车企供应链的继电器企业具有较大先发优势。

       高压直流继电器市场主要参与者为宏发、西门子、松下、泰科、Gigivac等老牌继电器企业,2020年全球市场份额前三的企业分别为松下、宏发、Denso,其全球销售额市占率分别为36%/23%/12%,合计达到71%,行业集中度较高。

       国内主要厂商包括宏发股份和三友联众等。

       2003年,宏发股份与德国海拉、美国AZ公司成立合资公司,同时引进汽车继电器全自动生产线。

       宏发较早布局自动化产线,自动化方面领先竞争对手。

       熔断器:高电压要求在绝缘、耐压等级上有所调整,价值量提升。

       传统行业熔断器由于产品品类多、下游分散,不同型号产品较难自动化。

       新能源汽车熔断器由于数量多、且为圆管,较易实现自动化。

       欧美日企业起步较早,且控制着行业标准的制定权及绝大多数专利技术,经过多年发展格局趋于稳定。

       2019年,全球前三的熔断器企业分别为Littlefuse、Bussmann、Mersen,占比分别为31%、24%、9%,CR3达到64%,格局较为集中。

       2019年前七大熔断器生产商占比92%,格局基本稳定。

       中熔电气在国内新能源汽车用电力熔断器市场份额约40%,全球市场份额超过20%。

       高压连接器:高压连接器一般用在新能源汽车动力系统中。

       根据Bishop& Associates 统计,2020年全球汽车连接器厂商TOP10 以美、日企业为主。

       泰科、矢崎、安波福三巨头市占率达66.8%。

       考虑新能源车、智能车渗透率较低,全球汽车连接器产品主要以低压连接器为主。

       而我国在低压和高速连接器领域的国产化比例不到10%,在高压连接器领域的国产化比例已达到约30%。

       主要厂商包括瑞可达,永贵电器,徕木股份、中航光电、合光股份、电连技术等。

       薄膜电容:高电压需要更厚的材料,难度略有下降,但材料用量、体积增大。

       目前主流车型薄膜电容单个200-300元,预计800V平台价格提升20%。

       全球范围内薄膜电容的主要供应商有松下、尼吉康、TDK、基美、威世,以及国内的法拉电子。

       日、美厂商经营范围相对广泛,薄膜电容器业务占公司收入比重少,国内目前为止国内产品集中在中低端市场,高端领域供应商主要集中在欧美日等地区。

       薄膜电容器领域国内代表厂商包括法拉电子、江海股份和鹰峰电子等。

       法拉电子专注于薄膜电容的生产销售,薄膜电容占公司90%以上的收入。

       铝电容领导厂商江海股份长期受益于汽车电子行业的发展。

       纯电市场行业端来看,2022年成为800V高压快充走向应用的元年。

       2022年底到2023年是普通400V慢充转向800V超高压快充产业化落地的起点。

       目前,小鹏、广汽埃安、比亚迪、长城沙龙、吉利极氪、理想、北汽极狐、零跑等都已布局快充技术。

       吉利、金康(华为)以及理想、蔚来等预计将于2023年推出对应技术路线车型。

       随着超级充电桩标准的落地,叠加配套高压组件的技术进步,未来几年高压快充车型将加速推出带动相关零部件的快速增长,同时技术门槛的提升也有助于市场份额向技术优势企业集中。

借助高压快充解决充电难题将成为行业趋势,高压系统技术升级带来总量和竞争格局的双重优化。