（報告出品方/作者：安信證券，馬良，王哲宇）

1.1.充電樁是保障電動汽車出行的基礎設施，行業增速确定

充電樁是保障電動汽車用戶出行的基礎設施，是推動汽車電動化的最基礎抓手。據充電聯盟 數據，2022 年 12 月相比 2022 年 11 月全國新增 6.6 萬台公共充電樁，同比增長 56.7%，截 至 2022 年 12 月，聯盟内成員單位總計上報公共類充電樁 179.7 萬台，2022 年 1 月-2022 年 12 月，月均新增公共類充電樁約 5.4 萬台。根據電源輸入能力不同，充電樁可分為 3 種充電類别，分别适用于不同的應用場景。目前 2 級充電樁較為常見，由于充電時間較長，主要适用于家庭、工作場所、賣場、飯店等“目的 地充電”場景，3 級充電設施主要應用于交通繁忙、停留時間較短的地點。

根據電流輸出方式不同，充電樁又可分為交流充電樁和直流充電樁，二者均固定在電動汽車 外、與交流電網相連，主要區别在于 AC-DC 變流環節不同。交流充電樁直接輸出的交流電， 需要先經過車内 OBC 轉換為直流電再向電池充電，充電速度較慢，俗稱“慢充”，而直流充電 樁将 AC-DC 變流環節外置，輸出的直流電可以直接向電池充電，并且可以通過多模塊并聯實 現極大的充電功率，充電速度較快，俗稱“快充”。

1.2.充電樁往大功率快充方向發展，技術難度不斷提高

交流充電樁本質是一個帶控制的插座，主要包含交流電表、控制主闆、顯示屏、急停旋鈕、 交流接觸器、充電槍線等結構，結構較為簡單，需要車載充電機自己進行變壓整流，幾乎不 涉及功率器件。直流充電樁結構更為複雜，包括充電模塊、主控制器、絕緣檢測模塊、通信 模塊、主繼電器等部分，其中充電模塊又稱功率模塊，核心功能是将電網中的交流電轉化為 可直接向電池充電的直流電，組成部分包括半導體功率器件、集成電路、磁性元件、PCB、電 容、機箱風扇等，是充電模塊的關鍵組成部分。 據第一電動網數據，充電樁硬件設備構成中充電模塊占比最高約 50%，其中功率器件占比約 30%，磁性元件（25%）、半導體 IC（10%）、電容（10%）、PCB（10%），其他如機箱風扇等占 15%。

以 15kW 電池充電器模塊為例，目前常見直流充電樁拓撲電路采用3相380VAC輸入電壓經 過兩路3相 Vienna 功率因數校正（PFC）後得到 800V 直流電壓，再經過兩路全橋LLC DC/DC 電路後輸出 250V-750V 直流電壓供電動汽車使用，功率器件在PFC整流電路以及 LLC DC/DC 電路中均有應用，并在提高電路效率、優化電路結構等方面發揮重要作用。

1.3.直流快充需求旺盛，大功率充電面臨藍海市場

目前交流充電樁仍占主流，但直流快充有望提速發展。由于直流充電樁面臨更高的技術壁壘， 目前公共類充電樁當中交流充電樁仍為主流，占比約 60%，直流充電樁隻占據約 40%市場份 額，但直流充電樁充電速度更快、充電時間更短，更加匹配電動汽車用戶臨時性、應急性的 充電需求，據中國充電聯盟發布的《2021 中國電動汽車用戶充電行為白皮書》，直流充電樁 已成為 99.3%用戶的首選，因此直流充電樁面臨較大的需求缺口，未來有望提速發展。

大功率充電樁可助力用戶獲得更貼近傳統燃油車加油的充電體驗。要解決電動汽車用戶面臨 的“充電焦慮”，除了提升充電樁布局密度，還要進一步縮短充電時間。目前國内常見的普通 快充設備充電時間仍需要 40min 左右，而慢充則需要 8h 左右，與傳統燃油車隻需要 5min 即 可加油完畢的體驗相差較遠。相對于普通直流快充，大功率高壓充電技術可幫助電動汽車實 現快速補能，助力用戶獲得更貼近傳統燃油車加油的充電體驗。目前大功率直流充電技術受 到國際廣泛關注，各國相繼開展大功率充電技術的研究和标準制定，日标 CHAdeMO 及國标 GB/T 直流快充最大功率正在由 400kW/250kW 共同邁向 900kW，歐洲已經完成了 350kW 大功率 充電标準體系建設，目前正與美标一同向 460kW 發展。

提高充電速度的方式主要包括提高電流和提高電壓兩種。大電流模式容易産生高熱量損失， 能夠實現的功率上限并不高，而且大電流下線束加粗也會增加整車成本、降低使用便捷性， 因此采用高電壓平台架構提高功率成為大多數廠商的選擇。高電壓技術的落地和推廣，需要 電動汽車端、電池端、充電樁端三方聯動，需要整個産業鍊上下遊協同發展、共同建設大功 率高壓快充産業生态。

汽車端：目前電動汽車架構由 400V 升至 800V 所需的電池包、電驅動、PTC、空調壓縮機、車 載充電機等高壓零部件供應鍊基礎已較為完備，各龍頭車企已争相入局搶占市場。2019 年 4 月保時捷 Taycan Turbo S 全球首發，成為業内首款采用 800V 高電壓架構的車型，并将最大 充電功率提升到 350kW，可以在 22.5 分鐘内把 Taycan Turbo S 容量 93.4kWh 的動力電池從5%充至 80%，提供 300 公裡的續航能力。

2021 年 9 月，比亞迪發布 e 平台 3.0，有 800V 閃充 功能，實現充電 5 分鐘續航 150 公裡。吉利推出的極氪 001 具備 400V 和 800V 兩種電壓 架構，10%-80% SOC 充電時間僅需 30 分鐘，充電 5 分鐘續航可增加 120 公裡。2021 年 11 月，小鵬汽車在 2021 廣州車展展示的 G9 車型成為國内首款基于 800V 高壓 SiC 平台的量 産車，充電 5 分鐘最高可補充續航 200 公裡，已于 2022 年 Q3 上市。理想汽車将同步研發 Whale 以及 Shark 平台 800V 高壓架構車型，并配備 400kW 大功率充電樁，計劃于 2023 年以 後每年至少推出兩款高壓純電動汽車，實現充電 10 分鐘續航 400 公裡。

電池端：動力電池是新能源汽車的核心零部件，對新能源汽車的成本、續航裡程、安全性發 揮重要影響。據電池中國，快充技術對于電池包的熱管理系統性能以及電芯層面能量密度、充電速度和安全性的平衡都提出了更高的要求。目前國内多家動力電池企業已在各方面取得 技術突破，布局高電壓平台動力電池市場。

蜂巢能源 2019 年發布自主研發的全球首款短刀 電池，能夠實現 A0 級以上車型 500km 以上續駛裡程，并實現 2-4C 快充性能，滿足 800V 高 壓電氣架構高端車型應用，0-80%SOC 快充時間控制在 30min 以内。孚能科技自主研發的 800VTC 超充超壓技術可實現整包充電等效 2.2C，10%-80%SOC 充電僅需 15min，兼容 400-800V 系統，成為國内首個可量産的 800V 高電壓平台，公司也憑借該技術獲“2021 高工金球獎— —年度創新技術”獎項。甯德時代在超快充技術開發方面同樣走在前列，通過超電子網、快 離子環、各向同性石墨、超導電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片、多極耳、陽極電位監控等 多種技術手段，可實現最快 5 分鐘充至 80%電量。

充電樁端：将 DC500 系統升級到 DC950 系統後，隻需變更充電槍線、直流熔絲、直流接觸器 等配電器件，充電模塊等核心部件無需重新選型，因此充電樁逐步實現 1000V 以下的高壓化 較為容易。而當電壓提升至 1000V 以上，直流充電樁的結構将發生較大改變，同時面臨來自 技術、成本等方面的一系列挑戰。

在結構層面，目前主流充電樁是一體機，而大功率充電需要把核心控制模塊和電路放在後端 設備，多個充電終端共用一套後端設備從而形成分體機。 在技術層面，目前主流充電樁采用風冷散熱模塊，通過高轉速風扇将空氣由前面闆吸入後在 模塊尾部排出，帶走機櫃内的熱量，實現降溫效果，但空氣中夾雜的灰塵、鹽霧、水氣等會 在散熱過程中吸附在機櫃内部、腐蝕核心器件，導緻系統充電效率降低、損耗設備壽命，同 時風冷散熱模塊運行時噪聲超 70dB，也會給充電樁附近居民帶來噪音幹擾。

大功率充電樁對 于散熱性能的要求更高，傳統風冷技術難以滿足其散熱需求，液冷散熱技術成為必然選擇。 液冷技術則通過冷卻液在密閉通道中循環，實現發熱器件與散熱器之間的熱交換，采用大風 量低頻風扇或水冷機散熱，解決了傳統散熱方式下故障率高以及噪聲污染兩大痛點問題，同 時能夠實現更高的轉化效率。

在成本層面，一方面涉及到 2015 年以前建設的大量充電樁已不再滿足當前大功率充電樁趨 勢下的性能需要，老舊充電樁改造升級面臨着來自設備更換、場地施工等各方面的成本壓力； 另一方面，在大型城市、繁華地段布局充電樁面臨着較為顯著的城市空間成本，對于大功率 充電樁的體積提出更高要求。 大功率充電發展趨勢有助于更高性能功率器件産品的導入。首先，目前實現大功率充電的方 式主要依托于高壓架構，因此需要應用擊穿電壓更高的功率器件；其次，充電樁運營商對于 成本比較敏感，因此為降低運營成本，充電樁需要應用轉換效率更高、導通損耗更小的功率 器件；最後，為控制城市空間成本、減少占地面積，要求充電樁功率密度更高，相同尺寸下 可以設計更高功率的充電樁産品，應用更高性能的功率器件有助于簡化電路結構，降低應用 成本。

1.4.國内廠家具備成本優勢，充電樁出海有望打開市場

1.4.1.海外新能源汽車滲透率快速上升，市場空間廣闊

歐洲方面，近年來，伴随着歐盟收緊減排政策以及各國政府相繼推出政策優惠，新能源汽車 在歐洲發展迅速，發展前景可觀。北美方面，美國的新能源汽車市場方興未艾，根據 Marklines 的數據顯示，2021 年美國的新能源汽車滲透率僅僅為 4.4%，顯示出巨大的增長潛力，預計在 2025 年美國的新能源汽車銷量能夠達到大約 473 萬輛，新能源汽車的保有量能夠達到 1100 萬輛。同時在政策層面，2022 年拜登總統在其簽署的《2022 年通脹削減法案》中取消了對于 車企的銷量上限，并對購買新車提供稅收減免，美歐新能源汽車市場前景廣闊。

1.4.2.海外市場充電樁基礎設施發展滞後，顯示巨大市場缺口

與新能源汽車的快速發展相對應的是海外市場充電樁基礎設施的發展緩慢，顯示出明顯的滞 後性，公路充電樁缺口較大。根據 ACEA 的數據顯示，歐洲充電樁的分布極其不均，主要分布 在荷蘭、法國、德國等 5 個國家。美國的新能源汽車發展起步，但充電樁的配套相比之下更 為不足，據 IEA 和 AFDC 數據，2021年美國新能源汽車保有量 204 萬輛，充電樁保有量僅有 13.3 萬台，車樁比高達15.3:1。歐洲的車樁比也有較大缺口，據 IEA 數據，2021 年歐洲新 能源汽車保有量546萬輛，公用充電樁 35.6 萬台，對應車樁比 15.3:1。

1.4.3.國外龍頭企業主導歐美市場，國内企業有望借助成本優勢打開市場

目前歐美的充電樁市場由其本土企業主導，包括老牌電氣龍頭企業（如 ABB、西門子和施耐 德等）以及第三方充電樁廠商（如北美 Chargepoint、歐洲 EVBox 等）。國内企業出海面臨着 認證标準、客戶渠道等競争壁壘，例如中國的充電樁生産進入歐洲需要通過 CE 等認證，進入 美國則需要 UL、FCC 等認證，對技術水平要求較高。不過國内企業的充電樁制造和人工成本 較低，商業化成熟度高，有望打開海外市場。

電動汽車換電可分為集中充電和充換電兩種模式。集中充電模式通過集中型充電站對大量電 池進行集中存儲、集中充電、統一配送，電池配送站負責進行電池更換，充換電模式則由換 電站同時負責電池充電和電池更換，擁有快換系統、充電系統、供電系統、監控系統等多項 功能模塊，充換電模式是當前市場普遍采用的換電方式。據樂晴智庫，換電站内充電系統主 要以集中充電、交流慢充的方式對電池進行充電，充電模塊仍是充電系統的核心部件，供應 商包含泰坦、通合、華為等，充電功率約 10kW-60kW，充電電壓 200V-500V，因此相比大功率 快充，換電模式對于功率器件的性能要求更低。

換電可以避免充電等待時長，快捷、靈活地解決充電難、充電慢問題，是能夠實現電動汽車 快速補能、助力用戶獲得加油站加油體驗的另一路徑。換電技術能夠在當前車樁比緊張、快 充充電樁供不應求的情況下承接部分充電需求，尤其是在超級充電樁尚未大規模推廣、普通 充電又難以滿足部分車輛運營需求的應用場景下，換電技術優勢明顯。此外，換電能夠在重載荷和載荷敏感應用場景中降低車輛對電池裝機的需求，“車電分離”模式還可以降低初次購 置價格，目前換電技術主要由重卡、運營車輛等市場開始切入。

據中國充電聯盟數據，蔚來占據國内換電市場較大份額。根據蔚來官方網站數據顯示，截至 2022 年，蔚來累計建設 1300 多座換電站、13000 多根充電樁。蔚來換電技術擁有超過 1400 項專利，于 2022 年 12 月 24 日（NIO Day）發布了第三代換電站與 500kW 超快充。第三代換 電站采用全新的三工位協同換電模式，相較第二代換電站服務能力提升 30%，單日最大換電 能力提升至 408 次，單次換電時間進一步縮短，縮短了 20%；第三代換電站還将配備 2 顆激 光雷達和 2 顆英偉達 OrinX 芯片，總算力達到 508TOPS，可實現車輛召喚換電功能，以創新 性功能直擊客戶需求。

同時運用了自主研發的 HPC 雙向大功率液冷電源模塊，使得最高效率 達到 98%，充放電功率達到 62.5 千瓦，使得換電站内電池充放電效率大幅提高，有利于電網 互動流暢和諧，第三代換電站将會從 2023 年 3 月起全面部署。據蔚來 NIO Power 2025 換電 站布局計劃，2022-2025 年蔚來将在中國市場每年新增 600 座換電站，至 2025 年底蔚來換電 站全球總數超 4000 座，其中中國以外市場換電站約 1000 座。

随着快充技術快速發展，換電優勢将被削弱。據中國充電聯盟數據，截至 2022 年 3 月，國 内換電站保有量達到 1451 座，同比增長 136.7%，其中北京市以 269 座換電站保有量位列各 省份換電站總量排行榜榜首。随着 2021 年 11 月《電動汽車換電安全要求》國家标準正式實 施、各車企積極研發和投放換電車型，換電模式市場規模有望穩步增長。據《中國電動汽車 充電基礎設施發展戰略與路線圖研究 2021-2035》預判，在輕型車領域，随着快充技術快速 發展，換電技術的優勢将有所削弱，而在快充較難滿足需求的重卡領域，換電技術能夠助力 車輛實現電動化，近中期發展有望加速，中長期有望形成“快充 換電”并存格局。

V2G（Vehicle-to-grid）即車輛到電網，描述了電動汽車與電網間的雙向流動關系。電動車 在電網負荷低時，可以吸納電能，在電網負荷高時釋放電能。電動汽車用戶可以通過電力市 場交易獲得輔助調峰服務補貼或峰谷電價差的收益，降低電動汽車的使用成本；電網公司借 助用戶側靈活的儲能資源調控負荷，能夠減少電網在儲能建設上的投資，提高電網效率和可 靠性； V2G 技術降低用戶使用電動汽車的成本，間接提高了市場對電動汽車的需求，新能源 汽車企業亦将受益。

國家已出台多項相關政策，鼓勵發展 V2G 技術。2020 年國務院出台的《新能源汽車産業發展 規劃(2021-2035)》強調，在推動新能源汽車産業發展時，需要同步推動産業間融合，尤其是 加強新能源汽車與電網（V2G）能量互動，鼓勵地方開展 V2G 示範應用。歐美等國多以車企牽 頭推進 V2G 技術的應用落地，中國國家電網是世界上最大的公用事業企業，在推動 V2G 示範 落地上具有巨大優勢。威馬汽車與國家電網聯合，共同推進 V2G 技術的落地應用，于 2020 年 6 月順利通過全項 V2G 技術的車、樁實測與道路測試，并成為首家應用 V2G 技術落地的造車 新勢力。在電網和新能源汽車對 V2G 的協同發展下，晟曼科技、星星充電等充電樁建設運營 商也開始布局該領域，未來，V2G 技術将持續開拓充電基礎設施藍海市場。

V2G 技術處在早期探索階段，市場尚未成熟。V2G 從 20 世紀 90 年代起進入各國研究領域， 在中國，V2G 技術仍處于試驗驗證和示範運行階段，尚未進行商業推廣。V2G 技術的使用需要 不同技術組件之間的協調互動，即新能源汽車、充電樁和電網等各個環節的系統性配合，因 此整體推進速度受限。此外，用戶側儲能主要通過電價的高低差實現盈利，根據 FraunhoferISE 批發電價信息，2022 年德國峰谷價差約合人民币 1.4 元/度，而國内各區域 平均峰谷電價差較低，根據北極星儲能網統計數據，2022 年 4 月國内大部分省市最大峰谷價 差處于 0.5 元/度-1.1 元/度區間内，用戶側儲能經濟效益不明顯，盈利空間有待提升。

4.1.“一車一樁”目标在前，政策不斷向充電樁建設傾斜

《電動汽車充電基礎設施發展指南（2015-2020 年）》首次提出“一車一樁”目标，結合國家 新能源汽車推廣應用相關政策要求和規劃目标，經測算到 2020 年需建成新增集中式充換電 站超過 1.2 萬座, 分散式充電樁超過 480 萬個，以滿足全國 500 萬輛電動汽車充電需求，車 樁比基本實現 1:1。但目前車樁比離這一目标相距甚遠，根據公安部和中國充電聯盟數據， 截至 2022 年底，我國新能源汽車保有量達到 1310 萬輛，車樁比降至到 2.5:1。近三年車樁 比變化趨勢平緩，主要是由于新能源汽車保有量增速過快，未來，政策助力充電樁行業加速 發展，車樁比将持續下降。

自 2009 年起國家啟動對新能源汽車的補貼，十年間新能源汽車補貼政策不斷完善，國家對 新能源汽車的發展路線愈加清晰，近年充電基礎設施的短闆已經成為制約新能源汽車發展的 重要因素，國家政策轉向調整，新能源汽車的補貼基準逐年退坡，直至 2022 年底将完全退 出，補貼将向充電基礎設施及配套運營服務環節等方面傾斜。國家和地方已積極出台一系列 産業鼓勵政策，将切實推動充電樁的高效建設和合理布局。

4.2.充電模塊是充電樁的核心器件，技術在不斷疊代

交流充電樁：本質是一個帶控制的插座，主要包含交流電表、控制主闆、顯示屏、急停旋鈕、 交流接觸器、充電槍線等結構，結構較為簡單，需要車載充電機自己進行變壓整流，幾乎不 涉及功率器件。 直流充電樁：其結構更為複雜，包括充電模塊、主控制器、絕緣檢測模塊、通信模塊、主繼 電器等部分，其中充電模塊又稱功率模塊，是充電樁行業具有技術門檻的核心部件，約占據 充電樁總成本的 50%，核心功能是将電網中的交流電轉化為可直接向電池充電的直流電，組 成部分包括半導體功率器件、集成電路、磁性元件、PCB、電容、機箱風扇等，半導體功率器 件成本占充電模塊總成本的 30%，是充電模塊的關鍵組成部分。

充電模塊是（直流）充電樁最核心的組件，單體功率持續疊代提升。一個充電樁通常采用多 個充電模塊并聯而成，比如 120kW 充電樁可由 8 個 15kW 充電模塊組成，也可由 4 個 30kW 充 電模塊組成。單個充電模塊輸出功率越大，功率密度越高，能有效優化樁内空間。目前充電 模塊已曆經第一代 7.5kW、第二代 15/20kW,向着 30/40kW 乃至更高功率不斷演進。據各公司 官網披露，通合科技、英飛源、優優綠能等均已研發出 40kW 充電模塊産品；歐陸通 12 月 28 日在其官微披露，公司在 2022 第三屆中國國際充電樁運營商大會上首次發布多款充電模塊 産品，包括 75KW ACDC 液冷模塊、63KW DCDC 液冷模塊、30KW 雙向 ACDC 模塊、25KW 雙向 ACDC 模塊，由其全資子公司上海安世博自主研發及生産，均采用 SiC 技術設計。

充電模塊标準化程度在不斷提高。國家電網對體系内充電樁和充電模塊發布标準化設計規範： （1）充電樁“六統一”：統一電氣性能、統一結構布局、統一專用部件設計、統一通用器件 選型、統一外形結構，統一設備安裝；（2）充電模塊“三統一”：統一模塊外形尺寸、統一模 塊安裝接口、統一模塊通訊協議。充電樁和充電模塊設計規範的标準化一定程度上解決了以 往市場上産品兼容性差的問題，将有效推動充電樁産業的快速發展。

風冷向液冷轉換是大功率充電模塊的散熱技術趨勢。充電模塊在工作過程中會産生大量熱量， 一般來說，充電模塊散熱方式主要有風冷散熱和液冷散熱兩種，目前主流充電樁采用風冷散 熱模塊。風冷散熱技術應用較成熟，成本較低，其原理比較簡單，通過高轉速風扇将空氣由 前面闆吸入後在模塊尾部排出，帶走機櫃内的熱量，實現降溫效果，但同時也産生大量噪音， 影響周邊居民。另一方面，模塊内部元件與空氣直接接觸，容易積累灰塵、腐蝕零件，充電 樁故障率較高，使用壽命短，每年還需要專人定期維護，維護工作複雜，維護成本較高。并 且風冷散熱效率較低，不能滿足未來大功率充電模塊的散熱需求。

液冷散熱技術起步較晚， 目前采用較少，設備成本較高，其原理是，通過冷卻液在密閉通道中循環，實現發熱器件與 散熱器之間的熱交換，采用大風量低頻風扇或水冷機散熱，其噪音顯著低于風冷散熱的高速 風扇。液冷散熱效率高于風冷散熱，能适應将來大功率充電模塊的散熱需求。同時，因為模 塊内部元件與不空氣直接接觸，每年的維護成本較低，設備故障率也較低，設備使用壽命長。 總的來說，液冷散熱的總擁有成本要低于風冷散熱。

充電模塊除了傳統的給汽車充電的功能之外，也在發展雙向充電技術。模塊雙向充電技術的 發展，進一步使得 V2G 技術和 V2H 技術得以實現，在削峰填谷、平衡用電負荷、提高充電樁 使用效率等方面起到積極的作用。以意法半導體15KW三相維也納非隔離方案STDES-PFCBIDIR 為例，整個方案由主功率回路，LCL 濾波電路，傳感電路，浪湧保護電路，電網連接電路和 輔助電源電路幾部分組成，MCU 通過開關去控制與交流電網的斷開與連接，以及在整流或者 逆變模式下的負載和電流的管理，ST STGAP2S 芯片控制相應的開關管，以确保開關頻率和死 區時間的獨立管理。該方案可同時實現 AC/DC 和 DC/AC 的雙向轉換，也可以實現純數字控制 和靈活配置，尺寸小，頻率高，可達 100KHz。此外，其控制芯片可以輸出 12 路高精度 PWM， 頻率可以配置 2 至 3 級拓撲。

4.3.功率器件是充電模塊的核心部件，碳化矽應用已拉開序幕

充電模塊作為充電樁的核心部件，其核心功能的實現主要依托于功率半導體器件發揮整流、 穩壓、開關、變頻等作用，随着用戶更加追求充電系統的小型化、高效化，功率器件作為充 電樁的核心器件，也面臨着不斷優化和升級。

4.3.1.目前國内充電樁所采用的功率器件主要是矽基MOSFET和IGBT

MOSFET（金屬氧化物半導體場效應管）是一種較為成熟的功率器件，更适用于中小功率應用 場景，具有工作頻率高、驅動功率小、抗擊穿性好、電流關斷能力強等優點，應用範圍廣泛。 據 Yole 數據，MOSFET 已占據功率器件市場最大份額，市場規模有望從 2020 年 75 億美元增 長至 2026 年的 94 億美元。MOSFET 在充電樁當中是實現電能高效轉換、增強充電樁穩定性的 關鍵器件，受益于充電樁市場的快速發展迎來增長機遇。

IGBT 是由 BJT（雙極型三極管）和 MOS（絕緣栅型場效應管）組成的複合全控型電壓驅動式 功率半導體器件，兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優點，是電力電 子領域較為理想的開關器件。相對于 MOSFET，IGBT 擁有電導調制效應，能夠承載更高的電流 密度，同時克服了 MOSFET 通态電阻随電壓升高而增大的問題，在高壓系統中更具優勢。IGBT 在充電樁當中同樣作為核心開關器件應用，在充電模塊工作時，三相交流電源經過整流濾波 後轉為直流輸入電壓供給 IGBT 橋，控制器通過驅動電路作用于 IGBT 将直流電壓轉換為脈寬 調制的交流電壓，交流電壓經高頻變壓器變壓隔離後，再次經過整流濾波後得到直流脈沖， 對電池組進行充電。

4.3.2.超級結MOSFET是對傳統MOSFET的結構改進

充電樁向高壓架構發展的趨勢促進高性能 MOSFET 在充電樁市場的應用。由于耐壓能力與 N外延層的厚度成正比、與摻雜濃度成反比，因此為提高平面 MOSFET 的擊穿電壓需要增加外 延層厚度并降低摻雜濃度，此時會帶來導通電阻急劇增加、開關損耗增大的不利影響。IGBT 通過引入少數載流子導電來降低導通壓降的方式會導緻關斷時産生電流拖尾，增加了開關損 耗，同時開關頻率也會降低。

超級結 MOSFET 通過改進器件結構，具備更好的導通特性。相比平面 MOSFET，超級結 MOSFET 通過在漂移區設置多個 P 柱，形成交替 PN 結結構。在器件關斷時，P 區和 N 區的電荷相互平 衡而建立的耗盡層具備極高的耐壓性，從而使得提高器件擊穿電壓不再有賴于增加外延層厚 度并降低摻雜濃度。在器件導通時，漂移區摻雜濃度提升，從而形成低導通電阻的電流通路。 因此超級結 MOSFET 能夠在保證較低導通電阻的同時大大提高耐壓性，并可以進一步提高功 率密度和工作頻率。

在公共直流充電樁所需的工作功率和電流要求下，超級結 MOSFET 以其更低的導通損耗和開 關損耗、高可靠性、高功率密度正在逐步占據更大的市場份額，并将充分受益于充電樁的快 速建設。據 Omidia 和 Yole 預測，2020 年全球超級結 MOSFET 晶圓出貨量（折合 8 英寸）約 為 23.8 萬片，2025 年将增長至 35.1 萬片，CAGR 達 8.1%，增長速度約為普通矽基 MOSFET 的 兩倍左右，同時全球超級結 MOSFET 産品市場規模也将于 2024 年達到 10 億美元。

4.3.3.碳化矽功率器件：材料改進推動解決充電難題

為縮短充電速度、與産業鍊協同共同向高壓架構邁進，功率半導體器件應具備更優良的耐高 壓特性。與矽材料相比，碳化矽材料具備更高的帶隙和擊穿電壓、更高的熱導率、更低的理 想本體遷移率以及更大的電子飽和速度，從而碳化矽器件具有耐高壓、耐高溫、導通損耗小、 開關速度快的特性。由于碳化矽材料擁有更高的擊穿場強，克服了矽材料導通電阻随耐壓性增強而增大的缺點， 在相同的擊穿電壓下，碳化矽可以制成标準化導通電阻（單位面積導通電阻）更低的器件。 據 ROHM，900V 平台下相同導通電阻的 SiC MOSFET 芯片尺寸僅為矽基 MOSFET 的 1/35、超級 結 MOSFET 的 1/10。

相比 IGBT，碳化矽器件不需要進行電導率調制即能夠實現高耐壓、低阻抗，開關速度更快。 在功率器件開啟或關閉時，由于 IGBT 關斷時存在拖尾電流，與 IGBT 搭配使用的 FRD 在開關 過程中也存在較大的反向恢複電流，因此充電樁中應用 IGBT 模塊會導緻較大的導通損耗。 與矽基 IGBT 相比，碳化矽 MOSFET 的反向恢複電流和反向恢複時間明顯減少，換流速度的加 快也有助于減少開關損耗、實現散熱部件的小型化。此外，IGBT 較大的開關損耗限制其在 20kHz 以上高頻區域的使用，而碳化矽 MOSFET 可以進行 50kHz 以上高頻開關，有助于無源器 件的進一步小型化。

據半導體投資聯盟，與傳統矽器件相比，碳化矽模塊可以幫助充電樁提升近 30%的輸出功率、 減少 50%左右的損耗，并增強充電樁的穩定性。而針對推廣大功率充電樁面臨的成本制約， 尤其是在城市寸土寸金的繁華地段建設充電樁面臨的城市空間成本，碳化矽器件能夠大大簡 化充電模塊電路結構，提高充電樁的功率密度，降低充電樁系統應用成本。據英飛淩工業半 導體，采用 SiC MOSFET 的三相全橋 PFC 整流電路，相比 Vienna 拓撲電路，能夠大大減少功 率器件數量、簡化電路結構，碳化矽器件更高的開關頻率也可以降低電感的感量、尺寸和成 本。

另一方面，采用 SiC MOSFET 的 DC/DC 電路，可由原來的三電平優化為兩電平 LLC，進一 步簡化拓撲電路、提高 LLC 電路開關頻率的同時，可以減少磁性器件的尺寸和成本以及系統 散熱成本。結合考慮各方面成本以及使用體驗，碳化矽器件在充電樁市場擁有巨大的市場潛 力。

4.4.充電模塊作為充電樁核心器件之一，有望迎來百億新增市場

據第一電動網數據，充電樁硬件設備構成中充電模塊占比最高約 50%，其中功率器件占比約 30%，磁性元件（25%）、半導體 IC（10%）、電容（10%）、PCB（10%），其他如機箱風扇等占 15%。 據艾瑞咨詢數據，截至 2021 年底，中國新能源汽車與公共充電樁的比例為 6.8:1，與私人充 電樁的車樁比接近 3.7:1。即私人充電樁在充電樁中占比約 65%，公共充電樁約 35%。 據未來智庫數據，交流充電樁，其設備單價為在 1000-3000 元之間，其中車廠随車配送充電 樁單價較低在 1000 元左右，設備廠商 2C 銷售的交流樁單價較高在 2000-3000 元之間，私人 交流充電樁平均單價可取 1500 元。

據乘聯會數據，2022 年國内新能源車保有量為 1310 萬台，銷量為 650 萬台。中汽協預測 2023 年中國新能源汽車銷量 900 萬輛，高盛預測中國新能源車銷量 2025 年有望達到 1500 萬台。 我們假設 2023 年中國新能源車銷量為 900 萬輛，2024 年 1200 萬輛，2025 年為 1500 萬輛， 假設新能源車報廢率為國際平均報廢率 8%，可以估算 2023-2025 年中國新能源車保有量約為 2033 萬輛/2974 萬輛/4116 萬輛。 據工信部要求，2025 年國内車樁比為 2:1，2022 年車樁比約 2.5:1，我們假設 2023 年-2025 年車樁比分别為 2.3/2.2/2。

根據以上假設，可以估算中國新能源車充電樁 2023-2025 年市場空間為 286.74 億，335.53 億，455.63 億。其中充電模塊占比為充電樁的 50%，對應市場空間為 143.37 億元/167.77 億 元/ 227.82 億元，功率器件在充電模塊中的成本占比為 30%左右，對應功率器件市場空間為 43.01 億元/50.33 億元/68.34 億元。

4.5.磁性元件是充電模塊價值量占比次高的器件，有望迎來新市場機遇

4.5.1.磁性元件普遍應用電源設備，本土企業擁有成熟的技術基礎

磁性元件是電子變壓器、電感等的統稱。其中，變壓器是指利用電磁感應原理實現電能變換 或把電能從一個電路傳遞到另一個電路的靜止電磁裝置。按照用途将變壓器分為電子變壓器、 電力變壓器等。電子變壓器一般指的是輸入為高電壓（例如 220 伏），輸出為低電壓（例如幾 伏到幾十伏），功率範圍一般為幾瓦到幾十千瓦之間的變壓器，具有性能穩定、體積小、效率 高等優點。電子變壓器在電子設備中占有重要地位，尤其是在電源設備中，交流電壓和直流 電壓幾乎都要經過變壓器變換、整流取得。

4.5.2.磁性元件廣泛應用充電樁領域

磁性元件的三大下遊市場分别是新能源汽車、光伏和充電樁，其中市面上及正在開發的充電 樁均需要大量利用磁性元件作為充電樁中的重要元器件。以銘普利用于直流充電樁的磁集成 方案為例，60KW 的直流快充充電站需要使用 8 個磁性元件（4 個變壓器及 4 個諧振電感）， 120KW 的直流快充充電站需要使用 16 個磁性元件。

磁性元件在充電樁中主要以 AC 共模電感、PFC 電感、諧振電感、主變壓器等形式存在，主要 起到功率因數校正、電壓變換、安全 隔離、消除 EMI 等作用。而相較傳統充電樁而言，目 前越來越受到市場青睐的快充直流充電樁對于磁性元件的需求會更高，快充充電樁發展的趨 勢也會推動磁性元件行業市場的拓展，大功率、模塊化即将成為充電樁磁性元件行業技術發 展的大趨勢。 依據磁性元件在總成本價值量的結構性占比，我們預計磁性元件 2023-2025 年僅在國内充電 樁領域新增市場為 35.84 億元，41.94 億元，56.95 億元。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】「鍊接」

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