新能源汽車充電系統有哪些元件?（報告出品方/作者：招商證券，遊家訓、劉珺涵、劉巍），下面我們就來說一說關于新能源汽車充電系統有哪些元件?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

新能源汽車充電系統有哪些元件

（報告出品方/作者：招商證券，遊家訓、劉珺涵、劉巍）

1.1、 快充有望成為新能源車補能的重要模式

新能源車的補能模式主要包括換電和充電。換電模式是在換電站将新能源車電池進行更 換，目前典型代表車企是蔚來，對于車型類型較少、電池系統規格較為單一的主機廠， 換電模式具備一定應用前景；二是充電模式，分别有家用樁常見的交流慢充模式以及公 共樁的直流快充模式，而快充模式又分兩條路線，一個是以特斯拉為代表的大電流快充， 另一個是以比亞迪等為代表的高壓快充路線。快充模式正處在快速升級和演進過程中， 充電倍率正在由 2C 向 4C 提升，充電時長正在從 30 分鐘縮短為 15 分鐘，多數主機廠在 積極布局快充技術，發展前景較為廣闊。

快充路線分為大電流快充和高電壓快充。快充路線目的是提高電動車充電效率，其本質 是提高充電功率，目前有增大充電電流和提高充電電壓這兩種路線，具體來看：

大電流快充可支持 200kW 級快充，充電 10 分鐘可續航 200-300km。根據國家推薦 标準《電動汽車傳導充電系統》，搭載 400V 電壓平台時，100kW 級功率充電 10min 大約補充 16.7kWh 的電量，對應續航約 100km（假設百公裡耗電量 13kWh）。當充 電電流提升至 500A 以上時，充電功率可以達到 200kW 級，充電 10min 補充電量約 33kWh，對應續航約 200-300km（假設百公裡耗電量 13kWh），有效提高充電效率， 緩解充電焦慮。

高電壓快充可實現 400kW 級超充，充電 5 分鐘可續航 200-300km，同時高壓架構 有利于降低熱損耗和減輕整車重量。實現 400kW 級充電則須将電動車從 400V 升級 至 800V 級高電壓平台，當電流為 500A 時即能夠将充電功率提升至 400kW，實現 充電 5min，續航 200-300km。采用 800V 高壓架構除了能夠提高充電功率，在整車 電機輸出功率不變的情況下，能夠顯著減小電流，從而有效降低熱損耗；大幅降低 的電流帶來車内線束線徑的減小，有利于車内空間布局的優化，同時減輕整車重量、 提升續航裡程。

ChaoJi 快充标準加速落地，推動快充發展。國家電網創立并統一國内充電設施和充電接 口的 ChaoJi 充電标準，并在 2021 年 9 月宣布加速落地。立項标準預計 2021 年底完成， 并開啟試點示範，預計 2025 年普遍安裝。在 2015 年時充電樁标準支持的最高充電電壓 為 950V,充電電流為 250A；而 Chaoji 快充标準可支持 350kW-900KW 大功率充電，充 電電壓 1000-1500V，充電電流 500-600A，10 分鐘增加續航 300 公裡以上。

ChaoJi 快充标準兼容性強，有望成為重要的電動汽車接口和系統标準。ChaoJi 充電能夠向前兼容中國、日本、美國、歐洲的 GB/T、CHAdeMO、CCS1、CCS2 老标準，向 後兼容具有可擴展性，也可以支持慢充，目前已被日本和 IEC 采納了 ChaoJi 方案，如果 能得到歐洲認可就會成為重要的電動汽車接口和系統标準之一。

1.2、大功率快充引領高壓架構變革

全棧高壓架構由于其能量轉換效率高的優勢有望成為主流。大電流快充技術會導緻電氣 系統發熱加劇，對散熱的要求很高，使得當前高壓快充成為行業的多數選擇。目前預計 能實現大功率快充的高壓系統架構共有全棧高壓架構、多電壓架構、全棧低壓架構三類。

全棧高壓架構：電池包、電機以及充電接口均達到 800V，車中隻有 800V 和 12V 兩種電壓級别的器件，OBC、空調壓縮機、DC/DC 以及 PTC 均重新适配以滿足 800V 高電壓平台。

多電壓架構：整車搭載一個 800V 電池組，通過在電池組和其他高壓部件之間增加 DCDC 轉換器将 800V 電壓降至 400V，車上其他高壓部件均采用 400V 電壓平台。

全棧低壓架構：1）采用兩個 400V 的電池組，通過高壓配電盒的設計進行組合使用。 大功率快充時，兩個電池組可串聯成 800V 平台；在汽車運行時，兩個電池組并聯 成 400V 平台。2）采用單個 400V 的電池，充電接口與電池之間通過 DC/DC 降壓。

2.1、快充需求量快速增長，2025 年快充樁市場規模有望超千億

充電樁屬于電動車的重要基礎設施。随着新能源車保有量的不斷增加，充電樁需求也會 不斷提高。按照安裝條件分類，充電樁可分為立式充電樁和壁挂充電樁；按照安裝地點 分類，可分為室内充電樁和室外充電樁；按充電接口分類，可分為一樁一充和一樁多充； 按充電類型分類，可分為交流充電樁和直流充電樁。 直流充電樁是未來行業的重要發展方向。交流充電樁輸出單相/三相交流電，通過車載充 電機轉換成直流電給電池充電，功率較小，充電速度較慢。而直流充電樁直接輸出直流 電給電池充電，功率較大，充電速度較快，是未來行業的重要發展方向。

充電樁建設有望持續快速增長。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加速，車樁比下降，目前約 2.7:1，車樁比仍較高。未 來三年新能源車銷量有望繼續維持高速增長态勢，疊加車樁比存在進一步下降的潛力， 預計充電樁的建設有望持續爆發式增長。

2025 年全國新增快充樁需求量有望超過 290 萬根，快充樁市場規模在 2025 年或将超過 1450 億元。國内電動車銷量持續超預期，而國内目前車樁比約 2.7:1，尤其是上海、深 圳等新能源汽車保有量較大的地區經常出現充電排隊的現象，充電樁數量明顯不足。政 府有望對充電樁領域開展新的刺激政策，預計 2021-2025 年我國新能源汽車銷量 CAGR 在 36%左右。同時，預計 2025 年車樁比可達 1.5:1。此外，我們假設目前快充樁的滲透 率為 20%，至 2025 年提升至 41%，快充樁平均價格為 4 萬元/根，随充電樁的功率不斷 提升，超充的滲透率不斷提升，預計到 2025 年快充樁的平均價格有望達到 5.1 萬元。預 計 2025 年全國充電樁保有量有望超過 2000 萬根，全國新增快充樁需求量有望超過 290 萬根，對應快充樁市場空間有望超過 1450 億元。

2.2、充電模塊價值量占比大、壁壘高、市場規模增長迅速

充電樁的零部件主要包括：充電模塊、交流配電單元、監控單元、防雷單元、熔斷器、 繼電器，外部結構包括充電槍、高壓絕緣檢測闆、顯示屏等。其中充電模塊是充電樁的 核心，模塊的性能直接決定了充電樁的輸出能力。

充電模塊在整個充電樁的成本中占比最高，約為 40%。充電模塊又稱功率模塊，在模塊 内部進行交直流轉換、直流放大隔離等工作，決定了充電樁的性能和效率，是充電樁行 業具有較高技術門檻的核心産品，目前其重要技術隻掌握在行業少數企業手中。充電模 塊内部結構複雜，内含元器件衆多，是影響充電樁性能的重要部件，成本占充電樁建設 總成本的 40%左右。

充電模塊核心技術壁壘在于模塊内部拓撲結構的設計水平和集成化能力。充電模塊的關 鍵元器件在于 MOS 管開關，當充電模塊工作時，三相交流電源經過整流濾波後，變成直 流輸入電壓供給 DC/DC 變換電路。控制器通過驅動電路作用于功率開關 MOS 管，使整 流濾波後的直流電壓轉換成交流電壓，這時的交流電壓是脈寬調制的。交流電壓經高頻 變壓器的變壓隔離，再次經整流濾波得到直流脈沖，進而對電池組充電。單個充電模塊 涵蓋 1000 多個核心原件，同時其拓撲結構的設計直接決定效率和性能，具備較高技術門 檻。

快充/超充樁要求更大功率的充電模塊，推動充電模塊技術門檻進一步提高。充電樁的快 充能力主要是通過高壓化來實現大功率的電能輸出，這對充電模塊的質量和數量都提出 了更高的要求。随着功率等級的提升，充電模塊的内部結構設計難度和内部原件集成化 難度也随之提高，在保證充電模塊能夠适配高電壓平台的同時也要保證其安全性和可靠 性，對充電模塊廠家提出了新的要求，進一步提高了充電模塊的技術門檻。

快充充電模塊 2025 年市場空間有望超過 500 億元。當前充電模塊的成本占比約為 40%， 随着技術進步和産業規模帶來的降本，預計到 2025 年充電模塊成本占比約為 35%。随 着快充樁廣泛快速建設的拉動，預計到 2025 年快充充電模塊市場空間有望超過 500 億 元。（報告來源：未來智庫）

2.3、充電模塊向大功率化、标準化發展

2.3.1、充電模塊大功率化已成為發展趨勢

随着快充需求的不斷增大，充電模塊的功率等級也随之不斷提高。随着新能源車的發展， 車載平台電壓等級不斷提高，續航裡程不斷延長，車主對充電速度的需求也在上升。充 電樁正處于從過去以交流慢充為主轉變為未來以直流快充為主的發展路徑上，充電模塊 的功率等級不斷提升。目前我國市場主流充電模塊已經發展了三代，從一開始 2016 年以 前的 7.5kW 到目前普遍的第二代 15/20kW，2020 年開始普及的第三代 30/40kW 模塊目 前正在逐漸成為市場主流。

充電樁體積空間有限，充電模塊功率密度提高是必然趨勢。提高充電樁的輸出功率主要 方式就是提高模塊的總功率，一般途徑有兩個：一是增加模塊的數量，二是提高模塊的 功率密度。充電樁的體積是有限的，随着快充技術的不斷發展，單純的增加模塊數量已 經不能滿足功率提升的要求，模塊功率密度的提升是必然趨勢。相同的模塊尺寸下，功 率密度越大，模塊總的輸出功率就越大。

目前我國頭部模塊廠商的功率密度已達到較高水平，超過第三代 45W/in3 的标準。國内 廠商在模塊功率密度提升方面做了很多嘗試，從不同廠商的 30KW 模塊目前達到的最高 功率密度看，華為電源模塊的功率密度遙遙領先，達到 58.6W/in3，目前優優綠能的 20/30KW 充電模塊功率密度接近 45W/in3，較 2017 年的 32.8W/in3（15kW）提升了 37%。

模塊的功率提升必須考慮快充的功率提升和充電樁規格多樣化的需求。主要原因是不同 系統功率，不同充電槍功率分配需求的充電樁，需要不同的最合适功率顆粒度的充電模 塊。當前市場主流快充樁功率範圍從單槍 30kW 到 4 槍 240kW，規格多樣，而因此在充 電模塊的标準規格上，宜制定不同容量的系列化的充電模塊。

大功率模塊市場占比逐漸提升。當前國内市場，20kW 及以下功率等級的模塊占據市場 容量比例約為 60%左右，其餘容量大比例由 30kW 占據，及部分 40kW 模塊。随着近年 來電動汽車電池容量的提升，充電倍率的提升，已經有明顯的市場發展趨勢：20kW 較 大份額市場正在逐漸向 30kW，40kW，甚至更大功率多元化規格發展。目前英飛源，永 聯，優優綠能、電王快充等企業均已批量生産使用 40kW 充電模塊。

2.3.2、标準化模塊設計已成為行業共識

過去模塊行業标準化程度低，模塊尺寸和接口規格沒有實現統一。當前在我國模塊市場 上，廠家衆多，行業内尚未建立标準化統一化的規範和标準，不同廠家的不同廠家的模 塊尺寸和接口标準各不兼容。即便是同一廠家的不同模塊産品，由于功率等級和規格的 不同，尺寸和體積也有差異。同樣是 15kW 的模塊，華為的産品隻有 1 種尺寸，為 206mm *470mm*83mm ，英飛源的産品則有 2 種 不 同 的 尺 寸 215/226mm*395mm*84mm。

模塊尺寸和接口的不兼容會增加後期充電樁升級的成本。過去在充電樁标準升級演進過 程中，由于模塊廠商和充電樁廠商都未充分考慮到未來發展的兼容性，造成了充電樁由 于模塊規格叠代而進行的重複化設計工作，增加了充電樁的升級換代成本，不利于充電 樁的長期可持續利用。由于兼容性差的問題，現存大部分老舊的充電樁已經無法通過更 換模塊直接升級，必須進行整個樁體内外結構的重新設計更換。

國内部分廠商已經開始關注尺寸和接口規格的統一标準化設計，實現了 30kW 向 40kW 模塊的平滑升級。随着充電模塊技術的發展演進和市場應用規模的逐漸成熟，充電模塊 産品的設計方向也在持續向高可靠性，高功率密度方向提升。對于市場上已經明确的 30kW/40kW 充電模塊需求，已有廠家在設計之初就向同結構尺寸、同接口尺寸的目标進 行設計。以優優綠能為例，其 30kW 和最新的 40kW 模塊在同樣的電壓範圍下實現了尺 寸統一，均為 300mm*437.5mm*84mm，使用 30kW 模塊的舊充電樁可以在不改變内部 結構隻更換新的大功率模塊的條件下實現平滑升級。以 360kW 雙槍快充樁為例，原有設 計包含 12 個 30kW 模塊，現在在同樣接口上直接更換為 12 個 40kW 的模塊後，充電樁 總功率達到 480kW，大幅提升 33%。

國家政策層面也開始制定行業的統一标準。國家電網公司推出了國網三統一标準的充電 模塊，統一模塊外形尺寸、統一模塊安裝接口、統一模塊通訊協議，為充電樁系統集成 商及充電運營企業提供了更好的選擇。國網三統一型充電模塊可推動行業進一步規範化 标準化，該标準已成為當下各企業的主流産品設計參考标準。2021 年 2 月，廣東省充電 設施協會出台了關于組建《電動汽車充電樁連接裝置、直流充電樁充電模塊接口團體标 準》起草工作組的公告，未來将推出系列相關的充電模塊接口标準，推動行業的規範化 發展。

2.4、液冷充電樁優勢明顯

充電樁傳統的散熱方式多采用直通風冷，防護等級低，可靠性差。市場發展早期采用成 熟的 IP20 直通風技術的充電樁難以滿足惡劣環境應用要求。此外，直通風散熱的弊端在 于空氣于模塊内部元器件并不隔離，而空氣會夾雜着灰塵、鹽霧及水氣并吸附在模塊内 部器件表面，同時易燃易爆氣體與導電器件接觸，導緻模塊故障風險的增大。

傳統的直通風散熱會産生巨大的噪音，居民投訴導緻充電站正常運行時間的縮短。風冷 散熱模塊采用高轉速風扇強力排風，再加上樁體的散熱風扇，噪聲疊加起來甚至>70dB， 超過了國家的噪音限制範圍。截止 2020 年底，北京全市各類充電樁數量已經達到 21.85 萬，停運比例約 10.3%，其中充電樁噪聲擾民是運營商被投訴次數最多的問題。 液冷散熱技術可以同時解決模塊故障率高及噪聲大的問題。充電模塊及系統内部的發熱 器件通過冷卻液與散熱器進行熱交換，與外部環境完全隔絕，與灰塵、易燃易爆氣體等 無接觸。故液冷充電系統可靠性遠高于傳統的風冷充電系統，同時液冷充電模塊無散熱 風扇，通過水泵驅動冷卻液散熱，模塊自身零噪聲，系統則采用大風量低頻風扇噪聲低。

液冷散熱相比風冷性能更優，目前成本較高，未來将逐漸成為模塊散熱主流趨勢。液冷 模塊的散熱能力相較強制風冷模塊低 10~20℃，智能降噪控制可滿足對噪聲敏感場景安 裝使用。液冷模塊還擁有更高 IP 等級的防護，适應多粉塵等惡劣場景應用，壽命延長 1~2 倍，後期維護和檢修減少，降低運營成本。 液冷散熱的難點主要在于冷卻液和電纜的密封。液冷需要在電纜和充電槍之間設置一個 專門的循環通道，在通道内加入冷卻液，通過動力泵推動液體循環把熱量帶出，起到散 熱作用。但充電樁安裝和使用的環境可能會面臨極端天氣、惡劣環境等因素，若因線纜 密封性較差導緻管路發生洩露，就容易導緻冷卻系統失效從而導緻事故發生。所以使用 的液冷電纜都需要通過耐高溫、耐腐蝕、抗爆破、耐氣候、耐低溫等測試。

特斯拉超充樁 V3 率先使用液冷技術，其他廠商也在跟進。其充電功率達到了 250kW， 同時線纜直徑較 V2 版充電槍減少 44%，至 23.87mm。其他整車廠如比亞迪、廣汽、小 鵬、岚圖、理想等為配合其即将推出的 800V 高壓架構車型，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 120kW；蔚來推出超充 補能方案，其超充站 210kW 主機 1 拖 4 配置功率可随時升級至 270kW。同時，國内部 分廠家如英飛源、盛弘股份、英可瑞等已有相關産品推出。

3.1、盛弘股份：充電樁産品覆蓋廣泛

盛弘股份借電力電子領域深厚積澱切入充電樁，産品覆蓋領域廣泛。電能質量業務與充 電樁均以電力電子技術為基礎，技術同源（在充電樁将交流電轉化為直流充電過程中， 電流量過大會産生諧波和無功的問題）。公司在将三電平模塊化技術運用于電能質量産品 後，憑借自身技術儲備切入充電樁業務，于 2011 年研制推出了充電樁模塊，用于對電 動汽車蓄電池充電，同時也可有效治理諧波。目前，公司電動汽車充換電服務業務已擁 有分體式及一體式充電設備、交流充電樁、恒功率充電模塊、充電站建設及運營管理服 務等産品，覆蓋高壓直流快充、交流慢充等領域。

産品性能優異，已有較多經典應用案例。公司生産的直流充電樁，采用有源 APFC 技術 進行諧波治理和無功補償，使得系統效率達到 95%以上，功率因數達到 0.99，諧波電流 總畸變率降低到 5%以下，無需安裝額外的電能治理設備即可保證充電站的使用安全， 且不影響同一電網中其他用戶的正常用電。公司依靠領先的技術方案，在 2018 年收獲 合肥公交、鄭州公交等充電樁建設項目，在充電樁領域已有較多經典應用案例，與行業 内主要企業建立了良好的合作關系。

公司推出第五代恒功率直流充電模塊，性能優異。公司第五代充電模塊産品可實現最大 50%充電速率的提升，大大縮減充電時間，模塊待機時無功損耗小于 30Var，PF≥0.99, 超低無功功耗 。THDI<5%，諧波含量低，延長産品的使用壽命。低功耗高效率，大幅 度縮減廠家開支。功率密度較市場傳統模塊提升 50%以上，體積更小，重量更輕，性能 更強，可以滿足乘用電動車、電動中巴車、電動大巴車等産品的充電需求。（報告來源：未來智庫）

3.2、英可瑞：積極布局液冷領域

英可瑞液冷技術領先市場，推出液冷充電模塊及系統方案。液冷充電模塊相比傳統風冷 充電模塊具有防護等級高、可靠性高、噪聲小的優勢。英可瑞推出了 30kW 液冷充電模 塊，以及 180kW 戶外液冷循環一體機。同時，公司充電樁産品以直流為主，包括單槍分 體式直流充電樁、雙槍一體式直流充電樁等。

3.3、麥格米特：專注于充電模塊

麥格米特在充電樁領域堅持被集成戰略，定位于做好充電模塊。充電樁屬于新興行業， 從運營商到設備制造商到元器件廠商都在持續探索與優化，公司在該領域依然持續投入， 目前已在大範圍恒功率充電模塊方面有一定的積累，旗下共有三種三相充電模塊系列， 功率覆蓋 15-30kW。和順電氣作為一家最早進入我國電動汽車充放電站建設的電氣主要 設備供應商之一，從 2010 年國網系統第一批試點就開始全程參與電動汽車沖放電站設施 的建設，積累了豐富經驗，目前公司生産的直流充電機、交流充電樁、電能質量設備和 配電設備等幾大類産品。

3.4、和順電氣：國内最早進入充電站建設的設備供應商之一

和順電氣是最早進入我國電動汽車充放電站建設的電氣主要設備供應商之一，從 2010 年 國網系統第一批試點就開始全程參與電動汽車沖放電站設施的建設，積累了豐富經驗， 目前公司擁有直流充電機、交流充電樁、電能質量設備和配電設備等幾大類産品，主要 客戶包括國家電網等。

（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】。未來智庫 - 官方網站

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!