从创新扩散理论出发，快充是国内市场新能车产品迭代重要方向。根据美国社会学家罗杰斯的创新扩散理论，新技术或产品在生命周期不同阶段吸引不同受众，不同受众群体占总人数的比例服从正态分布。早期主要依靠新技术吸引创新者，在经过这个阶段后，则需要扩展基数更大的早期大多数群体；杰弗里摩尔在1991年提出，多数企业在成功吸引创新者和早期接受者后，在扩展早期多数群体时极易落入“鸿沟”，主要原因为不同于创新者对技术的追求，早期多数群体更看重产品的实用性，更容易接受不改变使用习惯的新产品。新能车和传统燃油车相比最大的使用习惯差异即为补能体系，为接近燃油汽车补能速度，快充是必然趋势。国内目前新能源汽车渗透率超过30%，已经跨过早期通过技术创新吸引消费者的阶段，快充提供的实用性成为扩展新客群的必由之路，2019-2021各车企陆续发布800V快充车型，2022年开始量产交付，我们认为2023年为国内快充车型放量元年。
　　充电桩作为快充的基础设施有望率先发展。支持800V高压快充车型的充电桩充电功率可达360kW，当前直流快充桩功率普遍无法满足，为推广快充车型，高压快充桩的建设前期主要以车企自建为主，预计160kW-240kW及以上功率充电桩需要配备液冷枪线进行散热，液冷充电枪渗透率有望提升。
　　电压升高带来电气架构中功率器件及电子元器件等重新选型升级。车企在考虑成本和推广难度后主要采用新增DC/DC模块或驱动复用升压方案将400V左右电压平台升级为800V左右。新增升压模块带来单车价值量提升，此外电压提高后对功率相应提升，车载电源、电机、电机控制器、逆变器中功率器件及其他电子元器件更新升级，碳化硅Mosfet替代硅基IGBT，同时直流接触器和熔断器等需提高耐压强度和安全等级。
　　电池体系中负极材料包覆掺杂改性助推快充性能提升。人造石墨层状结构不利于锂离子快速嵌入负极，易在负极表面堆积形成锂枝晶，影响电池安全、倍率和循环寿命，因此负极材料一般通过包覆或掺杂改性提高锂离子扩散速率并防止溶剂分子共嵌入，同时搭配不同组分的电解液有助于电池快充性能提升。
　　风险提示：新能车销量不及预期；快充技术发展不及预期
　　

研究报告全文：TableInfo1TableDate汽车发布时间2023-01-06TableTitleTableInvest证券研究报告行业深度报告优于大势新能车发展跨越鸿沟快充趋势渐起上次评级优于大势报告摘要TablePicQuote历史收益率曲线从创新扩散理论出发快充是国内市场新能车产品迭代重要方向TableSummary根据美国社会学家罗杰斯的创新扩散理论新技术或产品在生命周期不同阶汽车沪深300段吸引不同受众不同受众群体占总人数的比例服从正态分布早期主10要依靠新技术吸引创新者在经过这个阶段后则需要扩展基数更大的0早期大多数群体杰弗里摩尔在1991年提出多数企业在成功吸引创新-10者和早期接受者后在扩展早期多数群体时极易落入鸿沟主要原因-20为不同于创新者对技术的追求早期多数群体更看重产品的实用性更-30容易接受不改变使用习惯的新产品新能车和传统燃油车相比最大的使-4020221202242022720221020231用习惯差异即为补能体系为接近燃油汽车补能速度快充是必然趋势国内目前新能源汽车渗透率超过30已经跨过早期通过技术创新吸引消费者的阶段快充提供的实用性成为扩展新客群的必由之路2019-TableTrend涨跌幅1M3M12M绝对收益2021各车企陆续发布800V快充车型2022年开始量产交付我们认为-42-16相对收益-4-232023年为国内快充车型放量元年充电桩作为快充的基础设施有望率先发展支持800V高压快充车型行业数据TableMarket的充电桩充电功率可达360kW当前直流快充桩功率普遍无法满足成分股数量只240为推广快充车型高压快充桩的建设前期主要以车企自建为主预计总市值亿3493359流通市值亿1345481160kW-240kW及以上功率充电桩需要配备液冷枪线进行散热液冷市盈率倍4341充电枪渗透率有望提升市净率倍224电压升高带来电气架构中功率器件及电子元器件等重新选型升级车成分股总营收亿2303135成分股总净利润亿99721企在考虑成本和推广难度后主要采用新增DCDC模块或驱动复用升成分股资产负债率5985压方案将400V左右电压平台升级为800V左右新增升压模块带来单车价值量提升此外电压提高后对功率相应提升车载电源电机相关报告TableReport电机控制器逆变器中功率器件及其他电子元器件更新升级碳化硅东北证券汽车行业周报第1期新能源车企Mosfet替代硅基IGBT同时直流接触器和熔断器等需提高耐压强度2022销量出炉比亚迪新能源乘用车超185万和安全等级辆电池体系中负极材料包覆掺杂改性助推快充性能提升人造石墨层状--20230103结构不利于锂离子快速嵌入负极易在负极表面堆积形成锂枝晶影保有量增长进入低迷周期淘汰更新支撑重响电池安全倍率和循环寿命因此负极材料一般通过包覆或掺杂改卡销量性提高锂离子扩散速率并防止溶剂分子共嵌入同时搭配不同组分的--20221229电解液有助于电池快充性能提升东北证券一体化压铸深度报告应时而生风险提示新能车销量不及预期快充技术发展不及预期方兴未已重点公司主要财务数据TableCompanyFinance--20220930EPSPE重点公司现价评级TableAuthor2022E2023E2024E2022E2023E2024E信德新材11867260451660456426311798买入证券分析师周颖执业证书编号双环传动2730066093118413629352313买入S055052110000219801271353zhouying1nesccn璞泰来52613815808041381907654买入请务必阅读正文后的声明及说明汽车行业深度TablePageTop目录1快充技术成为新能车发展的方向411从创新扩散理论出发快充是国内市场新能车产品迭代重要方向412车企近年陆续发布快充平台52基础设施充电桩先行921车企为推快充车型率先自建充电桩922液冷充电枪渗透率有望提升93不同车企升压方案下三电系统变化存在差异1131全车800V方案成技术趋势目前升压方案各有差异1132电子元器件耐压强度及安全要求相应提升164快充功能给电池寿命和安全带来挑战1741快充对电池负极提出挑战1742负极可通过改变形貌或组分进行改性1943电解液体系影响快充电池及负极性能235相关企业2451充电桩相关企业24511永贵电器高压连接件和液冷充电枪共振24512日丰股份1000A液冷充电枪后起之秀2552电气架构相关公司25521东睦股份SMC软磁业务爆发增长25522中熔电气--熔断器国内领先新能车需求量价齐升2553负极材料相关公司25531贝特瑞硅基负极布局领先25532杉杉股份硅氧负极技术优势26533璞泰来硅基负极布局领先26534博迁新材等离子体纳米硅粉进展较快26535信德新材碳包覆材料受益于快充负极发展26536回天新材PAA粘结剂提前布局266风险提示27图表目录图1埃弗雷特罗杰斯创新扩散理论模型4图2早期接受者和早期多数之间的鸿沟4图32022年1-11月国内乘用车批发量及新能车渗透率5图4保时捷Taycan家族上市后全球销量7图5现代Ioniq5上市后全球销量7请务必阅读正文后的声明及说明229汽车行业深度TablePageTop图6几款国内上市快充车型2022年1-11月批发量单位辆8图7国内快充车型销量预测单位万辆8图8中国纯电新能车保有量及车桩比9图9直流充电桩和交流充电桩差异9图10液冷充电接口示意图10图112022年国网快充桩招标结构10图12快充桩成本结构10图13快充桩市场空间测算11图14汽车电气架构图示11图15800V高压架构的6种方案12图16保时捷taycan高压架构13图17现代Ioniq5高压架构13图18不同逆变器在标称额定值下不同功率损耗分量14图19不同逆变器输入电容器要求14图20车载电源市场空间测算14图2166KWOBC单相拓扑线路15图222022H1国内OBC份额15图23车载电源成本占比15图24400V和800VAPU的功率损耗曲线16图25新能车电气架构16图26熔断器单车用量16图27新能车用继电器参数17图28国内新能车直流接触器市场规模17图29宏观微观及原子水平上的锂沉积副反应18图30析锂效应对电池的安全和寿命造成影响18图31锂沉积后导致电池容量衰减曲线18图32锂沉积造成的热失控示意图19图33包覆复合无机涂层后的结构及循环后形貌20图34无定形硅包覆的边缘活化石墨材料20图35不同比例硬碳掺杂下电池性能比较21图36石墨和硅的结构21图37硅基材料掺杂过程22图38天奈科技单臂碳管和双臂碳管23图39硅基负极市场空间测算23图40FEC添加剂对电池性能的提升机理24表1各车企快充车型不同电流和电压下的补能效率6表2不同电流和电压下的补能时间7请务必阅读正文后的声明及说明329汽车行业深度TablePageTop1快充技术成为新能车发展的方向11从创新扩散理论出发快充是国内市场新能车产品迭代重要方向功能稳定的实用型产品是吸引早期多数消费群体提高渗透率的重要方向1962年美国社会学家罗杰斯发表报告创新与普及提出创新扩散理论解释新事物的传播规律他把社会上的消费者分为五类创新者innovator早期接受者earlyadopter早期多数earlymajority晚期多数latemajority落后者laggards创新者愿意花很多钱和时间主动积极探索尝试新产品通常为最早期接纳新产品或新观点的人群这些人占市场总人口的25-3早期接受者不如创新者激进但对新科技新产品心态开放决策基础在于新产品是否带来利益并依据自己的情况做出独立判断此类人群占消费者群体的135-14早期多数较保守通常在看到市场中已有一定人群购买新产品并证明实用性后才会选择购买他们对产品早期的存在的功能瑕疵容忍度较差这类群体占比约34晚期多数和早期多数相比更加保守他们要等到技术标准非常明确建立生态应用技术支持基础设施都成熟后才会购买新产品他们占消费群体的比例大约34左右落后者消费习惯极端保守厌恶改变通常最晚接受新产品这类人群占比约16GeoffreyAMoore在1991年提出由于创新者和早期接受者的决策基础完全不同因此这两类群体之间存在较大的鸿沟theChasm跨越此鸿沟后的企业将会成为行业标准进而加速产品的非线性传播扩散他认为早期接受者认为产品将会是具备技术颠覆性的而早期多数则认为产品应该是改进式的即对自己的习惯影响不大因此不同于早期对新技术的追求功能稳定的实用型产品会成为新产品进一步提高市占率的重要发展方向图1埃弗雷特罗杰斯创新扩散理论模型图2早期接受者和早期多数之间的鸿沟数据来源创新与普及东北证券数据来源CrossingtheChasm东北证券国内新能源汽车渗透率超30为进一步提升渗透率后续产品将围绕解决早期产品痛点根据乘联会数据2022年1-11月我国新能车国内新能车渗透率由183逐步提升至358其中纯电车型渗透率由1338提升至2773目前阶段位于加速渗透阶段5-50中间点根据创新扩散理论新能源汽车作为新产品已经被国内创新者和早期接受者合计占人群比例约16群体中广泛接受现阶段需要吸引EarlyMajority群体做出购买决策跨越早期接受者和早期多数之间的鸿沟为进一步提升早期产品的实用性车企应围绕车辆基础功能进行非连续创新续航里程和补能速度是早期产品面临的两大痛点目前续航里程通过提高能量密度的请务必阅读正文后的声明及说明429汽车行业深度TablePageTop问题已经解决通过快充功能提高补能速度的趋势成为车企发力方向图32022年1-11月国内乘用车批发量及新能车渗透率3000000400035002500000300020000002500150000020001500100000010005000005000000M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11乘用车批发量万辆新能车批发量万辆渗透率数据来源乘联会东北证券12车企近年陆续发布快充平台快充车型自2021年以来陆续发布2022-2023年迎大规模量产目前已搭载800V快充的车型超过7款作为业内最早采用800V高电压平台的车型海外车企保时捷早在2019年即推出800V车型taycan最大充电功率达270kW可在225分钟将934kWh电池电量由5充至80同年广汽AionVPlus上市现代Ioniq5于2021年在海外首发上市预计2023年在国内量产交付其他车企高压快充车型发布及量产主要集中在2022-2023年极狐阿尔法SHi版2022年5月上市小鹏G92022年9月上市小鹏G9配备三元锂电池续航里程超过700km在充电方面采用800V高压快充技术充电5分钟续航200km路特斯基于EPA平台打造的800V快充车型eletre于2022年10月正式上市奥迪GSe-tronGT于2022年底上市请务必阅读正文后的声明及说明529汽车行业深度TablePageTop表1各车企快充车型不同电流和电压下的补能效率电压等级功率充电续航量产时间Taycan已量产保时捷800V350kW5分钟80SOCMacan2023年发布Type132于2022路特斯800V85分钟80SOC年发布充电10分钟续航阿尔法S于2021北汽极狐800V196公里年小批量交付充电5分钟续航200搭载AionV车广汽埃安1000V480kW公里型G9于2022年交小鹏800V480kW15分钟80SOC付IONIQ5国内版现代800V220kW14分钟80SOC2023年交付充电10分钟续航机甲龙量产版长城沙龙800V400kW800公里2022年亮相充电5分钟续航150可能搭载于比亚迪800V228kW公里ocean-x搭载于e-tron奥迪800V225分钟80SOCGT预计2022年上市2023年开始量产理想800V交付纯电车型充电5分钟续航200零跑800V400kW2024年Q4公里充电5分钟续航120吉利800V360kW公里数据来源佐思汽研东北证券提高充电电压可以大幅节省充电时间同时有通过提升电流加快充电时间的大电流方案此方案对于充电枪线缆以及电池核心部件等会产生较高的热损失目前主流充电枪的最大电流限制500A所能达到的充电功率大约为200kW目前车企普遍使用400V电压系统250A电流达到100kW的充电功率按单车带电量50kWh计算电池由30SOC充电至80SOC需要30分钟800V高压可以达到300-500kW的充电功率仅需6-10分钟就能迅速补能依靠提升电流提高功率的路径存在上限因此多数企业选择通过提高电压提高充电功率请务必阅读正文后的声明及说明629汽车行业深度TablePageTop表1不同电流和电压下的补能时间指标1指标2指标3指标4电流A250250500500电压V400800400800充电功率kW100200200300-500达到80SOC-3015156-10充电时间min充电倍率2C4C4C6C数据来源NE时代东北证券海外高压快充车型上市后次年销量攀升明显根据保时捷taycan全球销量数据在2019年量产上市后2020年销量逐季增加2021年保时捷总销量301915台同比增长11其中Taycan家族全球销量41296辆同比增长106占整体销量137现代Ioniq5在2021年4月上市后当年销量约65906台截止2022年11月此车型全球销量89416台在北美补贴法案之外仍保持正增长图4保时捷Taycan家族上市后全球销量图5现代Ioniq5上市后全球销量数据来源Insideevs东北证券数据来源Insideevs东北证券国内快充车型于2022年集中量产上市预计2023年销售开启放量广汽埃安V是国内较早发布量产800V快充的车型2020年埃安V批发销量11173辆2021年15825辆同比增长41632022年截止11月批发销量30097辆同比增长118其他车型预计将于2023年开启放量请务必阅读正文后的声明及说明729汽车行业深度TablePageTop图6几款国内上市快充车型2022年1-11月批发量单位辆60005000400030002000100001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月AionV小鹏G9阿尔法S数据来源乘联会东北证券预计2023-2025年国内快充车型在整体新能源汽车渗透率达73413951622根据创新扩散理论30渗透率后解决现有产品痛点的具备实用特性的产品有望进一步提高电动化渗透率根据现有车型及售价预计国内快充车型主要为BC级车由于B级电动化渗透率加速时间点早于其他车型C级车型对性能指标要求更高因此配备快充功能的车型占比更高预计B级快充车型2023-2025年占B级电动车比例为306080C级快充车型2023-2025年占C级电动车比例为60100100据此2023-2025年快充车型销量为672165228万辆在中国整体新能车中渗透率分别为73413951622图7国内快充车型销量预测单位万辆数据来源乘联会东北证券请务必阅读正文后的声明及说明829汽车行业深度TablePageTop2基础设施充电桩先行21车企为推快充车型率先自建充电桩国内车桩比提升但公共直流充电桩保有量仍较低跟据中国充电联盟数据新能源汽车充电车桩比达到31时可以基本满足新能源车充电需求截至2022年H1我国公共充电桩保有量1528万台其中直流充电桩665万台交流充电桩863万台到2022年中预计新能源车保有量约1001万辆公桩车桩比为61截止2022H1中国私桩保有量为239万台私桩车桩比为4181随着新能车渗透率快速提升2022H1整体车桩比为2461图8中国纯电新能车保有量及车桩比图9直流充电桩和交流充电桩差异纯电动新能源车保有量万辆充电桩保有量万台车桩比15006251200590037560025300125002015201720192021数据来源中国充电联盟东北证券数据来源公开资料整理东北证券车企选择自建快充桩以支持旗下快充车型销售支持快充的车型充电峰值功率基本在200kW以上目前国内公共直流充电桩的最大功率基本仅支持120kW快充车辆在使用现有公共直流快充桩充电也仅能将充电桩功率发挥至最大无法发挥快充车型的充电速率优势针对充电布局2022年Q3小鹏针对G9订单前10名城市集中建设S4超快充站点到2023年将在重点城市核心高速沿线上用S4场站提供补能预计到2025年除当前的1000座自营充电站之外有望再建设2000个小鹏超快充站目前单个站点配备4个快充桩功率480kW在不同桩之间进行智能分配广汽埃安2021年发布最高充电功率为480kW的快充桩预计到2025年将会在全国300个城市建设2000座超充站蔚来在12月正式发布了500kW超快充桩最大电流660A支持大功率充电400V车型最快仅20分钟800V车型最快12分钟从10充至8022液冷充电枪渗透率有望提升液冷是解决大功率充电的优异方案大功率充电桩电源的设计和生产国内外已不存在技术问题需要解决由大功率充电桩电源到充电枪的线缆连接国内和欧洲标准直流充电枪连接的电缆主要有35平方毫米软体导线和50平方毫米软体导线分别可承载125A及160A电流若将充电功率提升至240kW-360kW在充电电压400V-800V条件下需要承载的电流为300A-600A使用目前线径电缆会出现温度过高损请务必阅读正文后的声明及说明929汽车行业深度TablePageTop害充电装置的电子元件导致无法工作的问题严重时会产生起火事故而加大线缆线径理论可行但实际中因为加大软体导线截面会导致体积过大而不符合人体工程现有电动汽车传导充电用连接装置GBT202342015定义的最大充电电流等级为250A主要原因在于超过250A后更大的截面积的导体重量无法在实际操作中应用液冷是一种解决此问题的优异方案通过对线缆的软体导线和欧标直流充电枪插孔式液冷段子通入循环流动的冷却液软体导线和插孔式液冷端子在充电过程中产生的热即可由循环流动的冷却液带走同时线缆的体积较干式电缆不会增大可以满足人体工程的要求图10液冷充电接口示意图数据来源汽车电子设计东北证券我国高功率快充桩渗透率仍较低2021年充电桩运营商中特来电星星充电国家电网分别以239219213市占率位居前三从2022年国网快充桩招标结构来看80kW和160kW功率充电桩占主要份额其中240kW及以上功率充电桩占比仅为5我国高功率快充桩渗透率仍较低图112022年国网快充桩招标结构图12快充桩成本结构4141237421475721充电模块充电枪线外壳80kW160kW240kW480kW主控板继电器及接触器其他数据来源国家电网电子商务平台东北证券数据来源智研咨询东北证券液冷充电枪线成本占比较高快充电桩2025年迎千亿市场空间根据公开信息充电桩均价约为04元W推算240kW快充桩价格约96万元根据日丰股份发布会请务必阅读正文后的声明及说明1029汽车行业深度TablePageTop中的液冷充电枪线价格2万元套推算液冷充电枪成本约占充电桩成本21成为仅次于充电模块的成本最高组件预计随着新能源快充车型保有量提升2025年我国高功率快充桩市场空间约1334亿元图13快充桩市场空间测算数据来源公开资料整理东北证券3不同车企升压方案下三电系统变化存在差异31全车800V方案成技术趋势目前升压方案各有差异汽车电气架构主要涉及包括电驱电控电池在内的三电系统通过充电接口交流电经过车载充电机OBC转化为直流电通过电源分配单元PDU将电分配给电池或通过DCDC转换器降压给其他车身电器设备用电电池电源进一步通过电机控制器MCU驱动电机将电能转化成机械能图14汽车电气架构图示数据来源公开资料整理东北证券从400V过渡到800V的高压架构通常有6种不同方案主要有两种设计思路请务必阅读正文后的声明及说明1129汽车行业深度TablePageTop第一种是将电池系统设计成能同时满足400V和800V的电池系统其他部件选择400V或800V第二种使用升压模块外搭电气电路进行升压通过串联400V电池进行升压的方案动力电池需要特殊设计难点在于电池并环流的潜在问题串联两个400V电池其余部件全系800V通过改变电池的设计400V和800V灵活输出或通过新增切换继电器灵活输出400V和800V若新增升压模块外搭电气电路即将电池设计为800V其余部件不改动整车的交流充电电驱高压部件均为400V新增400V-800V的DCDC兼容400V直流充电或者所有高压部件均为800V采用驱动复用方案不需要增加额外的DCDC比亚迪和现代E-GMP平台采用Boost升压电路升压不需要额外的升压模块车载部件全系800V电驱升压兼容400V由于充电过程中不需要驱动比亚迪采用复用后桥电机控制器中的功率器件的模式用在400V-800升压DCDC中可以在300-750V电压范围内进行直流快充图15800V高压架构的6种方案数据来源华夏EV东北证券请务必阅读正文后的声明及说明1229汽车行业深度TablePageTop目前车企主要采用增加DCDC升压或驱动复用升压方案由于通过并联400V电池形成灵活输出400V和800V需要对电池进行重新设计新增继电器等元器件因此车企主要采用新增DCDC升压模块或利用Boost电路升压通过外接800V储能电容兼容400V充电设施比亚迪和现代采用驱动升压方案现代高压车型Ioniq5电气架构采用后驱五合一将车载电源和永磁同步电机集成在一起通过动力电机逆变器将400V升压至800V保时捷主要新增高压转换器核心是充电泵外部的直流电压输入以后进入主EMI的滤波器然后连接直流电容配合IGBT模块开关和二极管后可以进行升压动作图16保时捷taycan高压架构图17现代Ioniq5高压架构数据来源公开资料整理东北证券数据来源公开资料整理东北证券从电气架构选择角度800V电机匹配800V逆变器有助于提高电转化效率800V电机可以提高电机功率密度800V逆变器搭配800V电机效率最高从电机角度看800V电机存在强机械应力和设计复杂性增加的劣势但电磁性能得到改善800V电机有利于提高电机功率密度从逆变器的角度来看在800V电池和800V电机之间使用的逆变器将具有更高的效率更好的THD更低的直流支撑电容器尺寸和成本与之相对运行400V电机的800V逆变器具有最高的总传导损耗最高的开关损耗和最高的总功率损耗由于相电流减半运行800V电机的800V逆变器的最低传导损耗根据不同逆变器对输入电容器的要求驱动800V电机的800V逆变器需要最少的电容来执行相同的滤波效果请务必阅读正文后的声明及说明1329汽车行业深度TablePageTop图18不同逆变器在标称额定值下不同功率损耗分图19不同逆变器输入电容器要求量数据来源微距电动东北证券数据来源微距电动东北证券车载电源集成化趋势和大功率高频率趋势叠加车载电源供应商主要配合车企进行产品配套研发产品体积空间设计性能指标定制化属性较强近年来随着车企轻量化大功率高频率要求的提升车载电源逐步从分立器件向二合一三合一及与驱动集成为五合一的集成产品发展集成产品较单独车载电源单车价值量有所下降但车型电气架构提升至800V高压后集成产品的单车价值量较分立器件和低压集成产品均有所提高按此前假设800V车型渗透率2023-2025年分别为73413951622预计2023-2025年车载电源市场空间为263亿337亿460亿元图20车载电源市场空间测算数据来源富特科技招股书威迈斯招股书东北证券半导体器件电阻电容磁性元件为影响车载电源性能的主要原材料车载电源中OBC典型线路结构是由PFC和DCDC组成其中半导体器件五金结构件电阻电容磁性元件为主要的成本构成分别占比为23181613其前级PFC线路和后级DCDC输出线路均会使用碳化硅二极管拓扑线路中D1D2D3D4D5D6在OBC产品上使用碳化硅功率器件对于提升OBC产品的效请务必阅读正文后的声明及说明1429汽车行业深度TablePageTop率功率密度和质量密度提升上发挥了重要作用车压平台提升后车载电源的半导体器件变化较大配合目前OBC从单相220V到三相380V的发展趋势PFC输出级的电压会相应提高到600V以上需选用1200V系列的SiCMOS材料而传统硅基IGBT车压平台在450V时IGBT耐压强度仅为650V若升级至800VDCDC次级器件会从目前的650V二极管转变成1200V的相关产品图2166KWOBC单相拓扑线路数据来源日月辰科技官网东北证券图222022H1国内OBC份额图23车载电源成本占比660662395025131020197016181060半导体器件五金结构件电容电阻弗迪电池威迈斯英博尔磁性元件连接器富特科技特斯拉欣锐科技PCB数据来源NE时代东北证券数据来源威迈斯招股说明书东北证券800VOBC和DCDC升压模块的变化主要体现在半导体功率器件车载变压模块初级侧开关所需的最小额定电压为800V考虑50的安全裕度应在初级侧使用具有12-kV额定电压的开关但阻断电压高于900V的硅MOSFET价格昂贵且导通电阻高会导致较高的传导损耗因此会选择碳化硅MOSFET或IGBT根据高功率密度的要求开关频率达100kHz以上可以降低无源元件如变压器和电容器的尺寸而IGBT不适合在高于20kHz的频率下运行但SiCMOSFET具有较低的开关损耗且在使用SiCMOSFET的DCDC输出功率由13kW增加到2kW时与400VAPU相比800VAPU的总功率损耗更小请务必阅读正文后的声明及说明1529汽车行业深度TablePageTop图24400V和800VAPU的功率损耗曲线数据来源华夏EV东北证券32电子元器件耐压强度及安全要求相应提升激励熔断器渗透率提升熔断器在新能源汽车中主要起电路过流保护作用通常分为低压保护区域和高压保护区低压保护区主要用在灯光雨刷器喇叭等线路中单车用量约2-3只单只价值量较低高压保护区主要是车载电源及电机控制器空调PTC等回路其中主回路用量2-3只辅助回路用量3-5只主要为电力熔断器单只价值约15-60元800V电压平台车型的熔断器在绝缘耐压等级等方面需求均有提升新型激励熔断器作为有主动断开功能的熔断器渗透率有望提升激励熔断器主要通过接收控制信号激发保护动作不必须承载过电流因此可以有效提高整车安全性激励熔断器单只价值量约为电力熔断器的15-5倍若单只替换升级单车价值量提升约46图25新能车电气架构图26熔断器单车用量数据来源中熔电气招股书东北证券数据来源中熔电气招股书公开资料东北证券直流接触器需要提升额定绝缘电压及最高运行电压新能车在电池系统和逆变器之间配置直流接触器当系统运行时起连接作用连接电源与负载其技术指标为约请务必阅读正文后的声明及说明1629汽车行业深度TablePageTop定发热电流当系统停止运行后起到隔离作用其重要技术指标为额定绝缘电压当车辆关闭或发生故障时能安全的将储能系统从车辆电气系统中分离起到分断电路的作用主要指标为最高运行电压高压接触器在新能源汽车上的应用根据车型及动力系统的不同单车用量有所差异每台新能源乘用车约4-6只商用车4-8只一般包括2只主接触器1只预充接触器2只快充接触器2只普通充电接触器和1只高压系统辅助设备接触器高压接触器在充电桩中通常配备2-4只包括充电主线路切断用接触器与放电保护接触器根据国力股份招股书新能源乘用车用高压接触器单只均价约为115元推算单车价值量为460-700元左右800V电压平台接触器的额定开关负载超过400安培根据经销商调研数据单只售价约为400-700元若升级2只主回路接触器单车价值量约为1145元较原来单车价值量提升约635图27新能车用继电器参数图28国内新能车直流接触器市场规模12010000100800080600060400040202000000020212022E2023E2024E2025E市场规模增速数据来源第一电动网东北证券数据来源国力股份招股书公开资料整理东北证券4快充功能给电池寿命和安全带来挑战41快充对电池负极提出挑战由于充电电压提升至800V-1000V充电功率和充电倍率提升可能会造成负极产生析锂效应通常800V车型的电池充电倍率为4C-6C充电倍率提升后快充电池可能会出现析锂效应主要短板在负极根据ThomasWaldmann等人的研究当荷电状态SOC和充电电流密度越大测试温度越低石墨负极的电位就会越负负极表面的锂沉积副反应也越容易发生析锂效应的主要诱因是负极嵌锂空间不足Li嵌入负极阻力太大Li过快的从正极脱嵌但无法等量的嵌入负极等锂离子在负极内的扩散速率负极界面处电解质的浓度梯度电极电解质界面的副反应等因素均会影响电池的析锂效应当锂离子电池在更高温度下45以较高电流倍率1C进行充放电循环时常常观察到金属锂仅沉积在负极表面局部区域请务必阅读正文后的声明及说明1729汽车行业深度TablePageTop图29宏观微观及原子水平上的锂沉积副反应数据来源LiplatingasunwantedsidereactionincommercialLi-ioncellsAreview东北证券析锂反应会造成电池容量衰减由此带来电池寿命缩短由于负极嵌锂空间不足Li嵌入负极阻力太大Li过快的从正极脱嵌但无法等量的嵌入负极形成的金属锂随机分布在负极和隔膜表面并与电解液反应生成较厚的SEI膜Ansean等研究发现SEI膜的生长堵塞了负极活性材料之间的孔隙使负极嵌锂过程的动力学变慢加快了锂沉积副反应在这个过程中电解液不断被消耗束缚在SEI膜中的锂和沉积在负极表面的金属锂越来越多使容量衰减速率越来越快图30析锂效应对电池的安全和寿命造成影响图31锂沉积后导致电池容量衰减曲线数据来源LiplatingasunwantedsidereactionincommercialLi-数据来源LiplatingasunwantedsidereactionincommercialLi-ioncellsAreview东北证券ioncellsAreview东北证券析锂效应带来电池热失控造成安全隐患热失控主要是由于负极表面堆积的锂枝晶持续生长可能会刺破隔膜造成内部短路或沉积在负极表面的锂与电解液发生反应释放大量热量当温度持续升高电解液分解产生的气体使电池内部压力不断上升最终引起电池放气和金属锂融化在该过程中空气中的水和氧气与金属锂发生剧烈的反应导致燃烧甚至爆炸请务必阅读正文后的声明及说明1829汽车行业深度TablePageTop图32锂沉积造成的热失控示意图数据来源LiplatingasunwantedsidereactionincommercialLi-ioncellsAreview东北证券42负极可通过改变形貌或组分进行改性快充需要加强锂离子在电极材料中的迁移和扩散速率解决锂离子在电解质和相界面处的传输问题由于石墨是层状排布的二维结构材料且石墨层间距较小0335nm因此锂离子在垂直于石墨片层方向的迁移和扩散系数低于边缘平面这个特性会影响电池的倍率性能因此基于快充需求的负极材料需要调控锂离子在石墨晶格中的固相扩散具体又分为两种策略强化单一相扩散和增强界面动力学旨在提高锂离子和石墨颗粒内部或电解液中的扩散能力和在SEI膜界面的迁移能力通过微观形貌和结构的改良设计可以增强石墨与锂离子反应的活性位点从而增强电子传输提高快充性能单采用针状焦制备的一次颗粒负极材料在电化学性能方面仍存在一定缺陷二次造粒可优化石墨形貌容量较高的人造石墨负极主要使用针状焦为原材料王邓军等以煤系针状焦为原料经破碎石墨化得到一次颗粒负极材料其首次库伦效率为84虽然以针状焦为原料的一次颗粒负极材料具有较高的容量但由于针状焦特有的流线型纤维结构使其在各个方向上的取向度不同单采用针状焦制备的一次颗粒负极材料在电化学性能方面仍存在一定缺陷容易造成电池膨胀且倍率性能一般存在首次库伦效率较低等问题为提高锂离子在固体电解质界面SEI膜的迁移能力从负极材料着手通过造粒二次造粒改变石墨本身的形貌以优化锂离子在负极的扩散效率是比较主流的方法粒径大的石墨比表面积小因而较少与电解液形成副反应但是大粒径石墨对于锂离子嵌入的活性位点和扩散通道较少倍率性能较差Zhang等将不同粒径的石墨进行混合级配发现加入小颗粒石墨后电池的内阻减小比容量升高对石墨的粒径水平和粒径分布进行合理的设计是获得高性能石墨负极材料的关键二次造粒可增加负极材料的各向同性从而改善电池的首次库伦效率和倍率性能球形化处理是目前工业上常用的改性方式片状石墨的球形处理可以减轻石墨的各向异性在不增大比表面积的同时增加活性嵌入位点石墨的表面包覆是产业中使用较多的方法在石墨颗粒表面预涂薄聚合物无机化合物和混合有机或无机层能有效抑制电解质分解提高初始库伦效率保证锂离子快速通过的同时避免溶剂分子共嵌入对石墨结构的破坏Lee等在石墨表面构筑了MoOx-MoPx复合无机涂层在6C倍率下石墨电极的工作电位始终大于0V且请务必阅读正文后的声明及说明1929汽车行业深度TablePageTopMoPx纳米颗粒可以提供更多的储锂点位便于锂离子在相对较高电位实现快速插层Kim等设计合成了一种新颖的硅-石墨复合材料通过镍催化氢化和化学气相沉积CVD制备了由边缘平面活化石墨和无定形硅纳米层组成的复合材料镍纳米颗粒穿过石墨的表面进入体相并在催化作用下产生气体为石墨的构筑大量活性边缘位点图33包覆复合无机涂层后的结构及循环后形貌图34无定形硅包覆的边缘活化石墨材料数据来源AcooperativebiphasicMoOxMoPxpromoter数据来源FacileandscalablesynthesisofSiOxmaterialsforLi-enablesafast-charginglithium-ionbattery东北证券ionnegativeelectrodes东北证券和硬碳掺混合成材料能有效改善负极快充性能美国密歇根大学的Kuan-HungChen等人通过石墨与硬碳混合的方式显著提升了负极的快速充电能力在4C和6C倍率下循环500次后容量保持率仍然可达87和82硬碳材料作为一种非石墨化的碳材料具有高度无序的碳层结构可以实现Li的快速嵌入但由于硬碳的真密度较低仅16gcm3石墨为22gcm3存在库伦效率低等劣势因此将石墨和硬碳掺混作为负极材料可能会取得较好测试结果Kuan-HungChen等人发现纯硬碳在4C快充倍率下循环性能最佳100次循环后容量保持率约为96纯石墨负极和含有25硬碳的负极在循环后都出现了显著的析锂现象电极表面覆盖了一层银白色的金属锂但硬碳的掺混比例过高也会导致电池能量密度降低Kuan-HungChen的研究表明通过在石墨负极中混入约50的硬碳能够显著降低过充条件下石墨负极表面的电流密度且在500次循环后50石墨50硬碳的负极能量密度最高请务必阅读正文后的声明及说明2029