前言：【核芯觀察】是電子發(fā)燒友編輯部出品的深度系列專欄，目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，理清上、中、下游的各個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)迅速了解各大細(xì)分環(huán)節(jié)中的行業(yè)現(xiàn)狀。本期【核芯觀察】，將對充電樁產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)行梳理，從市場現(xiàn)狀、充電樁構(gòu)成、產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)分布、技術(shù)方案等幾個(gè)部分剖析充電樁產(chǎn)業(yè)。



充電樁概念

充電樁是新能源汽車的補(bǔ)能設(shè)備，相當(dāng)于為燃油車補(bǔ)能的加油機(jī)。充電樁主要有交流和直流兩種大類，這兩個(gè)大類的充電樁規(guī)格差異主要在于其支持輸出的最大電壓和最大電流，也就是最大功率存在差異。

其中交流充電樁大多采用單相220V輸入，市面上主流產(chǎn)品功率為7kW。也有一部分為380V三相交流樁，功率可以達(dá)到40kW。因?yàn)樵跒樾履茉雌嚦潆姇r(shí)，交流充電樁無需對電網(wǎng)的供電轉(zhuǎn)換為直流電（這個(gè)過程一般在車載充電機(jī)OBC上完成），所以結(jié)構(gòu)會較為簡單，但相對的充電功率也較小。

直流充電樁主要在大功率充電中應(yīng)用，采用三相輸入的直流充電樁產(chǎn)品功率從11kW到500kW以上。當(dāng)然隨著一些電動(dòng)汽車取消OBC的配置，小功率220V單相輸入的直流充電樁產(chǎn)品也開始增多，比如7kW的壁掛直流家充樁等。

除了交流和直流的分類外，充電樁根據(jù)安裝方式不同也可以分為壁掛式和落地式；按結(jié)構(gòu)可以分為一體式和分體式，一些功率較大的快充樁會采用分體式的設(shè)計(jì)；按照充電樁配備的充電槍數(shù)量也可以分為一樁一充和一樁多充。

充電樁主要的運(yùn)營模式有運(yùn)營商、車企、第三方平臺、私人充電樁等，運(yùn)營商和車企主導(dǎo)的充電樁商業(yè)化投入較大，從設(shè)備到基建、從APP到SaaS平臺都由企業(yè)一手承包，對資金規(guī)模和渠道資源要求較高，不過對于車企而言，自建充電樁能夠延伸車企價(jià)值鏈，提高汽車產(chǎn)品競爭力，帶動(dòng)銷售等，目前大功率充電樁的布局就主要由車企主導(dǎo)。

私人充電樁則較為分散，主要是車主在自家停車位上安裝的充電樁，或是商圈物業(yè)自營的充電樁等，規(guī)模較小。這些私人充電樁有時(shí)候也能夠接入到第三方平臺，在空閑的時(shí)候轉(zhuǎn)化為公共充電樁。

第三方平臺主要的業(yè)務(wù)是提供跨平臺的資源整合，比如將充電樁運(yùn)營商、車企，甚至是私人充電樁等的資源，融合到一個(gè)app或一個(gè)平臺系統(tǒng)上，提供位置、功率、狀態(tài)、價(jià)格等信息，能夠通過一個(gè)平臺打通多個(gè)場景的充電服務(wù)，比如導(dǎo)航找樁、支付等解決方案。

充電樁市場概覽

在汽車行業(yè)邁向電動(dòng)化的過程中，電力開始逐步取代燃油成為汽車的動(dòng)力來源。作為新能源汽車補(bǔ)能基建的核心設(shè)備，充電樁的需求規(guī)模隨著新能源汽車市場的擴(kuò)大而擴(kuò)大。

但相比與燃油車的補(bǔ)能基建，加油站的分布顯得較為容易規(guī)劃，因?yàn)橐惠v車加油的時(shí)間往往在五分鐘左右，加油站分布可以適當(dāng)分散。

而電動(dòng)汽車的充電速度較慢，以80kW·h電池包為例，使用100kW充電樁時(shí)，從20%到80%的電量最快也需要30分鐘。由于受到電池電化學(xué)特性的影響，為了控制電池溫度和延長電池使用壽命，電池SOC（State of Charge,電池荷電狀態(tài)，用來反映電池當(dāng)前所剩電荷量和額定電荷量的比值）越接近100%，充電電流就需要控制得越低。因此，理想情況下，在電池散熱做得足夠好時(shí)，80kW·h的電池包在100kW充電樁下進(jìn)行充電，SOC從0%到100%所需時(shí)間往往是要大于1小時(shí)。

于是相比與加油站，充電樁就更適合建在停車場等有車位的地方，充電站也需要保證一支充電槍配備一個(gè)車位。與此同時(shí)，由于補(bǔ)能的時(shí)間被拉長，那么相對地為了保證一定規(guī)模的電動(dòng)汽車的補(bǔ)能需求，就需要與電動(dòng)汽車規(guī)模成一定比例數(shù)量的充電樁。 根據(jù)中國充電聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，2023年1-11月，聯(lián)盟成員上報(bào)數(shù)據(jù)顯示，充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為305.4萬臺；其中公共充電樁增量為82.8萬臺，隨車配建私人充電樁增量為222.6萬臺，同比上升27.4%。

而在同期，新能源汽車的銷量為830.4萬輛，也就是說2023年前11個(gè)月，新能源汽車與充電樁的增量比是2.7：1。

對比2023年和2022年的充電樁增量數(shù)據(jù)，2022年1-11月，充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為233.2萬臺；即2023年1-11月的充電樁增量同比上升了31%。

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2022年1-11月國內(nèi)新能源汽車銷量為606.7萬輛，2023年同期的銷量則為830.4萬輛，同比增幅36.9%。即新能源汽車銷售的增幅領(lǐng)先于充電樁的增量。

從充電樁的存量數(shù)據(jù)來看，截止2023年11月，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為826.4萬臺，同比增加67.0%。而綜合公安部以及中汽協(xié)的數(shù)據(jù)，截至2023年11月，全國新能源汽車保有量約為2019萬輛，車樁比為2.44：1，相比2022年的2.5：1略有提高。 另外，在市場規(guī)模方面，中國充電聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，2022年中國充電樁市場的規(guī)模約為212億元，預(yù)計(jì)2023年會提升至338.9億元，到2025年市場規(guī)模將達(dá)到730億元左右，2022-2025年復(fù)合年均增長率約為51%。

同時(shí)由于對于補(bǔ)能速度的需求，加上800V平臺陸續(xù)加速上車，400kW以上充電樁在車企自建樁的推動(dòng)下開始放量，高壓快充直流樁在市場中的占比也將會進(jìn)一步提升。而大功率快充樁的價(jià)值量提升，也將會進(jìn)一步帶動(dòng)整體充電樁市場規(guī)模的擴(kuò)大。

從用戶的使用場景來看，谷電價(jià)格優(yōu)勢以及與現(xiàn)有車位配套的便利性，隨車配建的私人充電樁數(shù)量必然會比公共充電樁多，但由于大功率快充的逐步落地，公共充電樁真正意義上開始起到類似加油站這樣快速補(bǔ)能的作用。目前400kW以上的充電樁配合800V平臺車型，最快可以實(shí)現(xiàn)12分鐘補(bǔ)充500km續(xù)航里程，基本可以滿足隨用隨充、即充即走的快速補(bǔ)能需求，補(bǔ)能體驗(yàn)上也開始接近于燃油車。

補(bǔ)能速度增加，車輛單次使用公共快充樁的時(shí)間就大幅降低，這可能導(dǎo)致公共快充樁數(shù)量的真實(shí)需求會降低。舉個(gè)例子，如果一個(gè)充電站中有10個(gè)車位和10根普通的快充樁，如果平均每輛車充電時(shí)間需要1小時(shí)，那么就相當(dāng)于1小時(shí)能夠?yàn)?0輛車補(bǔ)能。

而大功率快充樁配合支持快充的車型，平均每輛車的充電時(shí)間只需要10分鐘（一般不會完全沒有電才去充電），那么這時(shí)候大功率快充樁就能夠?yàn)槌潆娬镜男侍岣?倍，理想情況下一小時(shí)能為60輛車進(jìn)行補(bǔ)能。

當(dāng)然，實(shí)際情況沒有那么簡單，充電樁的功率還會受到充電站配電容量、車型支持的最大功率等影響。所以當(dāng)市場上支持400kW及以上快充的車型遠(yuǎn)遠(yuǎn)未普及的時(shí)候，充電樁的數(shù)量依然是保證補(bǔ)能體驗(yàn)的關(guān)鍵。

長遠(yuǎn)來看，當(dāng)電動(dòng)汽車高壓快充的普及率逐步提高，公共充電樁在所有充電設(shè)施中的占比會緩慢降低，這是一個(gè)緩慢的過程，公共充電樁的比例可能要到2030年才會出現(xiàn)下降。另一方面，即使公共充電樁由于大功率快充導(dǎo)致增長放緩，市場規(guī)模也可能會持續(xù)增速，因?yàn)榇蠊β食潆姌兜某杀驹黾臃容^大，單機(jī)價(jià)值量的高漲能夠帶動(dòng)市場規(guī)模持續(xù)增長。

充電樁產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成

充電樁由充電模塊、充電槍、線纜、主控板、計(jì)量監(jiān)控、繼電器/接觸器等組城，從成本占比來看，充電模塊占比約50%，是充電樁中的核心部件，其次是充電槍和線纜的部分。 充電模塊在充電樁中起到對電流的整流濾波、升壓穩(wěn)壓（控制、轉(zhuǎn)換）等作用，充電模塊的功率和數(shù)量，決定了充電樁的輸出功率。其核心技術(shù)壁壘在于電力電子功率變換電路拓?fù)浼夹g(shù)創(chuàng)新能力、嵌入式軟件實(shí)時(shí)控制算法的可靠性、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性及大功率散熱技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力和高功率密度的集成化能力。

目前國內(nèi)充電模塊的主要供應(yīng)商有英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能、特來電、永聯(lián)等。 充電模塊工作原理示意圖 來源：優(yōu)優(yōu)綠能

充電模塊的關(guān)鍵元器件在于功率器件、磁性元器件、電阻電容、MCU、隔離芯片、PCB 等，當(dāng)充電模塊工作時(shí)，三相交流電經(jīng)過有源功率因數(shù)校正（PFC）電路整流后，變成直流電供給 DC/DC 變換電路。控制器的軟件算法通過驅(qū)動(dòng)電路作用于半導(dǎo)體功率開關(guān)，從而控制充電模塊的輸出電壓及電流，進(jìn)而對電池組進(jìn)行充電。

在充電樁中的成本與充電樁功率呈正相關(guān)，充電樁功率越高，充電模塊在充電樁成本中占比越高。所以在400kW以上超充樁成為趨勢后，充電模塊在充電樁產(chǎn)業(yè)中占據(jù)的地方也將越來越高。

在功率器件方面，目前充電模塊的主流方案是SJ MOS和IGBT，國內(nèi)有不少供應(yīng)商進(jìn)入到充電樁領(lǐng)域，比如東微半導(dǎo)、斯達(dá)半導(dǎo)、新潔能、龍騰半導(dǎo)體等。部分充電模塊采用SiC MOS以提高效率和功率密度，一般應(yīng)用于大功率快充樁中，目前國內(nèi)SiC MOS器件廠商中，華潤微、芯導(dǎo)科技、派恩杰、芯塔科技、安世半導(dǎo)體等產(chǎn)品都導(dǎo)入了充電樁應(yīng)用。而功率GaN目前已經(jīng)在一些小功率的家用充電樁中應(yīng)用。

充電模塊中，還需要用到一些隔離芯片，用于將高壓和電路和低壓控制電路進(jìn)行電氣隔離，避免干擾和沖擊。在這個(gè)領(lǐng)域，國內(nèi)納芯微、思瑞浦、圣邦等模擬芯片廠商都已經(jīng)有成熟的方案用于充電樁。

MCU在充電模塊、主控板上都會被用到，比如鴻瑞微推出了基于兆易創(chuàng)新GD32F427系列MCU的直流充電樁主控板和基于GD32E505系列的MCU的充電模塊方案。目前國內(nèi)也有多家MCU廠商推出了應(yīng)用于充電樁的MCU產(chǎn)品，比如極海、國民技術(shù)、東軟載波、雅特力等等。

另外公共充電樁以及一些高端小功率家充樁上，由于加入了智能網(wǎng)聯(lián)的功能，因此也需要蜂窩通信模組，比如4G/Cat.1等，充電樁應(yīng)用的通信模組主要企業(yè)有移遠(yuǎn)、芯訊通、廣和通、有方科技、美格智能、利爾達(dá)等。

充電槍和線纜是充電樁中成本占比第二高的部分，占比約15%。隨著大功率超充樁從風(fēng)冷轉(zhuǎn)往液冷，充電槍的絕緣等級和液冷線纜的成本也會逐步攀升，同時(shí)這個(gè)部分由于材料成本有較高下限，價(jià)格不會有太大幅度的下降，所以價(jià)值量將會保持一個(gè)比較穩(wěn)定的水平。

下一期，我們將會對充電樁、充電模塊的市場格局，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)分布、各家廠商的技術(shù)方案等進(jìn)行分析，記得關(guān)注我們~