近年来,随着汽车产业转型的不断发展,新能源汽车的生产销量不断超过预期。据工信部透露,2022年第一季度新能源汽车累计生产销售分别完成129.3万辆和125.7万辆,同比增长1.4倍,超过2019年整体水平。值得注意的是,目前新能源汽车的市长/市场渗透率已达到19.3%,同比增长了11.4%,这意味着新能源汽车开始真正进入发展的“快车道”。
新能源汽车的出现不仅减轻了环境压力,而且给人们的旅行生活带来了便利。但是,由于开发时间短、技术不成熟,新能源汽车充电时间长、寿命短、安全性等核心问题尚未解决。
充电5分钟,续航200公里,是广汽、淮安、楚忠技术行业领先
曾几何时,“充电5分钟通话2小时”是手机领域非常有名的广告语,真实地感受到了快速充电技术的神奇。今天,在新能源汽车领域,超高速充电技术也给人们带来了非凡的快速充电体验。
新能源汽车迎来大时代,广汽、爱安行业领先。据悉,广汽埃安面向未来部署纯电动汽车平台,开发了弹窗电池、石墨烯电池、硅负极电池等关键技术,直接打击了新能源汽车安全、里程不稳定等痛点,在10 ~ 20万元价格区间的细分市场中占据了相当大的优势。
早在去年,广汽艾安就发布了超级配速充电技术。据此,公司的超级充电桩可以“充电5分钟,支持车辆续航200公里”,技术力量在业界遥遥领先。有趣的是,广汽案超高速充电技术于去年9月量产,首先安装在AION V的3C 500KM公里和6C 500KM公里的不同车型上。
资料来源:广州雅安
为了进一步缓解用户对续航和补充的焦虑,广汽方案计划在每个充电站至少部署一个A480充电桩,电压为880伏,最大充电功率为480千瓦,比特斯拉最快的250千瓦充电快近2倍。(大卫亚设,Northern Exposure(美国电视),充电力名言)据此,充电桩可以提供3C和6C的高比例充电模式。其中3C高倍率充电,0% ~ 80%充满16分钟。在6C高倍率下,0% ~ 80%在短短8分钟内比前者快两倍,燃油车的加油速度也不低。
800V高压平台布置升温后,碳化硅在电动汽车领域将爆炸增加
充电慢是目前新能源汽车行业的核心痛点之一。近年来,国内外汽车企业和技术巨头为了解决充电问题,进行了大量的研发工作。
众所周知,新能源汽车的充电速度主要取决于充电功率。从功率公式P(功率)=U(电压)I(电流)可以看出,如果需要提高电动车单位时间内的充电功率,则需要提高作用在动力电池上的输入电压和电流。因此,过度充电技术的发展目前有两个方向。一个是大电流直流过充,另一个是高压直流过充。
目前,由于高电流直流过充方案,充电优势不明显。只有少数制造商代表特斯拉,V3过充文件的最大输出电流接近520A。业界认为,520A接近充电电流上限,进一步上升的空间有限。
与大电流直流过充方案相比,高压过充不容易产生发热引起的安全风险,大大提高了动力电池能量的使用效率,有助于提高汽车的动力性能和续航里程。从市长/市场主流汽车企业公布的相关超高速充电方案来看,目前800V高压系统超高速充电的组合使用较多,可以有效解决充电10分钟、寿命300公里以上、充电和续航不稳定的问题,成为业界的主流应用。
在材料选择方面,碳化硅具有耐压、高温、开关损耗等优点,MOSFET结构可以轻松覆盖650V-3300V高电压,与其他材料相比,可节省5%-10%的能源。因此,碳化硅MOSFET是800V高压系统电力半导体的最佳选择,目前公布或即将推出的800V高压系统方案大多采用碳化硅MOSFET。
资料来源:小鹏汽车
近年来,新能源汽车等下游需求不断增加,全球碳化硅市场规模不断扩大。根据Yole的数据,到2026年,整体碳化硅电力零部件的市长/市场规模将达到50亿美元,在2020年7亿美元的基础上,将保持37%的年复合增长率。根据中国新能源汽车市长/市场碳化硅领域的数据,东吴证券的估算,从2020年的14.6亿韩元到2024年的164.7亿韩元,年均复合增长率将达到83.2%。
从碳化硅的竞争格局来看,全球碳化硅产量的70% ~ 80%来自美国公司,其中Wolfspeed(Cree)是全球碳化硅龙头企业,市长/市场份额超过60%,技术工艺在全球处于领先地位。中国在碳。
化硅领域,技术和美国相比落后5-8年以上,目前市占率低于10%。据了解,作为碳化硅领域的绝对龙头企业,Wolfspeed与下游器件企业的长期合作供货订单接近100亿人民币,签约企业包括安森美、英飞凌和意法半导体等。其中意法半导体是特斯拉的碳化硅供应商,安森美主要为蔚来等企业供应碳化硅器件,英飞凌为现代汽车等供货。
具体来看,碳化硅又可以分为单晶衬底、外延、器件三个细分领域。目前,海外碳化硅单晶衬底企业主要有 Cree、DowCorning、II-VI 等企业;外延片企业主要有 DowCorning、II-VI、Cree、罗姆、Infineon 等;器件方面相关主要企业包括 Infineon、Cree、罗姆、意法半导体等。
中国碳化硅产业虽然基础薄弱,但是近年来也取得了不错的进展。在衬底方面,天科合达、山东天岳取得了一定的发展;在碳化硅外延方面,东莞天域、瀚天天成等企业做的较好;在器件方面,三安光电、泰科天润、派恩杰等企业的产品已大量应用于光伏、大功率电源、充电桩等领域。值得注意的是,中国在车用碳化硅 MOSFET 领域技术还非常薄弱,不过随着国产替代进程的加速,未来具有较好的发展机会。
全球碳化硅产业链主要公司
资料来源:电子发烧友,国金证券
事实上,自特斯拉在2018年发布的 Model 3首次采用了意法半导体供应的碳化硅 MOSFET 器件后,碳化硅已经越来越受到新能源汽车市场的青睐。目前,众多整车厂商比如比亚迪、吉利、现代、广汽、小鹏等都已经发布了搭载的碳化硅 800V 高电压平台的车型,部分车企已经将量产时点定在 2022 年。根据不完全统计,全球已采用或确定采用碳化硅功率器件的有近 30 家汽车品牌,预计 2022 年之后,碳化硅在电动汽车领域应用将出现爆发式增长。
超级快充大势所趋,众多厂商争相布局
众所周知,汽车行业拥有万亿市场规模,在新能源汽车产业变革的大背景下,未来谁能解决其核心痛点,谁就能从激烈的竞争中脱颖而出,成长为市场的龙头企业。
实际上,国内外主要厂商早已经开启了超级快充的军备竞赛。从国外来看,海外整车厂近年来纷纷推出高电压平台车型。2019年,保时捷率先量产800V高电压平台电动车Taycan,目前最大充电功率可达270kW,可在22.5分钟内完成5%-80%的充电,后续版本最高充电功率有望达350kW;2020年,现代集团正式发布E-GMP平台,搭载400V/800V超高压充电系统,可在18分钟内完成0%-80%的充电,可实现充电5分钟续航100km;2021年,搭载的奥迪自研PPE平台的A6e-tronConcept面世,该平台搭载了800V高压电气系统,理想状况下充电10分钟续航300km。
全球部分高电压平台车型梳理
资料来源;各公司官网,安信证券
值得一提的是,作为全球新能源汽车整体龙头,特斯拉的超级快充目前已经发展到了第三代。其V3超级充电桩可支持高达250kW的峰值充电功率,充电15分钟可补充250km续航电量,未来特斯拉计划将其充电功率进一步提升到300kW,这意味着Model 3仅需十几分钟即可充满电。目前,特斯拉在全球范围内拥有超过25000个超级充电桩,在我国建设的超级快充充电站已超过920座,拥有充电桩数量7100多个,覆盖我国超过330个城市。
资料来源:特斯拉
从国内来看,华为、比亚迪、吉利、长城、广汽、东风汽车等主流厂商都推出了的高电压纯电车型。具体来看,华为与极狐汽车合作的极狐阿尔法S华为HI版在今年5月7日已经上市,据介绍该车型首搭了堪称业界最强的800V高压快充,可在10分钟提高续航将近200公里;比亚迪于2021年发布的e平台3.0搭载800V闪充技术,充电5分钟续航150km;2021年,吉利发布量产车型极氪001,基于SEA浩瀚架构打造,支持800V超级快充,可实现充电5分钟续航120km;长城旗下蜂巢能源发布蜂速快充电池,其中第二代蜂速快充电池支持800V的高压电气架构,充电倍率达到4C;此外,东风旗下的岚图汽车的最新800V高压超级快充技术,可在360KW超级充电桩加持下,充电速率提升125%,实现充电10分钟续航400公里。
作为国内造车新势力的主要代表之一,小鹏G9配置碳化硅800V高压平台,在480kW高压超充桩配套设施下,充电5分钟可以续航200公里,理想状态下12分钟可以把电量从10%充至80%。除此之外,小鹏汽车超级充电桩的配套建设增速也非常迅猛。近日,小鹏汽车正式宣布公司超级充电桩已贯通全国337城,成为行业首个自建品牌充电站贯通全国所有地级行政区域的车企。截止至2022年1月,小鹏汽车累计上线品牌超充站813座,目的地充电站166座,在数量紧追特斯拉。
资料来源:小鹏汽车
由此可见,超级快充是新能源汽车发展的必然趋势,随着特斯拉、小鹏汽车、广汽埃安等多家车企高电压平台车型的陆续推出,未来用户“充电焦虑”有望得到显著缓解,新能源汽车渗透率也有望加速提升。
不过,业内人士也指出,国内补能未来很长一段时间仍将是以超充+换电2种模式并行推进为主。虽然现在汽车超级快充技术发展很快,但是想要在充电时间与续航里程上完全超过燃油车,还有一段很长的路要走。此外,超级快充带来的标准统一、电池安全、充电难充电贵等问题仍急需解决。未来只有把这些问题真正解决了,超级快充才能真正的市场化普及。
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