证券研究报告 从高压快充看碳化硅在电力设备中的运用 ——充电桩行业报告 评级（强于大市） 长城证券产业金融研究院 分析师 于夕朦 执业证书编号：S1070520030003 联系人 于振洋 执业证书编号：S1070122080010 联系人 张靖苗 执业证书编号：S1070122050026 时间： 2023年08月21 日 摘要 ◼ 充电桩行业趋势：高压快充大势所趋，充电设备的高效性和安全性亟待升级。 充电时长成影响用车体验的关键因素，提高充电速度迫在眉睫。高电压和大电流可缩短电池 充电时间，但高压大功率比大电流方案更有效率。目前，主流车企纷纷布局高压快充车型， 2026年预计800V以上高压车型销量将过半。但我国适配高压快充的高压充电桩数量不足，为 适应未来大功率高压快充发展趋势，主流车企及充电运营商已经开始布局大功率快充桩。但 高压快充对充电桩的高效性和安全性都提出了更高的要求，在设备方面亟需采用更耐高压、 耐高温、安全的新型器件。 ◼ 碳化硅对比传统硅材料优势突出，为高压快充桩发展带来新机遇。 ➢ 半导体材料已发展至第三代，碳化硅作为第三代半导体材料优势突出，具有禁带宽度大、 电子迁移率高、击穿电压高、导热率高等特性。在高压快充的趋势下，碳化硅器件的运 用能有效解决充电桩设备目前亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件的痛点，降 本增效实现电动车快速充电。具体从效率角度看，与传统硅基器件相比，碳化硅模块可 以增加充电桩近30%的输出功率，并且减少损耗高达50%左右。同时，碳化硅器件的抗辐 射特性还能够增强充电桩的稳定性。从成本角度看，碳化硅能够有效提高单位功率密度， 减小模块体积并简化电路设计，对降低充电桩产品成本起到重要作用。 ➢ 但目前，在充电桩市场里SiC尚处于导入阶段，2021年碳化硅在直流充电桩的充电模块渗 透率仅17%。在高压快充的大背景下，“SiC”+“800V”组合逐步成为新能源车企和充电 桩桩企的布局热点，预期未来随着成本的降低，SiC在充电桩市场的渗透率将进一步提升， 并快于整车市场，预计到2025年中国充电桩行业的SiC渗透率可达35%。预计2025年中国 碳化硅直流整桩规模将近200亿。此外，以盛弘股份、英杰电气、许继电气、科士达、英 可瑞、易事特、优优绿能、华为为代表的众多充电桩制造企业、新能源车企及电力设备 企业已将碳化硅运用到产品当中，率先发力的企业有望抢占市场先机。 摘要（续） ◼ 碳化硅在其他电力设备中亦被广泛运用。 中国碳化硅功率器件应用市场规模飞速增长，从2017年的18.5亿元增长至2021年的71.1亿元， CARG达40.01%。鉴于碳化硅材料在高电压下的优良性能，碳化硅材料在新能源汽车、光伏逆 变器等产业都有极为理想的应用前景。截至2021年碳化硅器件在新能源汽车/消费类电源/光 伏逆变器/机车牵引/风力发电产业的应用占比分别为 40%/19%/15.50%/12.00%/6.50%。未来 随着新能源汽车以及光伏产业高压驱动，碳化硅器件市场规模还有巨大成长空间，在电力设 备行业中将有更大的应用。预计碳化硅功率器件在光伏逆变器的渗透率将从2020年的10%增 长至2048年的85%。 ◼ 投资建议： 在高压快充的大背景下，产业链相关公司不断加大研发力度、确保先进技术能紧跟行业趋势 和需求，并根据市场和客户实际情况，将碳化硅方案等先进技术实际应用于充电模块等充电 设备中，这已成充电桩设备制造企业破局的关键。我们看好充电桩广阔的市场需求以及高压 快充趋势下带来的新一轮广阔前景。此外，对于碳化硅产业链上游衬底等材料生产领先企业 及下游应用中积极运用碳化硅等方案进行技术革新的企业，我们亦推荐关注。个股方面，我 们建议持续关注盛弘股份、英杰电气、许继电气、科士达、易事特、天岳先进、露笑科技、 均胜电子。 ◼ 风险提示： 新能源车景气度下滑，充电桩利用率不及预期，充电桩市场竞争加剧，技术更迭风险。 nMzQoMpPyRnOqPqQrOtQnP6MbP9PsQoOsQpMeRpPxPeRsQoMaQrQsPuOpOtQvPpPrR 1.充电桩行业趋势：高压快充大势所趋 1.1 充电时长成电动汽车痛点之一，提高充电速度迫在眉睫 ◼ 充电时长成影响用车体验的关键因素，提高充电速度迫在眉睫。 根据麦肯锡发布的《2023麦肯锡中国汽车消费者洞察》，电动汽车消费者最关注的问题就是续航里程与充 电时间，高达56%的受访者都认为此非常重要，远大于第二、第三关注因素的动态体验（48%）和用车成本 （46%）。基于此，提高充电桩的充电速度迫在眉睫。 图：影响电动汽车消费者的关键因素 占比 续航里程与充电时间 动态体验（如转向、底盘等） 用车成本（如电耗、保养等） 先进的电池技术 我信赖该品牌 静态体验（如内饰、空间等） 充电支持 售后服务质量 智能功能（如自动驾驶、智能网联） 碰撞安全性 车辆残值 零售体验 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 资料来源：《2023麦肯锡中国汽车消费者洞察》,长城证券产业金融研究院 www.cgws.com | 5 1.2 高压大功率比大电流方案更有效率 ◼ 高电压和大电流可缩短电池充电时间，高压大功率比大电流方案更有效率。 基于“电池充电电量=充电功率x时间”的充电原理，我们可知充电功率越大，充电时间越短。根据P=UI （功率=电压x电流），实现大功率充电可以通过增大充电电流和提高电压两种方式： ➢ 增大充电电流：即提高单体电芯的最大充电电流，需要对电芯的材料体系和结构进行升级，降低电池 在快充过程中产热和析锂，避免引起热失控等安全问题。以特斯拉Mode13为代表，最大充电电流可达 到700A,可实现31分钟充80%的电量1。 ➢ 提高电池系统电压：以保时捷为代表，电压平台从400V提升至800V,最大电流仅为334A的情况下，实现 22.5分钟从5%充电至80%的电量2。 由于增大电流会使得能量损失严重，转化效率低，且对热管理系统造成较大负担，因此高压大功率更有效 率。 表：高压直流快充和大电流直流快充对比 高压直流快充 大电流直流快充 充电方式 串联充电 并联充电 常见类型 400v、800v 150A-600A 优势 1.安全性较高；2.串联充电结构简单；3.成本低；4.可 以有效降低系统热损耗，提升续航里程；5.可以有效提 高电池放电倍率，有助于提升电动车动力性能 现有充电平台兼容性高，改造工期短，仅需改变电池载 体即可电阻随并联电池数量的增加而递减，有助于可供 电时间的延长 劣势 1.对于电芯一致性要求较高；2.现有充电平台改造周期 较长 1.能量损失严重，转化效率低；2.线缆粗细会限制大电 流模式的上限；3.热管理系统造成较大负担 资料来源：《Enabling Fast Charging A Technology Gap Assessment 》，智库，长城证券产业金融研究院 1.来源：icspec，“小米300W快充技术新突破，新能源车赛道能借力吗？” 2.来源：软件赋能汽车，“初探保时捷Taycan整车架构” www.cgws.com | 6 t w. t ww ku 资料的文库网站 http://www.tanwenku.cc/ 是网盘内容展示网站，可预览，可下 en 二、52wangpan.top nw 载 a ww w. .c c 一、双碳文库是一个地产人建立的专业的分享碳达峰碳中和 .c c 三、欢迎加入文库会员，199 一年，399 终身。所有资料网 ww w. we nk u. ta cc nw ww en w. ku ta 盘共享,加小编微信有优惠。 子 ku .c c 见面礼：B 站最全收费类课程合集： ta n 四、加入会员，可获赠价值 999 全网资源，影视，游戏，亲 u. cc en ww w. 自取地址 ：https://www.aliyundrive.com/s/7tXbEop6K5G 1.3 车企不断提升车辆电压平台，高压快充将成未来趋势 ◼ 车企不断提升车辆电压平台，高压快充将成未来趋势。 ➢ 在电动推广初期，消费者对电动汽车充电速度关注不多，电动汽车补能方式以慢充为主，直流充电的 电压/电流普遍在350V/125A以下。随着电动汽车快速上量，原有补能效率已不能满足用户需求。 ➢ 2015年发布的GB/T20234.3《电动汽车传导充电用连接装置第3部分直流充电接口要求》，将直流充电 接口电流从原来的125A提升至上限250A,以满足电池容量增加带来的充电功率增加。 ➢ 随后车企主要通过提升车辆电压平台，来实现基于250A电流下的快充。电压平台由350V逐步向450V、 750V演进，实现充电倍率1-2C。当前部分车企通过提升电流到500A来实现3-4C的快充。 ➢ 随着耐高压、低损耗、高功率密度的SiC功率器件的逐步深入应用，950V左右的的电压平台逐步被车企 提上日程，并将成为未来3-5年的重要趋势。950V/500A的高压快充桩可达480kW的充电功率，实现5min 左右的快速补能，真正实现“充电像加油一样快捷”。 ➢ 国家有关部门已将1000V纳入乘用车大功率快充充电接口标准中，以适应未来“千伏”高压平台的落地。 图：高压快充是必然趋势 资料来源：华为《高压快充产业发展报告2023-2025》，长城证券产业金融研究院 www.cgws.com | 7 1.4 主流车企纷纷布局高压快充车型 ◼ 目前，主流车企纷纷布局高压快充车型。 2020年保时捷首次推出支持800V高压快充的Tycan后，全球车企加快研发高压快充车型，补电时间向10min以 内迈进。广汽、小鹏、北汽、东风、长安等均已推出基于800V及以上高压平台的高端车，且快充性能可以达 到“充电10min续航增加200km左右”。例如广汽埃安在2021年4月发布的6C超快充系统，最大电压达800V， 最大电流大于500A，只需8min即可完成0%-80%SOC的充电3。 ◼ 2026年预计800V以上高压车型销量将过半。 目前800V高压平台车型已经成为当前头部车企布局的主力，据我国主要车企规划2002年逐步量产，2023年满 足3C以上高压快充的高端车型将密集上市，2025年主流车型均将支持高压快充。根据华为发布的《高压快充 产业发展报告2023-2025》预测，预计到2026年底，支持高压快充车型的市场保有量将达1300万辆以上。 图：800V 高压平台车型是当前头部车企布局的主力 图：800V高压车型销量占比预计 <800V电动车销量（万辆） >800V电动车销量（万辆） >80