第二章 商业模式和技术发展
2．1 产业链
中国电池高压快充上游包括充电桩设备零部件、高压快充材料端以及相关零部件；中游分别为直流充电桩、快充型动力电池、高电压平台；下游应用于新能源汽车充电。
图 中国高压快充产业链
资料来源：资产信息网 千际投行
2．1．1 上游
充电桩设备零部件
（1）成本结构
直流充电桩，俗称“快充”，功率高、充电快，但技术复杂且成本高昂，适用于专业化集中运维的场景，如大巴、公交车、出租车等。目前直流充电桩构成成本中，充电模块和充电器、线占比较多，分别为41％和21％。其次分别为外壳、主控板、接触器、继电器、电表，占比分别为14％、7％、2％、2％、1％。
资料来源：资产信息网 千际投行 充电桩管家
（2）直流充电桩功率模块
随着充电桩行业的不断发展，充电设备技术逐渐完善、规模持续扩大，带动直流充电桩模块的最低生产价格不断降低。数据显示，2019年直流充电桩的充电模块的成本价格最低降至0．4元／W，2020年约为0．38元／W。预计2022年直流充电桩的充电模块的成本价格最低可达0．35元／W。
资料来源：资产信息网 千际投行 中商情报网
高压快充材料端
（1）碳化硅功率器件
高压动力电池快充的电压系统对功率半导体要求严苛。为了满足800V高压平台的需求，需要把原先的硅基IGBT切换成碳化硅材料（SiC），因为碳化硅为材料做出的功率半导体耐高压，耐高温，热损耗低。
受益于新能源汽车及光伏领域需求量的高速增长，预计2024年全球SiC功率半导体市场规模预计将达26．6亿美元，年均复合增长率达到24．5％。
资料来源：资产信息网 千际投行 Omdia
（2）负极材料
随着动力电池快充需求的扩大，有望加速硅基负极材料的产业化趋势。虽然目前硅基负极的发展处于初期，但未来将不断扩大。2020年出货量激增，达0．9万吨，同比增长143．24％，预计2022年将达1．5万吨。
2．1．2 中游
直流充电桩
（1）公共直流充电桩数量
近年来，直流充电桩数量一直保持增长趋势。2021年中国公共直流充电桩数量为47万台，同比增长52．1％。预计2022年公共直流充电桩76．8万台。
资料来源：资产信息网 千际投行 中国充电联盟
（2）快充桩占比情况
随着动力电池快充需求的不断扩大，公共快充桩占比稳步提升。2017－2020年全球公共快充桩占比整体成长稳步提升的趋势。提高电动车充电速度是行业发展趋势，未来快充桩占比仍有望逐步提高。预计2022年公共快充桩占比将达33％。
资料来源：资产信息网 千际投行
（3）企业分析
2021年中国公共直流桩数量较多企业有特来电、国家电网及星星充电等，其中特来电直流桩数量为151537台；2021年中国公共交流桩数量较多企业有国家电网、星星充电、云快充，分别有89338台、68233台、61321台。
资料来源：资产信息网 千际投行 中国充电联盟
快充型动力电池
目前广泛应用于大巴的新型快充动力电池主要由两个材料体系构成：磷酸铁锂电池与钛酸锂电池，但是该两个材料体系无论是材料本身的容量比，还是因为为了提升倍率特性而优化电芯结构设计的原因，快充型锂电池能量密度普遍较低。
（1）磷酸铁锂电池
从出货量来看，2021年磷酸铁锂电池的出货量呈现大幅度增长，出货量达117．10GW，同比增长404．74％。预计到2022年出货量将进一步增长至225．42GW。
资料来源：资产信息网 千际投行 中国汽车动力电池产业创新联盟
（2）钛酸锂电池
钛酸锂离子电池虽然倍率性能较差，能量密度不够高，但其具有快充的优势。随着其价格日趋合理，充电设施配套日益完善，未来钛酸锂离子电池有望在动力锂电池领域占据重要的一席之地。
（3）企业布局
龙头企业纷纷入场高电压平台，华为推出首个AI闪充全栈动力域高压平台解决方案，2021年落地的FC1闪充方案，充电15min可实现30％－80％SOC；保时捷于2019年推出首款搭载800V电压平台的纯电动量产车；比亚迪发布e平台3．0，搭载800V高压闪充技术；广汽发布超级快充电池技术，其中3C快充电池系统充电16min可完成0％－80％SOC，预计今年9月投产；吉利发布极氪001，搭载800V高电压平台；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。
2．1．3 下游
2022年上半年，新能源汽车产销分别完成266．1万辆和260万辆，同比均增长1．2倍，市场占有率达到21．6％。其中，新能源乘用车销量占乘用车总销量比重达到24．0％，中国品牌乘用车中新能源汽车占比已达到39．8％。上半年新能源汽车产销尽管也受疫情影响，但各企业高度重视新能源汽车产品，供应链资源优先向新能源汽车集中，从目前发展态势来看，整体产销完成情况超出预期。
资料来源：资产信息网 千际投行 中汽协
2．2 商业模式
按经营主体划分，高压快充主流的盈利模式包括充电运营商主导、车企主导以及第三方充电服务平台主导三种模式。盈利来源方面，主要有：财政补贴、电费差价、广告投放、车位经营、维修保养、配套娱乐等。
图 高压快充商业模式
资料来源：资产信息网 千际投行
（1）运营商主导模式：是现阶段主要运营模式，收入来源较单一，模式需完善
运营商主导模式指由运营商自主完成充电桩业务的投资建设和运营维护，为用户提供充电服务的运营管理模式，是充电桩行业现阶段的主要运营模式。
充电运营商一般具备雄厚的资本，前期对场地、充电桩等基础设施进行大量投资。采用充电运营商主导模式的充电桩，大部分为公用充电桩和专用充电桩。由于行业竞争激烈、用户对充电费用很敏感，充电服务费提升较为困难，因此充电运营商都致力于提高单桩利用率，来提升盈利能力，桩体广告费、增值服务费等占比较小。
由于参与者较多，部分运营能力较弱的运营商逐渐退出。在300多家运营商中，运营超过1000个充电桩的企业仅15家，一些小企业已停止运营，少量头部运营商目前主导充电桩市场。
（2）车企主导模式：车企自建桩与合作建桩模式并存
车企为提供更优质的服务，将充电桩作为售后服务提供给车主更优质的充电体验，主要适用于较为成熟的电动汽车企业当中，对于资金和用户数量有较高要求。采用车企主导模式的充电桩，大部分为公用充电桩，以及私用充电桩。
但充电桩的实际需求不断增加，车企在能源供给与技术方面相对运营商而言较为匮乏，很难解决建桩成本和车主服务之间的矛盾，同时资金压力较大，部分车企开始从自建充电桩逐渐转变到与运营商合作运营的模式。
（3）第三方充电服务平台主导模式：充电资源分配更优，单桩利用率提升
第三方充电平台一般不直接参与充电桩的投资建设，通过自身的资源整合能力将 各大运营商的充电桩接入自家 SaaS 平台，以智能管理为依托提供商业价值，其独特的流量优势使其他企业短期内难以复制。以平台为主导的运营模式可打通不同运营商 之间的互联互通，为用户提供更便捷的一站式充电体验。
此种模式的收益来源于与运营商的服务费分成和以大数据挖掘为基础的增值服务，因此与运营商之间会存在部分利益冲突，一旦头部运营商退出合作第三方平台的价值将难以体现，因此需建立完善的相互依存、互惠互利的机制。
图：主流充电模式代表企业
资料来源：资产信息网 千际投行 国联证券
2．3 技术发展
对国内高压快充产业的各个专利申请人的专利数量进行统计，排名前十的公司依次为：许继电气、沃尔核材、道通科技、特锐德、欣锐科技、得润电子、积成电子、银河电子、星云股份、双杰电气等。
图 上市公司专利数量
资料来源：资产信息网 千际投行
目前市场有多种快充方案。充电时间由电压和电流共同决定，对于充电桩而言：充电时间（h）＝电池能量（kWh）／充电功率（kW）。因此，增大充电功率可以缩短充电时长，而充电功率由电压和电流共同决定：功率（kW）＝电压（V）＊电流（A）。所以想要缩短充电时间，有两种方法：大电流、高电压。
图 快充方案
资料来源：资产信息网 千际投行
大电流模式
目前推广程度低，特斯拉是代表。大电流充电过程中产生的热量大幅增加，对汽车的散热系统有更高的要求，且能量损失严重、转化效率低，且需要使用更粗的线束。此外，大电流模式仅在10％－20％SOC（荷电状态，指电池剩余可用电量占总容量的百分比，是电池管理系统中最为重要状态之一）进行最大功率充电，其他区间充电功率也有明显下降。
高电压模式
是车厂普遍采用的模式，除减少能耗、提高续航里程外，还有减少重量、节省空间等优点。高电压系统下，电流变小使得整个系统的功率损耗减小，提高效率。若电流不变，汽车的电机驱动效率则会提升，从而增加续航里程、降低电池成本。高电压模式的优点还包括降低高压线束重量，同功率情况下，电压等级的提高可减少高压线束上的电流，使得线束变细，从而降低线束重量、节省安装空间。
图：保时捷的800V高压线束截面积仅为400V一半，减重4千克
资料来源：资产信息网 千际投行 保时捷
由于大电流快充方式的劣势明显，目前高电压成为了快充主要趋势。高电压架构主要分为三类，纯800V高压快充成为主流。
（1）纯800V电压平台：电池包、电机以及充电接口均达到800V，车中只有800V和12V两种电压级别的器件，OBC、空调压缩机、DCDC以及PTC均重新适配以满足800V高电压平台。
纯800V电压平台，优势在于电机电控迭代升级，能量转换效率高；劣势在于电驱的功率芯片需要用SiC全面替代IGBT，零部件成本高。
（2）双400V电池组串并联组合：利用电池管理系统将电池组在串联、并联之间转换，在充电时，两个电池组可串联成800V平台高电压快充；在放电时，两个电池组并联成400V平台供汽车运行时使用，直接使用原有400V的高压部件。
（3）纯800V电压平台＋额外DCDC：整车搭载一个800V电池组，在电池组和其他高压部件之间增加一个额外的DCDC将800V电压降至400V，车上其他高压部件仍采用400V电压平台。
图 高电压架构
资料来源：资产信息网 千际投行 GGII
但是高压快充的负面效应需要材料和器件升级。国外研究报告显示，当电池进行大功率充电时，会发生三类负面效应：
（1）热效应：高电压只是针对充电桩减小了电流，但对于单体电芯而言，电芯仍要承受电流增大带来的发热问题。在快充条件下，电池内外部的温度差超过10摄氏度，不均匀的热分布以及过高的温度将引发一系列问题：粘结剂解体、电解液分解、SEI钝化膜的损耗以及锂枝晶等。直接导致的危害有：电池循环寿命降低、热失控引发的安全问题。因此，热效应对电池材料体系以及BMS管控系统提出了更高的要求。
（2）锂析出效应：锂离子电池运作的本质就是锂离子在正负极之间的脱嵌运动，然而在高充电倍率下，嵌锂的过程是不均匀的，锂离子会因无法及时嵌入负极石墨层而选择在负极表面沉积，形成锂金属。当锂金属不断沉积，就会形成我们经常听到的锂枝晶。随着充电倍率的增加，负极表面沉积的锂枝晶数量越多。锂枝晶的危害：负极表面锂枝晶的持续生长，可能会刺破隔膜，造成电池内部短路从而导致热失控；锂枝晶在生长过程中会不断消耗活性锂离子，并不可逆转，导致电池容量降低，降低电池使用寿命。
（3）机械效应：在快充条件下，锂离子快速从正极脱出，并嵌入负极，这会造成电池内部极高的锂离子浓度，其结果是活性颗粒之间的应力错配。当应力累积到一定值时，会造成活性颗粒、导电剂、粘结剂以及集流体之间的缝隙增大，并造成活性颗粒的微裂纹增加。直接影响：活性颗粒之间缝隙的增加会显著增加电池的内阻；颗粒微裂纹会降低了电池的循环寿命。为减小或解决上述负面效应，高压快充需要材料体系升级和相应器件升级。
2．4 政策监管
高压快充行业的行政监管部门为国家电网和发改委。
国家在政策层面极力推动高压快充技术的落地应用。2020年5月国务院发布《2020年政府工作报告》，首次提出“新基建”（新型基础设施建设）概念，将充电基础设施作为七大基础设施之一，纳入“新基建”。2021年中央经济工作会议指出，当前经济面临需求收缩、供给冲击、预期转弱三重压力，应坚持稳字当头，强化政策发力，充电桩作为新基建组成之一，在稳增长主线下，建设节奏或将加速。
2022年1月，国家发展改革委、国家能源局等出台《国家发展改革委等部门关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》，提出到“十四五”末，我国电动汽车充电保障能力进一步提升，形成适度超前、布局均衡、智能高效的充电基础设施体系，能够满足超过2，000万辆电动汽车充电需求。多项政策落地，使得我国新能源充电桩行业的发展方向和发展目标逐渐清晰，为行业发展提供有益土壤。
政府补贴从补车转向补桩，从建设补贴拓展到运营补贴。2016年财政部等五部门出台《关于“十三五”新能源汽车充电基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》，已对充电基础设施建设、运营给予财政奖补。2022年国家发展改革委等部门《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》明确提出加大财政金融支持力度，一是优化财政支持政策，二是提高金融服务能力。
此外各地方政府已明确出台充电桩建设补贴、充电运营补贴相关政策。可以发现政府财政补贴政策向供给侧倾斜，呈现出从“新能源汽车补贴”到“充电设施建设补贴”再逐渐转变为“充电设施建设补贴＋充电设施运营补贴”。
充电枪充电桩发展助力高压快充行业。2022年各省份出台一系列政策推动新能源充电设施的建设，预计未来车桩比将逐步降低至2：1。根据中国充电联盟数据，截止2021年，我国新能源汽车保有量为784万辆，充电桩总数仅为261万座，其中公共桩数量为114．7万座，私人充电桩为147．1万座，车桩比约为3：1。
资料来源：资产信息网 千际投行 中信证券
