【核芯觀察】充電樁上下游產業梳理（一）

前言：【核芯觀察】是電子發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業架構，理清上、中、下游的各個環節，同時迅速了解各大細分環節中的行業現狀。本期【核芯觀察】，將對充電樁產業鏈上下游進行梳理，從市場現狀、充電樁構成、產業鏈企業分布、技術方案等幾個部分剖析充電樁產業。



充電樁概念

充電樁是新能源汽車的補能設備，相當于為燃油車補能的加油機。充電樁主要有交流和直流兩種大類，這兩個大類的充電樁規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，市面上主流產品功率為7kW。也有一部分為380V三相交流樁，功率可以達到40kW。因為在為新能源汽車充電時，交流充電樁無需對電網的供電轉換為直流電（這個過程一般在車載充電機OBC上完成），所以結構會較為簡單，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用，采用三相輸入的直流充電樁產品功率從11kW到500kW以上。當然隨著一些電動汽車取消OBC的配置，小功率220V單相輸入的直流充電樁產品也開始增多，比如7kW的壁掛直流家充樁等。

除了交流和直流的分類外，充電樁根據安裝方式不同也可以分為壁掛式和落地式；按結構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計；按照充電樁配備的充電槍數量也可以分為一樁一充和一樁多充。

充電樁主要的運營模式有運營商、車企、第三方平臺、私人充電樁等，運營商和車企主導的充電樁商業化投入較大，從設備到基建、從APP到SaaS平臺都由企業一手承包，對資金規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值鏈，提高汽車產品競爭力，帶動銷售等，目前大功率充電樁的布局就主要由車企主導。

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，或是商圈物業自營的充電樁等，規模較小。這些私人充電樁有時候也能夠接入到第三方平臺，在空閑的時候轉化為公共充電樁。

第三方平臺主要的業務是提供跨平臺的資源整合，比如將充電樁運營商、車企，甚至是私人充電樁等的資源，融合到一個app或一個平臺系統上，提供位置、功率、狀態、價格等信息，能夠通過一個平臺打通多個場景的充電服務，比如導航找樁、支付等解決方案。

充電樁市場概覽

在汽車行業邁向電動化的過程中，電力開始逐步取代燃油成為汽車的動力來源。作為新能源汽車補能基建的核心設備，充電樁的需求規模隨著新能源汽車市場的擴大而擴大。

但相比與燃油車的補能基建，加油站的分布顯得較為容易規劃，因為一輛車加油的時間往往在五分鐘左右，加油站分布可以適當分散。

而電動汽車的充電速度較慢，以80kW·h電池包為例，使用100kW充電樁時，從20%到80%的電量最快也需要30分鐘。由于受到電池電化學特性的影響，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，用來反映電池當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，80kW·h的電池包在100kW充電樁下進行充電，SOC從0%到100%所需時間往往是要大于1小時。

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車位。與此同時，由于補能的時間被拉長，那么相對地為了保證一定規模的電動汽車的補能需求，就需要與電動汽車規模成一定比例數量的充電樁。 根據中國充電聯盟的數據，2023年1-11月，聯盟成員上報數據顯示，充電基礎設施增量為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年的充電樁增量數據，2022年1-11月，充電基礎設施增量為233.2萬臺；即2023年1-11月的充電樁增量同比上升了31%。

根據中國汽車工業協會的數據，2022年1-11月國內新能源汽車銷量為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先于充電樁的增量。

從充電樁的存量數據來看，截止2023年11月，全國充電基礎設施累計數量為826.4萬臺，同比增加67.0%。而綜合公安部以及中汽協的數據，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，在市場規模方面，中國充電聯盟的數據顯示，2022年中國充電樁市場的規模約為212億元，預計2023年會提升至338.9億元，到2025年市場規模將達到730億元左右，2022-2025年復合年均增長率約為51%。

同時由于對于補能速度的需求，加上800V平臺陸續加速上車，400kW以上充電樁在車企自建樁的推動下開始放量，高壓快充直流樁在市場中的占比也將會進一步提升。而大功率快充樁的價值量提升，也將會進一步帶動整體充電樁市場規模的擴大。

從用戶的使用場景來看，谷電價格優勢以及與現有車位配套的便利性，隨車配建的私人充電樁數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，最快可以實現12分鐘補充500km續航里程，基本可以滿足隨用隨充、即充即走的快速補能需求，補能體驗上也開始接近于燃油車。

補能速度增加，車輛單次使用公共快充樁的時間就大幅降低，這可能導致公共快充樁數量的真實需求會降低。舉個例子，如果一個充電站中有10個車位和10根普通的快充樁，如果平均每輛車充電時間需要1小時，那么就相當于1小時能夠為10輛車補能。

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間只需要10分鐘（一般不會完全沒有電才去充電），那么這時候大功率快充樁就能夠為充電站的效率提高6倍，理想情況下一小時能為60輛車進行補能。

當然，實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。所以當市場上支持400kW及以上快充的車型遠遠未普及的時候，充電樁的數量依然是保證補能體驗的關鍵。

長遠來看，當電動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施中的占比會緩慢降低，這是一個緩慢的過程，公共充電樁的比例可能要到2030年才會出現下降。另一方面，即使公共充電樁由于大功率快充導致增長放緩，市場規模也可能會持續增速，因為大功率充電樁的成本增加幅度較大，單機價值量的高漲能夠帶動市場規模持續增長。

充電樁產業鏈構成

充電樁由充電模塊、充電槍、線纜、主控板、計量監控、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、升壓穩壓（控制、轉換）等作用，充電模塊的功率和數量，決定了充電樁的輸出功率。其核心技術壁壘在于電力電子功率變換電路拓撲技術創新能力、嵌入式軟件實時控制算法的可靠性、電氣系統設計的安全性及大功率散熱技術的結構設計能力和高功率密度的集成化能力。

目前國內充電模塊的主要供應商有英飛源、優優綠能、特來電、永聯等。 充電模塊工作原理示意圖 來源：優優綠能

充電模塊的關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，當充電模塊工作時，三相交流電經過有源功率因數校正（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動電路作用于半導體功率開關，從而控制充電模塊的輸出電壓及電流，進而對電池組進行充電。

在充電樁中的成本與充電樁功率呈正相關，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業中占據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，國內有不少供應商進入到充電樁領域，比如東微半導、斯達半導、新潔能、龍騰半導體等。部分充電模塊采用SiC MOS以提高效率和功率密度，一般應用于大功率快充樁中，目前國內SiC MOS器件廠商中，華潤微、芯導科技、派恩杰、芯塔科技、安世半導體等產品都導入了充電樁應用。而功率GaN目前已經在一些小功率的家用充電樁中應用。

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行電氣隔離，避免干擾和沖擊。在這個領域，國內納芯微、思瑞浦、圣邦等模擬芯片廠商都已經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。目前國內也有多家MCU廠商推出了應用于充電樁的MCU產品，比如極海、國民技術、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，由于加入了智能網聯的功能，因此也需要蜂窩通信模組，比如4G/Cat.1等，充電樁應用的通信模組主要企業有移遠、芯訊通、廣和通、有方科技、美格智能、利爾達等。

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冷轉往液冷，充電槍的絕緣等級和液冷線纜的成本也會逐步攀升，同時這個部分由于材料成本有較高下限，價格不會有太大幅度的下降，所以價值量將會保持一個比較穩定的水平。

下一期，我們將會對充電樁、充電模塊的市場格局，產業鏈企業分布、各家廠商的技術方案等進行分析，記得關注我們~