（報(bào)告出品方/作者：東北證券，周穎）

1.快充技術(shù)成為新能車(chē)發(fā)展的方向

1.1.從創(chuàng)新擴(kuò)散理論出發(fā)，快充是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)新能車(chē)產(chǎn)品迭代重要方向

功能穩(wěn)定的實(shí)用型產(chǎn)品是吸引早期多數(shù)消費(fèi)群體提高滲透率的重要方向。1962 年， 美國(guó)社會(huì)學(xué)家羅杰斯發(fā)表報(bào)告《創(chuàng)新與普及》，提出創(chuàng)新擴(kuò)散理論，解釋新事物的傳 播規(guī)律，他把社會(huì)上的消費(fèi)者分為五類(lèi)：創(chuàng)新者 innovator；早期接受者 early adopter； 早期多數(shù) early majority；晚期多數(shù) late majority；落后者 laggards。創(chuàng)新者愿意花很 多錢(qián)和時(shí)間主動(dòng)積極探索嘗試新產(chǎn)品，通常為最早期接納新產(chǎn)品或新觀點(diǎn)的人群， 這些人占市場(chǎng)總?cè)丝诘?2.5%-3%；早期接受者不如創(chuàng)新者激進(jìn)，但對(duì)新科技新產(chǎn)品 心態(tài)開(kāi)放，決策基礎(chǔ)在于新產(chǎn)品是否帶來(lái)利益，并依據(jù)自己的情況做出獨(dú)立判斷， 此類(lèi)人群占消費(fèi)者群體的 13.5%-14%；

早期多數(shù)較保守，通常在看到市場(chǎng)中已有一 定人群購(gòu)買(mǎi)新產(chǎn)品并證明實(shí)用性后才會(huì)選擇購(gòu)買(mǎi)，他們對(duì)產(chǎn)品早期的存在的功能瑕 疵容忍度較差，這類(lèi)群體占比約 34%；晚期多數(shù)和早期多數(shù)相比更加保守，他們要 等到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)非常明確建立，生態(tài)應(yīng)用，技術(shù)支持，基礎(chǔ)設(shè)施都成熟后，才會(huì)購(gòu)買(mǎi) 新產(chǎn)品，他們占消費(fèi)群體的比例大約 34%左右；落后者消費(fèi)習(xí)慣極端保守，厭惡改 變，通常最晚接受新產(chǎn)品，這類(lèi)人群占比約 16%。

Geoffrey A. Moore 在 1991 年提出 由于創(chuàng)新者和早期接受者的決策基礎(chǔ)完全不同，因此這兩類(lèi)群體之間存在較大的鴻 溝“the Chasm”，跨越此鴻溝后的企業(yè)將會(huì)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而加速產(chǎn)品的非線(xiàn)性 傳播擴(kuò)散，他認(rèn)為早期接受者認(rèn)為產(chǎn)品將會(huì)是具備技術(shù)顛覆性的，而早期多數(shù)則認(rèn) 為產(chǎn)品應(yīng)該是改進(jìn)式的，即對(duì)自己的習(xí)慣影響不大。因此不同于早期對(duì)新技術(shù)的追 求，功能穩(wěn)定的實(shí)用型產(chǎn)品會(huì)成為新產(chǎn)品進(jìn)一步提高市占率的重要發(fā)展方向。

國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)滲透率超 30%，為進(jìn)一步提升滲透率，后續(xù)產(chǎn)品將圍繞解決早期產(chǎn) 品痛點(diǎn)。根據(jù)乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)，2022 年 1-11 月，我國(guó)新能車(chē)國(guó)內(nèi)新能車(chē)滲透率由 18.3% 逐步提升至 35.8%，其中純電車(chē)型滲透率由 13.38%提升至 27.73%，目前階段位于加 速滲透階段（5%-50%）中間點(diǎn)，根據(jù)創(chuàng)新擴(kuò)散理論，新能源汽車(chē)作為新產(chǎn)品已經(jīng)被 國(guó)內(nèi)創(chuàng)新者和早期接受者（合計(jì)占人群比例約 16%）群體中廣泛接受，現(xiàn)階段需要 吸引 Early Majority 群體做出購(gòu)買(mǎi)決策，跨越早期接受者和早期多數(shù)之間的“鴻溝”。 為進(jìn)一步提升早期產(chǎn)品的實(shí)用性，車(chē)企應(yīng)圍繞車(chē)輛基礎(chǔ)功能進(jìn)行“非連續(xù)創(chuàng)新”。續(xù) 航里程和補(bǔ)能速度是早期產(chǎn)品面臨的兩大痛點(diǎn)，目前續(xù)航里程通過(guò)提高能量密度的問(wèn)題已經(jīng)解決，通過(guò)快充功能提高補(bǔ)能速度的趨勢(shì)成為車(chē)企發(fā)力方向。

1.2.車(chē)企近年陸續(xù)發(fā)布快充平臺(tái)

快充車(chē)型自 2021 年以來(lái)陸續(xù)發(fā)布，2022-2023 年迎大規(guī)模量產(chǎn)。目前已搭載 800V 快充的車(chē)型超過(guò) 7 款，作為業(yè)內(nèi)最早采用 800V 高電壓平臺(tái)的車(chē)型，海外車(chē)企保時(shí) 捷早在 2019 年即推出 800V 車(chē)型 taycan,最大充電功率達(dá) 270kW，可在 22.5 分鐘將 93.4kWh 電池電量由 5%充至 80%；同年廣汽 Aion V Plus 上市，現(xiàn)代 Ioniq5 于 2021 年在海外首發(fā)上市，預(yù)計(jì) 2023 年在國(guó)內(nèi)量產(chǎn)交付，其他車(chē)企高壓快充車(chē)型發(fā)布及量 產(chǎn)主要集中在 2022-2023 年。極狐阿爾法 S Hi 版 2022 年 5 月上市，小鵬 G9 2022 年 9 月上市，小鵬 G9 配備三元鋰電池，續(xù)航里程超過(guò) 700km。在充電方面，采用 800V 高壓快充技術(shù)，充電 5 分鐘，續(xù)航 200km。路特斯基于 EPA 平臺(tái)打造的 800V 快充車(chē)型 eletre 于 2022 年 10 月正式上市，奧迪 GS e-tron GT 于 2022 年底上市。

提高充電電壓可以大幅節(jié)省充電時(shí)間。同時(shí)有通過(guò)提升電流加快充電時(shí)間的大電流 方案，此方案對(duì)于充電槍、線(xiàn)纜以及電池核心部件等會(huì)產(chǎn)生較高的熱損失，目前主 流充電槍的最大電流限制 500A，所能達(dá)到的充電功率大約為 200kW，目前車(chē)企普 遍使用 400V 電壓系統(tǒng)，250A 電流，達(dá)到 100kW 的充電功率，按單車(chē)帶電量 50kWh 計(jì)算，電池由 30%SOC 充電至 80%SOC 需要 30 分鐘，800V 高壓可以達(dá)到 300- 500kW 的充電功率，僅需 6-10 分鐘就能迅速補(bǔ)能。依靠提升電流提高功率的路徑 存在上限，因此多數(shù)企業(yè)選擇通過(guò)提高電壓提高充電功率。

海外高壓快充車(chē)型上市后次年銷(xiāo)量攀升明顯。根據(jù)保時(shí)捷 taycan 全球銷(xiāo)量數(shù)據(jù)，在 2019 年量產(chǎn)上市后 2020 年銷(xiāo)量逐季增加，2021 年，保時(shí)捷總銷(xiāo)量 301915 臺(tái)，同比 增長(zhǎng) 11%，其中 Taycan 家族全球銷(xiāo)量 41296 輛，同比增長(zhǎng) 106%，占整體銷(xiāo)量 13.7%。 現(xiàn)代 Ioniq5 在 2021 年 4 月上市后當(dāng)年銷(xiāo)量約 65906 臺(tái)，截止 2022 年 11 月，此車(chē) 型全球銷(xiāo)量 89416 臺(tái)，在北美補(bǔ)貼法案之外仍保持正增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)快充車(chē)型于 2022 年集中量產(chǎn)上市，預(yù)計(jì) 2023 年銷(xiāo)售開(kāi)啟放量。廣汽埃安 V 是 國(guó)內(nèi)較早發(fā)布量產(chǎn) 800V 快充的車(chē)型，2020 年埃安 V 批發(fā)銷(xiāo)量 11173 輛，2021 年 15825 輛，同比增長(zhǎng) 41.63%，2022 年截止 11 月批發(fā)銷(xiāo)量 30097 輛，同比增長(zhǎng) 118%。 其他車(chē)型預(yù)計(jì)將于 2023 年開(kāi)啟放量。

預(yù)計(jì) 2023-2025 年國(guó)內(nèi)快充車(chē)型在整體新能源汽車(chē)滲透率達(dá) 7.34%/13.95%/16.22%。 根據(jù)創(chuàng)新擴(kuò)散理論，30%滲透率后解決現(xiàn)有產(chǎn)品痛點(diǎn)的具備實(shí)用特性的產(chǎn)品有望進(jìn) 一步提高電動(dòng)化滲透率。根據(jù)現(xiàn)有車(chē)型及售價(jià)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)快充車(chē)型主要為 B/C 級(jí)車(chē)， 由于 B 級(jí)電動(dòng)化滲透率加速時(shí)間點(diǎn)早于其他車(chē)型，C 級(jí)車(chē)型對(duì)性能指標(biāo)要求更高， 因此配備快充功能的車(chē)型占比更高，預(yù)計(jì) B 級(jí)快充車(chē)型 2023-2025 年占 B 級(jí)電動(dòng)車(chē) 比例為 30%/60%/80%；C 級(jí)快充車(chē)型 2023-2025 年占 C 級(jí)電動(dòng)車(chē)比例為 60%/100%/100%.據(jù)此 2023-2025 年快充車(chē)型銷(xiāo)量為 67.2/165/228 萬(wàn)輛，在中國(guó)整體 新能車(chē)中滲透率分別為 7.34%/13.95%/16.22%。

2.基礎(chǔ)設(shè)施充電樁先行

2.1.車(chē)企為推快充車(chē)型率先自建充電樁

國(guó)內(nèi)車(chē)樁比提升但公共直流充電樁保有量仍較低。跟據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，新能源 汽車(chē)充電車(chē)樁比達(dá)到3：1 時(shí)可以基本滿(mǎn)足新能源車(chē)充電需求。截至 2022 年 H1，我 國(guó)公共充電樁保有量152.8萬(wàn)臺(tái)，其中直流充電樁 66.5 萬(wàn)臺(tái)、交流充電樁 86.3 萬(wàn) 臺(tái)。到 2022 年中預(yù)計(jì)新能源車(chē)保有量約1001萬(wàn)輛，公樁車(chē)樁比為 6：1，截止 2022H1 中國(guó)私樁保有量為 239 萬(wàn)臺(tái)，私樁車(chē)樁比為4.18：1，隨著新能車(chē)滲透率快速提升， 2022H1 整體車(chē)樁比為 2.46：1。車(chē)企選擇自建快充樁以支持旗下快充車(chē)型銷(xiāo)售。支持快充的車(chē)型充電峰值功率基本 在 200kW 以上，目前國(guó)內(nèi)公共直流充電樁的最大功率基本僅支持 120kW，快充車(chē) 輛在使用現(xiàn)有公共直流快充樁充電也僅能將充電樁功率發(fā)揮至最大，無(wú)法發(fā)揮快充 車(chē)型的充電速率優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)充電布局，2022 年 Q3，小鵬針對(duì) G9 訂單前 10 名城市， 集中建設(shè) S4 超快充站點(diǎn)，到 2023 年，將在重點(diǎn)城市，核心高速沿線(xiàn)上用 S4 場(chǎng)站 提供補(bǔ)能，預(yù)計(jì)到 2025 年，除當(dāng)前的 1000 座自營(yíng)充電站之外，有望再建設(shè) 2000 個(gè) 小鵬超快充站，目前單個(gè)站點(diǎn)配備 4 個(gè)快充樁，功率 480kW 在不同樁之間進(jìn)行智能 分配。廣汽埃安 2021 年發(fā)布最高充電功率為 480kW 的快充樁，預(yù)計(jì)到 2025 年，將 會(huì)在全國(guó) 300 個(gè)城市建設(shè) 2000 座超充站。蔚來(lái)在 12 月正式發(fā)布了 500kW 超快充 樁，最大電流 660A，支持大功率充電，400V 車(chē)型最快僅 20 分鐘，800V 車(chē)型最快 12 分鐘從 10%充至 80%。

2.2.液冷充電槍滲透率有望提升

液冷是解決大功率充電的優(yōu)異方案。大功率充電樁電源的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)國(guó)內(nèi)外已不存 在技術(shù)問(wèn)題，需要解決由大功率充電樁電源到充電槍的線(xiàn)纜連接。國(guó)內(nèi)和歐洲標(biāo)準(zhǔn) 直流充電槍連接的電纜主要有 35 平方毫米軟體導(dǎo)線(xiàn)和 50 平方毫米軟體導(dǎo)線(xiàn)，分別 可承載 125A 及 160A 電流，若將充電功率提升至 240kW-360kW，在充電電壓 400V800V 條件下，需要承載的電流為 300A-600A，使用目前線(xiàn)徑電纜會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高損害充電裝置的電子元件導(dǎo)致無(wú)法工作的問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生起火事故，而加大線(xiàn)纜 線(xiàn)徑理論可行，但實(shí)際中因?yàn)榧哟筌涹w導(dǎo)線(xiàn)截面，會(huì)導(dǎo)致體積過(guò)大而不符合人體工 程。

現(xiàn)有《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置》（GB/T 20234—2015）定義的最大充電電 流等級(jí)為 250 A，主要原因在于超過(guò) 250A 后更大的截面積的導(dǎo)體重量無(wú)法在實(shí)際操 作中應(yīng)用。液冷是一種解決此問(wèn)題的優(yōu)異方案，通過(guò)對(duì)線(xiàn)纜的軟體導(dǎo)線(xiàn)和歐標(biāo)直流 充電槍插孔式液冷段子通入循環(huán)流動(dòng)的冷卻液，軟體導(dǎo)線(xiàn)和插孔式液冷端子在充電 過(guò)程中產(chǎn)生的熱即可由循環(huán)流動(dòng)的冷卻液帶走，同時(shí)線(xiàn)纜的體積較干式電纜不會(huì)增 大，可以滿(mǎn)足人體工程的要求。

我國(guó)高功率快充樁滲透率仍較低。2021 年充電樁運(yùn)營(yíng)商中特來(lái)電、星星充電、國(guó)家 電網(wǎng)分別以 23.9%、21.9%、21.3%市占率位居前三。從 2022 年國(guó)網(wǎng)快充樁招標(biāo)結(jié)構(gòu) 來(lái)看，80kW 和 160kW 功率充電樁占主要份額，其中 240kW 及以上功率充電樁占 比僅為 5%，我國(guó)高功率快充樁滲透率仍較低。液冷充電槍線(xiàn)成本占比較高，快充電樁 2025 年迎千億市場(chǎng)空間。根據(jù)公開(kāi)信息，充 電樁均價(jià)約為 0.4 元/W，推算 240kW 快充樁價(jià)格約 9.6 萬(wàn)元，根據(jù)日豐股份發(fā)布會(huì)中的液冷充電槍線(xiàn)價(jià)格 2 萬(wàn)元/套，推算液冷充電槍成本約占充電樁成本 21%，成為 僅次于充電模塊的成本最高組件。預(yù)計(jì)隨著新能源快充車(chē)型保有量提升，2025 年我 國(guó)高功率快充樁市場(chǎng)空間約 1334 億元。

3.不同車(chē)企升壓方案下三電系統(tǒng)變化存在差異

3.1.全車(chē)800V方案成技術(shù)趨勢(shì)，目前升壓方案各有差異

汽車(chē)電氣架構(gòu)主要涉及包括電驅(qū)、電控、電池在內(nèi)的三電系統(tǒng)。通過(guò)充電接口，交 流電經(jīng)過(guò)車(chē)載充電機(jī)（OBC）轉(zhuǎn)化為直流電，通過(guò)電源分配單元（PDU）將電分配 給電池或通過(guò) DC/DC 轉(zhuǎn)換器降壓給其他車(chē)身電器設(shè)備用電，電池電源進(jìn)一步通過(guò) 電機(jī)控制器（MCU）驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。

從 400V 過(guò)渡到 800V 的高壓架構(gòu)，通常有 6 種不同方案。主要有兩種設(shè)計(jì)思路：第一種是將電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能同時(shí)滿(mǎn)足 400V 和 800V 的電池系統(tǒng)，其他部件選擇 400V 或 800V；第二種使用升壓模塊外搭電氣電路進(jìn)行升壓。通過(guò)串聯(lián) 400V 電池 進(jìn)行升壓的方案，動(dòng)力電池需要特殊設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在于電池并環(huán)流的潛在問(wèn)題。串聯(lián) 兩個(gè) 400V 電池，其余部件全系 800V，通過(guò)改變電池的設(shè)計(jì)，400V 和 800V 靈活輸 出，或通過(guò)新增切換繼電器靈活輸出 400V 和 800V。

若新增升壓模塊外搭電氣電路， 即將電池設(shè)計(jì)為 800V，其余部件不改動(dòng)，整車(chē)的交流充電、電驅(qū)、高壓部件均為 400V，新增 400V-800V 的 DCDC 兼容 400V 直流充電?；蛘咚懈邏翰考鶠?800V， 采用驅(qū)動(dòng)復(fù)用方案，不需要增加額外的 DCDC。比亞迪和現(xiàn)代 E-GMP 平臺(tái)采用 Boost 升壓電路升壓，不需要額外的升壓模塊，車(chē)載部件全系 800V，電驅(qū)升壓兼容 400V。 由于充電過(guò)程中，不需要驅(qū)動(dòng)，比亞迪采用復(fù)用后橋電機(jī)控制器中的功率器件的模 式，用在 400V-800 升壓 DCDC 中，可以在 300-750V 電壓范圍內(nèi)進(jìn)行直流快充。

目前車(chē)企主要采用增加 DCDC 升壓或驅(qū)動(dòng)復(fù)用升壓方案。由于通過(guò)并聯(lián) 400V 電池 形成靈活輸出 400V 和 800V 需要對(duì)電池進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，新增繼電器等元器件，因此 車(chē)企主要采用新增 DCDC 升壓模塊或利用 Boost 電路升壓，通過(guò)外接 800V 儲(chǔ)能電 容，兼容 400V 充電設(shè)施。比亞迪和現(xiàn)代采用驅(qū)動(dòng)升壓方案，現(xiàn)代高壓車(chē)型 Ioniq5 電氣架構(gòu)采用后驅(qū)五合一，將車(chē)載電源和永磁同步電機(jī)集成在一起，通過(guò)動(dòng)力電機(jī) 逆變器將 400V 升壓至 800V。保時(shí)捷主要新增高壓轉(zhuǎn)換器，核心是充電泵，外部的 直流電壓輸入以后，進(jìn)入主 EMI 的濾波器，然后連接直流電容，配合 IGBT 模塊（開(kāi) 關(guān)和二極管）后可以進(jìn)行升壓動(dòng)作。

從電氣架構(gòu)選擇角度，800V 電機(jī)匹配 800V 逆變器有助于提高電轉(zhuǎn)化效率。800V 電機(jī)可以提高電機(jī)功率密度，800V 逆變器搭配 800 V 電機(jī)效率最高。從電機(jī)角度 看，800V 電機(jī)存在強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力和設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加的劣勢(shì)，但電磁性能得到改善， 800V 電機(jī)有利于提高電機(jī)功率密度。從逆變器的角度來(lái)看，在 800V 電池和 800V 電機(jī)之間使用的逆變器將具有更高的效率、更好的 THD、更低的直流支撐電容器尺 寸和成本。與之相對(duì)，運(yùn)行 400 V 電機(jī)的 800 V 逆變器具有最高的總傳導(dǎo)損耗、 最高的開(kāi)關(guān)損耗和最高的總功率損耗。由于相電流減半，運(yùn)行 800V 電機(jī)的 800V 逆變器的最低傳導(dǎo)損耗。根據(jù)不同逆變器對(duì)輸入電容器的要求，驅(qū)動(dòng) 800V 電機(jī)的 800V 逆變器需要最少的電容來(lái)執(zhí)行相同的濾波效果。

車(chē)載電源集成化趨勢(shì)和大功率高頻率趨勢(shì)疊加。車(chē)載電源供應(yīng)商主要配合車(chē)企進(jìn)行 產(chǎn)品配套研發(fā)，產(chǎn)品體積空間、設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)定制化屬性較強(qiáng)，近年來(lái)隨著車(chē)企 輕量化、大功率、高頻率要求的提升，車(chē)載電源逐步從分立器件向二合一、三合一 及與驅(qū)動(dòng)集成為五合一的集成產(chǎn)品發(fā)展。集成產(chǎn)品較單獨(dú)車(chē)載電源單車(chē)價(jià)值量有所 下降，但車(chē)型電氣架構(gòu)提升至 800V 高壓后，集成產(chǎn)品的單車(chē)價(jià)值量較分立器件和 低壓集成產(chǎn)品均有所提高，按此前假設(shè) 800V 車(chē)型滲透率 2023-2025 年分別為 7.34%/13.95%/16.22%，預(yù)計(jì) 2023-2025 年車(chē)載電源市場(chǎng)空間為 263 億/337 億/460 億 元。

半導(dǎo)體器件、電阻電容、磁性元件為影響車(chē)載電源性能的主要原材料。車(chē)載電源中 OBC 典型線(xiàn)路結(jié)構(gòu)是由 PFC 和 DC/DC 組成，其中半導(dǎo)體器件、五金結(jié)構(gòu)件、電阻 電容、磁性元件為主要的成本構(gòu)成，分別占比為 23%、18%、16%、13%。其前級(jí) PFC 線(xiàn) 路 和 后 級(jí) DC/DC 輸出線(xiàn)路均會(huì)使用碳化硅二極管（拓?fù)渚€(xiàn)路中 D1/D2/D3/D4/D5/D6），在 OBC 產(chǎn)品上使用碳化硅功率器件對(duì)于提升 OBC 產(chǎn)品的效率、功率密度和質(zhì)量密度提升上發(fā)揮了重要作用。車(chē)壓平臺(tái)提升后，車(chē)載電源的半 導(dǎo)體器件變化較大，配合目前 OBC 從單相 220V 到三相 380V 的發(fā)展趨勢(shì)，PFC 輸 出級(jí)的電壓會(huì)相應(yīng)提高到 600V 以上，需選用 1200V 系列的 SiC MOS 材料，而傳統(tǒng) 硅基 IGBT，車(chē)壓平臺(tái)在 450V 時(shí) IGBT 耐壓強(qiáng)度僅為 650V，若升級(jí)至 800V，DC/DC 次級(jí)器件會(huì)從目前的 650V 二極管轉(zhuǎn)變成 1200V 的相關(guān)產(chǎn)品。

800V OBC 和 DC/DC 升壓模塊的變化主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體功率器件。車(chē)載變壓模塊 初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)所需的最小額定電壓為 800 V，考慮 50%的安全裕度，應(yīng)在初級(jí)側(cè)使用 具有 1.2-kV 額定電壓的開(kāi)關(guān)，但阻斷電壓高于 900V 的硅 MOSFET 價(jià)格昂貴且導(dǎo) 通電阻高，會(huì)導(dǎo)致較高的傳導(dǎo)損耗，因此會(huì)選擇碳化硅 MOSFET 或 IGBT。根據(jù)高 功率密度的要求，開(kāi)關(guān)頻率達(dá) 100kHz 以上可以降低無(wú)源元件如變壓器和電容器的 尺寸，而 IGBT 不適合在高于 20kHz 的頻率下運(yùn)行，但 SiC MOSFET 具有較低的開(kāi) 關(guān)損耗，且在使用 SiC MOSFET 的 DC/DC 輸出功率由 1.3 kW 增加到 2kW 時(shí)，與 400V APU 相比，800V APU 的總功率損耗更小。

3.2.電子元器件耐壓強(qiáng)度及安全要求相應(yīng)提升

激勵(lì)熔斷器滲透率提升。熔斷器在新能源汽車(chē)中主要起電路過(guò)流保護(hù)作用，通常分 為低壓保護(hù)區(qū)域和高壓保護(hù)區(qū)，低壓保護(hù)區(qū)主要用在燈光、雨刷器、喇叭等線(xiàn)路中， 單車(chē)用量約 2-3 只，單只價(jià)值量較低；高壓保護(hù)區(qū)主要是車(chē)載電源及電機(jī)控制器、 空調(diào)、PTC 等回路，其中主回路用量 2-3 只，輔助回路用量 3-5 只，主要為電力熔 斷器，單只價(jià)值約 15-60 元。800V 電壓平臺(tái)車(chē)型的熔斷器在絕緣、耐壓等級(jí)等方面 需求均有提升，新型激勵(lì)熔斷器作為有主動(dòng)斷開(kāi)功能的熔斷器滲透率有望提升。激 勵(lì)熔斷器主要通過(guò)接收控制信號(hào)激發(fā)保護(hù)動(dòng)作，不必須承載過(guò)電流，因此可以有效 提高整車(chē)安全性，激勵(lì)熔斷器單只價(jià)值量約為電力熔斷器的 1.5-5 倍，若單只替換 升級(jí)單車(chē)價(jià)值量提升約 46%。

直流接觸器需要提升額定絕緣電壓及最高運(yùn)行電壓。新能車(chē)在電池系統(tǒng)和逆變器之 間配置直流接觸器，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)起連接作用，連接電源與負(fù)載，其技術(shù)指標(biāo)為約定發(fā)熱電流；當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行后起到隔離作用，其重要技術(shù)指標(biāo)為額定絕緣電壓； 當(dāng)車(chē)輛關(guān)閉或發(fā)生故障時(shí)，能安全的將儲(chǔ)能系統(tǒng)從車(chē)輛電氣系統(tǒng)中分離，起到分?jǐn)?電路的作用，主要指標(biāo)為最高運(yùn)行電壓。

高壓接觸器在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用根據(jù)車(chē) 型及動(dòng)力系統(tǒng)的不同，單車(chē)用量有所差異，每臺(tái)新能源乘用車(chē)約 4-6 只，商用車(chē) 4- 8 只，一般包括 2 只主接觸器、1 只預(yù)充接觸器、2 只快充接觸器、2 只普通充電接 觸器和 1 只高壓系統(tǒng)輔助設(shè)備接觸器；高壓接觸器在充電樁中通常配備 2-4 只，包 括充電主線(xiàn)路切斷用接觸器與放電保護(hù)接觸器；根據(jù)國(guó)力股份招股書(shū)，新能源乘用 車(chē)用高壓接觸器單只均價(jià)約為 115 元，推算單車(chē)價(jià)值量為 460-700 元左右。800V 電 壓平臺(tái)接觸器的額定開(kāi)關(guān)負(fù)載超過(guò) 400 安培，根據(jù)經(jīng)銷(xiāo)商調(diào)研數(shù)據(jù)，單只售價(jià)約為 400-700 元，若升級(jí) 2 只主回路接觸器，單車(chē)價(jià)值量約為 1145 元，較原來(lái)單車(chē)價(jià)值 量提升約 63.5%。

4.快充功能給電池壽命和安全帶來(lái)挑戰(zhàn)

4.1.快充對(duì)電池負(fù)極提出挑戰(zhàn)

由于充電電壓提升至 800V-1000V，充電功率和充電倍率提升可能會(huì)造成負(fù)極產(chǎn)生 析鋰效應(yīng)。通常 800V 車(chē)型的電池充電倍率為 4C-6C，充電倍率提升后，快充電池 可能會(huì)出現(xiàn)析鋰效應(yīng)，主要短板在負(fù)極。根據(jù) Thomas Waldmann 等人的研究，當(dāng)荷 電狀態(tài)（SOC）和充電電流密度越大，測(cè)試溫度越低，石墨負(fù)極的電位就會(huì)越負(fù)， 負(fù)極表面的鋰沉積副反應(yīng)也越容易發(fā)生。析鋰效應(yīng)的主要誘因是負(fù)極嵌鋰空間不足、 Li+嵌入負(fù)極阻力太大、Li+過(guò)快的從正極脫嵌但無(wú)法等量的嵌入負(fù)極等。鋰離子在 負(fù)極內(nèi)的擴(kuò)散速率、負(fù)極界面處電解質(zhì)的濃度梯度、電極/電解質(zhì)界面的副反應(yīng)等因 素均會(huì)影響電池的析鋰效應(yīng)。當(dāng)鋰離子電池在更高溫度下（＞45 ℃），以較高電流 倍率（≥1 C）進(jìn)行充放電循環(huán)時(shí)，常常觀察到金屬鋰僅沉積在負(fù)極表面局部區(qū)域。

析鋰反應(yīng)會(huì)造成電池容量衰減，由此帶來(lái)電池壽命縮短。由于負(fù)極嵌鋰空間不足、 Li+嵌入負(fù)極阻力太大、Li+過(guò)快的從正極脫嵌但無(wú)法等量的嵌入負(fù)極，形成的金屬 鋰隨機(jī)分布在負(fù)極和隔膜表面，并與電解液反應(yīng)生成較厚的 SEI 膜。Ansean 等研究 發(fā)現(xiàn)， SEI 膜的生長(zhǎng)堵塞了負(fù)極活性材料之間的孔隙，使負(fù)極嵌鋰過(guò)程的動(dòng)力學(xué)變 慢，加快了鋰沉積副反應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中，電解液不斷被消耗，束縛在 SEI 膜中的 鋰和沉積在負(fù)極表面的金屬鋰越來(lái)越多，使容量衰減速率越來(lái)越快。

析鋰效應(yīng)帶來(lái)電池?zé)崾Э兀斐砂踩[患。熱失控主要是由于負(fù)極表面堆積的鋰枝 晶持續(xù)生長(zhǎng)可能會(huì)刺破隔膜，造成內(nèi)部短路或沉積在負(fù)極表面的鋰與電解液發(fā)生反 應(yīng)，釋放大量熱量，當(dāng)溫度持續(xù)升高，電解液分解產(chǎn)生的氣體使電池內(nèi)部壓力不斷 上升，最終引起電池放氣和金屬鋰融化。在該過(guò)程中，空氣中的水和氧氣與金屬鋰 發(fā)生劇烈的反應(yīng)，導(dǎo)致燃燒甚至爆炸。

4.2.負(fù)極可通過(guò)改變形貌或組分進(jìn)行改性

快充需要加強(qiáng)鋰離子在電極材料中的遷移和擴(kuò)散速率，解決鋰離子在電解質(zhì)和相界 面處的傳輸問(wèn)題。由于石墨是層狀排布的二維結(jié)構(gòu)材料，且石墨層間距較小 （0.335nm），因此鋰離子在垂直于石墨片層方向的遷移和擴(kuò)散系數(shù)低于邊緣平面。 這個(gè)特性會(huì)影響電池的倍率性能，因此基于快充需求的負(fù)極材料需要調(diào)控鋰離子在 石墨晶格中的固相擴(kuò)散。具體又分為兩種策略：強(qiáng)化單一相擴(kuò)散和增強(qiáng)界面動(dòng)力學(xué)， 旨在提高鋰離子和石墨顆粒內(nèi)部或電解液中的擴(kuò)散能力和在 SEI 膜界面的遷移能力。 通過(guò)微觀形貌和結(jié)構(gòu)的改良設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)石墨與鋰離子反應(yīng)的活性位點(diǎn)，從而增 強(qiáng)電子傳輸，提高快充性能。單采用針狀焦制備的一次顆粒負(fù)極材料在電化學(xué)性能 方面仍存在一定缺陷，二次造粒可優(yōu)化石墨形貌。

容量較高的人造石墨負(fù)極主要使 用針狀焦為原材料，王鄧軍等以煤系針狀焦為原料,經(jīng)破碎、石墨化得到一次顆粒負(fù) 極材料,其首次庫(kù)倫效率為 84%。雖然以針狀焦為原料的一次顆粒負(fù)極材料具有較高 的容量,但由于針狀焦特有的流線(xiàn)型纖維結(jié)構(gòu)使其在各個(gè)方向上的取向度不同,單采 用針狀焦制備的一次顆粒負(fù)極材料在電化學(xué)性能方面仍存在一定缺陷,容易造成電 池膨脹,且倍率性能一般,存在首次庫(kù)倫效率較低等問(wèn)題。

為提高鋰離子在固體電解 質(zhì)界面（SEI）膜的遷移能力，從負(fù)極材料著手，通過(guò)造粒、二次造粒改變石墨本身 的形貌以?xún)?yōu)化鋰離子在負(fù)極的擴(kuò)散效率是比較主流的方法，粒徑大的石墨比表面積 小，因而較少與電解液形成副反應(yīng)，但是大粒徑石墨對(duì)于鋰離子嵌入的活性位點(diǎn)和 擴(kuò)散通道較少，倍率性能較差，Zhang 等將不同粒徑的石墨進(jìn)行混合級(jí)配，發(fā)現(xiàn)加 入小顆粒石墨后電池的內(nèi)阻減小，比容量升高。對(duì)石墨的粒徑水平和粒徑分布進(jìn)行 合理的設(shè)計(jì)，是獲得高性能石墨負(fù)極材料的關(guān)鍵。二次造?？稍黾迂?fù)極材料的各向 同性,從而改善電池的首次庫(kù)倫效率和倍率性能。球形化處理是目前工業(yè)上常用的改 性方式，片狀石墨的球形處理可以減輕石墨的各向異性，在不增大比表面積的同時(shí) 增加活性嵌入位點(diǎn)。

和硬碳摻混合成材料能有效改善負(fù)極快充性能。美國(guó)密歇根大學(xué)的 Kuan-Hung Chen 等人通過(guò)石墨與硬碳混合的方式，顯著提升了負(fù)極的快速充電能力，在 4C 和 6C 倍 率下循環(huán) 500 次后，容量保持率仍然可達(dá) 87%和 82%。

硬碳材料作為一種非石墨化 的碳材料，具有高度無(wú)序的碳層結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn) Li+的快速嵌入，但由于硬碳的真 密度較低，僅 1.6g /cm3，石墨為 2.2g/cm3，存在庫(kù)倫效率低等劣勢(shì)，因此將石墨 和硬碳摻混作為負(fù)極材料，可能會(huì)取得較好測(cè)試結(jié)果。Kuan-Hung Chen 等人發(fā)現(xiàn)純 硬碳在 4C 快充倍率下循環(huán)性能最佳，100 次循環(huán)后容量保持率約為 96%，純石墨 負(fù)極和含有 25%硬碳的負(fù)極在循環(huán)后都出現(xiàn)了顯著的析鋰現(xiàn)象，電極表面覆蓋了一 層銀白色的金屬鋰，但硬碳的摻混比例過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致電池能量密度降低，KuanHung Chen 的研究表明通過(guò)在石墨負(fù)極中混入約 50%的硬碳能夠顯著降低過(guò)充條 件下石墨負(fù)極表面的電流密度，且在 500 次循環(huán)后 50%石墨+50%硬碳的負(fù)極能量 密度最高。

硅基負(fù)極可以有效提高電池的快充性能。硅材料是目前已知的擁有最高理論比容量 的負(fù)極材料，相比目前主流的石墨負(fù)極材料，硅基負(fù)極材料有 2 大優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)挝蝗萘?高，儲(chǔ)量豐富。硅元素則可以抑制枝晶的生長(zhǎng)，從而在更適配快充負(fù)極。硅基負(fù)極 主要在負(fù)極中摻硅，但由于硅的體積膨脹容易導(dǎo)致電池發(fā)生形變爆炸，因此用硅的 氧化物 SiOx 取代 Si，是目前硅基負(fù)極材料的重要研究方向之一。SiOx 并非由單一 相組成，而是由許多均勻分布的納米級(jí) Si 團(tuán)簇、SiO2 團(tuán)簇以及介于 Si/SiO2 兩相界 面之間的 SiOx 過(guò)渡相組成，通過(guò)提高 SiOx 中的 x 值，可增加在充放電時(shí)生成不可 逆 Li2O 相，同時(shí)動(dòng)力學(xué)加快，體積膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力得到有效釋放，從而實(shí)現(xiàn)更小的 體積膨脹。

硅體積易膨脹，氧化亞硅首效低。硅在充放電時(shí)，由于硅晶體是正四面體結(jié)構(gòu)（石 墨是層狀結(jié)構(gòu)），所以更容易膨脹，膨脹率可達(dá)到 300%。這會(huì)讓電池變得更加不穩(wěn) 定。硅充放電過(guò)程中體積膨脹收縮變化達(dá) 320%（石墨僅 12%），會(huì)產(chǎn)生較大的機(jī)械應(yīng)力，多次循環(huán)后硅顆粒會(huì)發(fā)生斷裂和粉化，造成負(fù)極失效。相較于單質(zhì)硅顆粒， 氧化亞硅（SiOx）在鋰嵌入過(guò)程中發(fā)生的體積膨脹較小，因此相對(duì)純硅負(fù)極，其循 環(huán)穩(wěn)定性有較為明顯改善，但是氧化亞硅負(fù)極在充放電過(guò)程中會(huì)生產(chǎn) Li2O 等非活 性物質(zhì)，導(dǎo)致 SiOx 材料首次效率較低。

硅負(fù)極主要采用摻雜的方式加入到人造石墨中，同時(shí)加入導(dǎo)電劑。納米化無(wú)法解決 導(dǎo)電率低的問(wèn)題，主流技術(shù)路線(xiàn)為硅碳和硅氧，硅碳負(fù)極是指納米硅與石墨材料混 合，硅氧負(fù)極則采用氧化亞硅與石墨材料復(fù)合。瑞士保羅謝爾研究所電化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 Sigita Trabesinger 教授研究了不同充電倍率下石墨硅共混物的充電性能及行為，結(jié) 果表明，阻抗隨著硅含量的增加而顯著增加，活性材料共混物中硅組分所產(chǎn)生的附 加電阻會(huì)阻礙快速充電，而致密的電極涂層和較高的導(dǎo)電添加劑的含量可以改善硅 基負(fù)極的快充性能。

應(yīng)對(duì)硅基負(fù)極局限性的主要技術(shù)包括硅納米化，預(yù)補(bǔ)鋰及對(duì)粘結(jié)劑添加劑的改進(jìn)。 SiOx 材料目前主要存在兩個(gè)問(wèn)題：首次庫(kù)侖效率低和循環(huán)性能的衰減。前者目前較 為實(shí)際的解決辦法主要是通過(guò)向添加少量的 Li 源，在充電的過(guò)程中利用這部分額外 的 Li 補(bǔ)充首次充電過(guò)程中不可逆的 Li 消耗，以達(dá)到提升鋰離子電池首次效率的目 的；后者主要是通過(guò)碳包覆與 SiOx 納米化來(lái)緩沖體積膨脹，提升循環(huán)穩(wěn)定性。

高比容量 4680 量產(chǎn)打開(kāi)硅基負(fù)極應(yīng)用空間。預(yù)計(jì)具備大電流快充功能的 4680 電池 采用了高鎳正極，需要使用比容量更高的硅負(fù)極與之匹配，最大限度的提升電池整 體能量密度，其次，4680 圓柱形的體積相較于方形和軟包結(jié)構(gòu)，更容易控制硅負(fù)極 的體積膨脹。特斯拉在 2022 年 2 月份宣布已生產(chǎn)了 100 萬(wàn)塊 4680 電池，預(yù)計(jì) 4680 電池會(huì)在 2022 年出貨，在 2023 年迎來(lái)放量，帶動(dòng)硅負(fù)極增長(zhǎng)。據(jù) Electric Vehicle Database，一輛Model Y的電池容量是75kWh，一輛Cybertruck的電池容量是250kWh， 一輛 Semi 的電池容量是 500kWh。2022 年 4680 電池產(chǎn)量的需求約 75GWh，2030 年 4680 電池產(chǎn)量的需求約 3160GWh（3.16TWh），較 2022 年增長(zhǎng)約 4113%。

預(yù)計(jì) 2023 年 4680 電池硅基負(fù)極需求約 5.3 萬(wàn)噸。隨著快充電池及高能量密度電池 的發(fā)展要求，硅碳負(fù)極（SiOx-C）的摻混量預(yù)計(jì)從 10%提升到 15%，保守按 10%摻 硅比例計(jì)算，1GWh 的電池消耗約 750 噸的硅基負(fù)極材料，預(yù)計(jì) 2023 年硅基負(fù)極需 求量約 5.3 萬(wàn)噸，2025 年硅基負(fù)極需求量約 15 萬(wàn)噸。

4.3.電解液體系影響快充電池及負(fù)極性能

電解液影響負(fù)極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及 SEI 膜等結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)電解液體系是提高電池快充性能 的有效策略。在低濃電解液中，鋰離子被大量溶劑溶解，形成鋰離子溶劑化鞘層， 在鋰離子嵌入負(fù)極時(shí)易形成溶劑分子共嵌入，石墨層間微弱的范德華力難以在溶劑 分子共嵌入后維持石墨片層結(jié)構(gòu)；同時(shí)電解液中的添加劑和鋰鹽同鋰離子形成 SEI 膜，不同的添加劑及鋰鹽體系影響 SEI 膜的成膜，從而影響電池的循環(huán)壽命和倍率 性能，因此調(diào)節(jié)電解液是提高電池快充性能的有效策略。 溶劑和鋰鹽選擇對(duì)快充性能影響較大。

溶劑的選擇是影響去溶劑化動(dòng)力學(xué)速率的關(guān) 鍵因素，Okoshi 等計(jì)算了鋰、鈉、鉀和鎂等離子在 27 種不同溶劑中的去溶劑化能 壘，發(fā)現(xiàn)鋰離子在不同溶劑中的去溶劑化勢(shì)壘磷酸三甲酯和二腈最高；在鋰鹽選擇 中，含雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSI)的電解液具有比含其他鋰鹽電解液更高的電導(dǎo)率， 在 LiPF6 基電解液中添加少量雙草酸硼酸鋰(LiBOB)，可以建立更為穩(wěn)定的 SEI 膜， 研究為產(chǎn)業(yè)化配方提供了重要參考。

添加劑體系中適當(dāng)含量 FEC 有助于負(fù)極成膜。Son 等對(duì)比了氟代乙酸酯(FEC)和碳 酸亞乙烯酯(VC)添加劑對(duì)全電池體系中石墨負(fù)極大電流充放電時(shí)析鋰情況的影響， 發(fā)現(xiàn)適當(dāng)含量 FEC 的加入有助于在石墨陽(yáng)極上形成理想的 SEI 膜，從而有助與提升 石墨的快充性能。

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