培训课件：充电桩功率模块分析报告

直流充电桩功率模块市场分析业务说明近年来，我国新能源汽车产销量规模持续扩大，对充电设备的需要也与日俱增。目前电动汽车的电能补给方式主要分为充电和换电两种。我国当前以充电为主流补给方式，换电站暂不讨论。充电模式分为常规充电及快速充电两种，常规充电对应的充电设备为交流充电桩，是指固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供220V或380V交流电源的供电装置。交流充电桩无法为电池直接充电，需连接车载充电机才能完成充电过程，由于车载充电机功率相对较小，因此交流充电桩充电时间较长，但对蓄电池的寿命影响较小，且设备结构简单，成本较低。交流充电桩电气工作原理业务说明快速充电对应的充电设备为直流充电桩，与交流电网直接连接，内置大功率直流充电模块，可以输出高达150-400A的电流，从而实现快充的功能。充电过程中，三相交流电经配电变压器降压后，统一经整流装置变为直流电，再经滤波后通过DC/DC功率变换器，经高频功率变换器变换输出需要的直流，再次滤波后为电动汽车动力蓄电池充电。由于直流充电桩功率通常为50-100kW的大功率，需要配备专用的供电线路及变压器等设备，因此安装成本高于交流充电桩。直流充电桩功率模块结构考虑到直流充电桩的技术含量和市场价值高于交流充电桩，因此下文主要讨论直流充电桩和其功率模块情况。政策支持《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》国家能源局联合发布新修订的电动汽车充电接口及通讯通信国家协议标准《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额通知》《汽车产业中长期发展规划》（2017）《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)《加快居民区电动汽车充电基础设施的建设通知》《关于统筹加快推进停车场与充电基础设施一体化建设的通知》《关于加快单位内部电动汽车充电基础设施建设的通知》自2015年开始，为配合及推动电动汽车产业的发展，政府推出一系列政策助推电动汽车充电行业发展，国家发改委陆续推出了一系列有利的发展政策，部分重点省市也提出了相关发展规划，我国充电设施产业政策体系已基本完善，中央各部委、中央与地方通力合作，为充电设施发展营造了良好的政策氛围。地方政策据统计，我国已有超过80个省、市发布了“十三五”期间地区电动汽车充电基础设施建设规划或相关指导意见，有效指导当地的电动汽车充电基础设施建设工作。另外，全国大部分省市明确了“十三五”期间地区的新能源汽车产销数量，作为必需配套的充电基础设施建设数量也随之增加。国家标准国家质监局、国家标准委、国家能源局以及工信部等机构对电力操作电源、电动汽车充电设备、充电电源系统和车载电源制定了多项标准：国网标准国家电网针对直流充电桩的统一标定而推出的1591标准，明确了充电桩的研发和出厂环节的统一标定和测量方法。在国网1591标准中，充电桩测试主要是有两个方向，一个是电参数的测试项目，一个是兼容性的测试项目。电参数测试项目如左下表所示，兼容性测试则分为充电接口兼容性测试、充电控制兼容性测试以及充电通信兼容性测试。充电通信兼容性测试主要是对CAN总线进行相关测试，具体在物理层、链路层和应用层都有测试标准规定，其他测试项目还包括温升试验、噪声试验、机械强度实验、环境试验等一系列安规检测。测试系统架构如右图：市场规模测算2015年国务院在《关于加快电动汽车充电基础···设施建设的指导意见》中强调鼓励充电服务、物业服务等企业参与居民区充电设施建设运营管理，统一开展停车位改造，原则上新建住宅配件停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件，大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10%。同年在《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》中更加具体的提出分区域和分场所的建设目标。2020年我国充电设施建设目标（按应用场景）2020年我国充电设施建设目标（按地区）市场规模测算我国新能源充电桩保有量位居全球第一，但整体建设速度仍落后于新能源汽车发展速度。根据中国充电联盟的相关数据统计，2018年我国充电桩保有量合计达到80.8万个，新能源汽车保有量约270万辆，车桩比约为3.4:1。右图为我国车桩比的现状，在充电桩整体发展速度与新能源汽车行业不匹配的大背景下，公共类快充电站即直流充电桩相对于运营类电动车的发展缺口问题相对更加突出。该数值与2015年国务院印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》中的规划到2020年车桩比近1:1的目标仍有较大差距。中国充电联盟：车桩比现状市场规模测算按照充电设施与新能源汽车行业发展速度相匹配的方式预测，到2020年国内充电桩总需求量将近200万个，2025年将突破1700万个。根据相关政策2020年新能源汽车销量预计将达到约200万台，新能源汽车保有量超过570万台，国内车桩比能够达到2.7:1，预计到2020年新能源充电桩需求量在186万个左右。到2025年新能源汽车保有量有望达到1755万台，国内充电桩总需求将达到1755万个。单位：（万辆）20182019E2020E2021E2022E2023E2024E2025E新能源乘用车101.7107170210250300350400新能源客车10.412.413.213.814.415.115.716.3新能源专用车6.78.610.412.214.116.218.621.1新能源车销量合计118.8128194236278.5331384437保有量合计271380547739963122915311870淘汰量18.726.64455658298115实际保有量252353503684898114714331755

车桩比3.1132.72.421.71.41充电桩总需求8111818628544967510241755我国新能源车销量和充电桩总需求：中国充电联盟，BD测算市场规模测算考虑到新能源客车及专用车的运营性质需要配备充电时间较短的直流充电桩，我们预计到2020年运营类新能源汽车的保有量有望达到125万台，因此预计直流充电桩的需求规模将在46万个左右，到2025年预计运营类新能源汽车保有量将增长至接近267万台，直流充电桩需求量也将扩大至267万台左右。根据国网2018年招标情况，直流充电桩的平均价格在1.16元/W左右，但由于国网招标价格普遍高于市场价格，根据上市公司相关数据，我们推测直流充电桩市场平均价格约为0.42元/W，直流充电桩平均功率水平在60kW左右，假设未来几年直流充电桩平均价格将以0.03元/W的速度下降，到2020年我们预计直流充电桩市场规模将达到177亿元，2025年将达到427亿元。我国直流充电桩市场规模：中国充电联盟，BD测算单位：（万辆）20182019E2020E2021E2022E2023E2024E2025E运营类新能源乘用车42.8457188105126147168新能源客车3039.7424245.650.253.456.6新能源专用车79.51217.52328.935.342.3合计79.894.2125147.5173.6205.1235.7267车桩比5.832.72.421.71.41直流充电桩数量13.831.446.361.586.8120168267

直流充电桩价格（元/W）0.420.380.370.330.30.270.240.21平均功率（KW）6264666870727476单价（万元/台）2.62.42.42.22.11.91.81.6直流充电桩市场规模（亿元）35.8875.36111.12135.3182.28228302.4427.2市场规模测算根据新能源汽车网的相关数据，直流充电桩原材料成本占到总成本的93%，其中充电模块占原材料成本的50%，APF有源滤波占15%，电池维护及监控设备占20%，外壳、接口等配套设备占15%。新能源汽车网：直流充电桩成本结构按此数据推算，充电模块和APF有源滤波部分占整体成本结构的57.2%。结合前文对充电桩市场规模的预测，我们预计直流充电桩功率模块的市场规模如下图：BD测算：直流充电桩功率模块市场规模技术现状充电模块决定了充电效率及稳定性，是充电桩的核心环节，占到充电桩总成本的50%左右。同时直流充电桩由于额定功率较大，充电效率要求较高，其充电模块以IGBT高频开关作为核心元器件，且对电路优化设计有更高要求，因此技术壁垒相对较高。对于充电桩设备制造商而言，产品核心差异化在于充电模块效率。提升充电模块效率的关键因素一方面在于核心电子元器件的性能，另一方面在于电源模块整体电路结构方案的优越性。由于核心部件IGBT尚不能实现国产化，因此各制造商的电路设计能力成为决定充电模块差异化水平的关键。先进技术我国电动汽车充电技术发展迅速，快捷、便利、智能、互动特点进一步显现，大功率充电技术、小功率直流充电技术、无线充电技术、充放电双向互动技术、充电堆技术及充电弓技术等正逐步产业化同时，结合储能技术，电动汽车、智能交通与智慧能源的联系越来紧密。主流拓扑目前市场上充电模块主流的PFC拓扑方式如图所示：三相三线制三电平VIENNA，英可瑞，英飞源，艾默生，麦格米特，盛弘，通合等均采用此拓扑结构。发展趋势随着我国新能源汽车的逐步推广和产业化以及新能源汽车技术的日益发展，对电动汽车充电桩产品的技术要求体现了比较一致的趋势：（1）充电快速化。电池充电快速化，从某种意义上可以解决电动汽车续驶里程短这个致命弱点，也有机会快速缩短投资回收期（见下页测算表）。（2）充电通用化。公共场所的充电装置必须具有适应多种类型蓄电池系统和适应各种电压等级的能力，可与不同蓄电池系统实现充电特性匹配。（3）充电智能化。电池电量的计算、指导和智能化管理；电池故障的自动诊断和维护技术等。（4）电能转换高效化。降低运行能耗，提高经济性。（5）充电集成化。充电系统和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测和反向放电保护等功能，实现体积更小、集成化更高的充电解决方案。附：盈利测算表来源：国家电网技术难点目前的大功率充电设备同样面临一些挑战：（1）散热问题除考虑充电模块外，充电桩的连接环节如电缆及充电枪等也需要解决散热问题，另外还需要考虑大功率充电对汽车本身带来的影响，提升电压的情况下将对车辆的绝缘等级提出更高要求，对车辆电子元器件的要求也将提高，同时会带来发热问题，因此解决充电过程中的电池散热问题成为关键。（2）电动车电池电动车充电速度还取决于汽车端能够接受功率的大小，关键指标在于电池的充电倍率。目前我国乘用车用锂离子电池的充电倍率已达到2C水平，但未来继续提升至3C，甚至4C的充电倍率仍然面临较多考验。（3）电网负荷和谐波污染大量大功率充电设备一起充电的情况下，对现有电网可能造成较大压力。另外谐波污染也是充电站对配电网电能质量的主要影响因素。充电站链接城市电网，配电网必然会受到其产生的谐波污染的影响，从而产生电路损耗和发热量增加。产业链情况充电设备制造：全国共有400余家制造商，主要运营商自行生产充电桩或者通过关联公司进行采购。由于设计制造技术门槛较低，行业处于激烈的同质化竞争中。充电桩运营：市场规模快速扩大，市场高度集中，运营商通过掌握优良的建站资源和树立服务口碑，逐渐构筑自己的竞争优势。预计充电桩运营市场在未来将延续目前全国性运营商、政策性运营商和中小型运营商并存的格局。上游产业链充电桩零部件：充电桩零部件主要分为功率模块、电气附件等。目前主流的充电桩制造商如特锐德、星星充电、许继等，均可自行生产功率模块、控制板等，仅对外采购断路器、接触器、电缆等标准化电气附件。功率模块：从主要零部件的制造难度来看，功率模块的技术含量相对较高，部分中小制造商需要外购功率模块。主要友商我国充电模块市场参与者众多，其中大型厂商团队多来自于艾默生-华为电气，艾默生进入电力操作电源模块市场较早，积累了较强的品牌优势。后来，艾默生和华为电气团队的离职员工陆续服务于其他公司或团队，其中多家公司在A股上市，包括通合科技、英可瑞和中恒电气等。其中自主生产电动汽车充电电源模块的厂商主要有通合科技、英可瑞、英飞源、凌康、华为、中兴、中恒、盛弘、麦格米特等公司，其中有公开统计销售额数据的公司如下图：BD统计公开资料显示，通合科技的电源模块主要客户包括鲁能、国电南瑞、国网普瑞特等电力设备厂商以及宇通、福田等大型整车制造商；英可瑞主要客户为华商三优、和信瑞通和珠海泰坦等；中恒电气拥有大功率转换模块的核心技术，多服务于公司本身的充电桩设备；华为出货量较大，但缺少统计数据。友商简介1-许继许继集团有限公司是国家电网公司直属产业单位，是专注于电力、自动化和智能制造的高科技现代产业集团。公司五大核心业务聚焦于特高压、智能电网、新能源、电动汽车充换电、轨道交通及工业智能化产品可广泛应用于电力系统各环节。许继电气是集团的核心子公司，1997年在深圳证交所上市。友商简介1-许继许继电气近年来营收保持在80亿元左右，充换电设备归于智能电源及应用系统中，2018年占其总营收的约11.77%。由于统计口径不断变化，因此许继电气智能电源及应用系统毛利率数据不够完整，其中2014年为28.6%，2018年为15.45%。许继电气营收趋势许继电气智能电源毛利率友商简介1-许继许继电气近年来净利润下滑比较明显，但2019年预计将有所回升。许继电气净利润及变化趋势许继电气研发投入和占营业收入比重许继电气每年均投入4-5亿的研发费用，占其营收的4%-6%以上。友商简介2-英可瑞深圳市英可瑞科技股份有限公司成立于2002年，为国家高新技术企业，2017年11月在创业板上市。公司专注于电力电子产品的研发、生产和销售，定位服务于中高端直流电源系统制造商，为客户提供设备配套及其服务，实现企业价值与客户价值共同成长。公司自2011年开始开发汽车直流充电模块，目前有3.5KW、7.5KW、10KW、15KW、20KW系列共计40余款型号的产品；充电桩标准系统从21KW到450KW多个功率等级的覆盖。20KWEVR系列汽车充电模块电动汽车直流充电控制器壁挂式直流充电桩友商简介2-英可瑞英可瑞电动汽车充电设备充电电源产品主要为直流充电电源充电模块等核心部件以及充电电源系统，其工作原理如下：友商简介2-英可瑞英可瑞2014年到2016年归母净利润增速分别高达123.6%、189.72%和61.26%，但上市之后业绩快速变脸，利润金额节节败退，2017年和2018年营收连续下滑，扣非后净利润同比增速分别为-18.64%和-90.74%，预计2019年全年营收将继续下滑。英可瑞的电动汽车充电电源产品是其主营业务，2017年营收3.1亿，占其当年营收的81.6%，2018年营收1.95亿，占其当年营收的63.5%。英可瑞营收趋势英可瑞收入结构友商简介2-英可瑞英可瑞主要向下游充电桩企业配套供应充电模块及系统，2017年上半年的前十位客户如下表，合计销售金额占其总营收的60%以上。英可瑞近年来的产品毛利率不断下滑，目前已到30%左右，公司对此给出的解释是因为友商进入，竞争加剧造成的。但同行业可比上市公司通合科技业绩继续保持增长，使得市场上出现了英可瑞造假上市的说法。英可瑞主要客户英可瑞充电模块毛利率变化趋势友商简介2-英可瑞英可瑞上市之后净利润不断下滑，2019年前三季度仅盈利295万，亏损的可能性很大。英可瑞净利润及变化趋势英可瑞营收规模相对较小，但其研发投入的比例并不低，2018年投入3755万元，占其当年营收的12.22%，创历史新高。英可瑞研发投入及占比友商简介3-科士达深圳科士达科技股份有限公司成立于1993年，专注于电力电子及新能源领域，产品涵盖UPS不间断电源、数据中心关键基础设施、太阳能光伏逆变器、逆变电源、新能源汽车充电桩（交流充电桩、直流充电桩、直流充电模块、充电桩运营平台）的国家重点高新技术企业。科士达主要为客户提供三大解决方案：数据中心产业解决方案，主要产品包括不间断电源、配电柜、机柜等光伏逆变产业解决方案，主要产品包括光伏逆变器等充电桩产业解决方案，主要产品包括充电桩、整流模块、控制系统等友商简介3-科士达科士达在UPS产品上有其独特的优势，总体营收接近30亿，但预计2019年全年营收将有所下滑。充电设备不是科士达的主要产品线，2018年营收0.55亿，仅占其总营收的2%。科士达的充电设备毛利率下滑趋势更加明显，已经由较早前的40%下滑到2018年的12%左右，虽然2019年上半年回升到38%左右，但其营收仅有680万元，同比减少84%。科士达营收趋势科士达充电产品毛利率变化趋势友商简介3-科士达科士达最近几年都有2亿元以上的净利润，研发投入金额逐年提升，2018年达到1.4亿元，占其总营业收入的5.18%。科士达净利润及变化趋势科士达研发投入及占比2019年4月,科士达与宁德时代签署了《合资经营合同》，合作合资设立宁德时代科士达科技有限公司以开发、生产及销售储能系统PCS、特殊储能PACK、充电桩及光储充一体化相关产品，标志着产业链融合、行业整合有加速的趋势。友商简介4-通合科技石家庄通合电子科技股份有限公司公司成立于1998年，是一家致力于电力电子行业技术创新、产品创新、管理创新，以高频开关电源及相关电子产品研发、生产、销售、运营和服务于一体，为客户提供系统能源解决方案的高新技术企业，研发人员占比超过20%，是国内率先实现功率变换全程软开关的电力电子企业。通合科技为客户提供四类产品与解决方案，均与充电及电源有关：充换电站系统、充电桩、充电模块、系统软件等车载电源、控制器、车载DCDC转换器、充电器等电力电源、通信电源、配网电源等铁路信号电源、特种电源、消防电源等友商简介4-通合科技通合科技坚持以充换电模块为核心产品，密切关注以国网系统为主的充电设备运营商和系统集成商对模块产品的需求，同时以多年积累的行业经验和技术积淀，结合通合科技对电力电子领域技术发展趋势的判断，截止2019年经历六代产品迭代，为客户提供有竞争力的充换电模块系列产品。通合科技六代充电模块迭代友商简介4-通合科技通合科技总体营收规模较小，历史峰值营收仅有2.23亿，但从2019年前三季度的业绩来看，今年总体营收有望创新高。通合科技营收趋势通合科技充电电源系统（充电桩）及电动汽车车载电源业务是其主营业务之一，2018年营收达到0.59亿，占其总营收的36.4%。通合科技收入结构友商简介4-通合科技从公开资料看，通合科技的客户主要分两部分，充电模块的客户主要是国网及其下属公司，电动汽车车载电源的客户主要是新能源商用车厂商。通合科技充电、电源系统毛利率变化趋势通合科技充电、电源系统近年来的毛利率也出现下滑的趋势，但相对其他公司还比较理想。友商简介4-通合科技通合科技2018年曾亏损1000多万元，2019年应该可以扭亏为盈。通合科技净利润及变化趋势通合科技研发投入及占比研发投入方面，通合科技力度很大，每年投入金额均超过10%以上的营收，2018年更达到15.23%，位列同行业可比上市公司的首位。友商简介5-英飞源深圳英飞源技术有限公司成立于2014年，是一家专业从事新能源行业电源及系统解决方案的高科技公司，以电力电子技术为核心，专注于电动汽车电源解决方案，产品包括充电模块、充电监控、充电管理系统、车载电源等。与市场上的其他充电模块企业定位不同，英飞源仅仅聚焦在充电模块，采用被集成战略，支持客户做充电桩，而大多数充电模块企业既做模块，也做充电桩。目前，英飞源工程师超过70人，核心研发人员多数来自于国际知名的电源企业。报道称，英飞源2015、2016、2017三年业绩连续翻番，年销售额达2.5亿人民币，已经在充电模块市场牢牢站稳脚跟。2017年获得了中兴创投、SoftbankInvestment、方广资本等知名机构的投资。2019年，英飞源又获得了知名投资机构长江晨道、招银国际的投资。友商简介5-英飞源英飞源的充电模块产品迭代速度非常快，目前拥有从7.5kw、8.6kw、10kw、15kw、15kw恒功率、20kw、20kw恒功率、30kw系列的充电模块产品。产品之一：15kw@750V直流充电模块，满足CE安全规范，EN55022CLASSA电磁兼容标准，具有国际领先水平独创功能：（1)超宽输出电压范围，满足几乎所有电压等级的电动汽车充电；（2）低压输出能力强，输出功率比业界产品大25%；（3）内置专利智能放电电路，提供系统可靠性；（4）宽温度范围满载输出，比业界高5%；（5）超低待机功耗，小于10W。友商简介5-英飞源英飞源对行业趋势的判断一直很有前瞻性。（1）早在2015年，为满足移动补电、光储充一体化等解决方案的需求，英飞源开发了CEG系列直流变换模块、HEG混合输入变换模块等储能应用产品，得到了市场的充分肯定，成为储能充电应用的标杆产品。（2）此后，英飞源在双向电能变换领域持续加大研发力度。V2G、储能充电正逐步变成现实需求，英飞源适时推出了BEC系列智能双向直流直流变换模块、BEG系列智能双向混合变换模块，不仅是电动汽车双向充电、光储充一体化等解决方案的首选产品，也为各种储能充电应用提供了高可靠性的解决方案。（3）有报道称，英飞源对未来两年的电动汽车充电的解决方案需求，也已做好了充分的准备，有成熟的全系列产品。英飞源短短5年多的发展历程，如果确实取得了这样的业绩，应该会对我们公司带来很大的启发。业务模式一、“核心部件”模式拥有持续且较强的研发能力和技术优势，技术规格上对产品进行模块化、标准化设计；下游主要面向系统集成商，为系统集成商提供模块和系统配套产品。二、“外购部件+系统集成”模式具有面向局部终端用户的销售渠道优势和系统售后服务能力；通过外购部件集成的模式组织生产并通过其渠道向终端客户进行销售。三、“一体化产品”模式兼顾核心模块的研发及终端用户的渠道开发，自己组织生产核心模块并集成系统产品，销售给终端用户。华为、英飞源等许继、科士达、中恒、特来电、英可瑞、通合等大多数研发能力弱的公司影响因素有利因素（1）政策支持。从前文内容可知，国家对新能源汽车和充电基础设施都有明确的政策支持，对充电行业发展有利。（2）市场规模巨大。经测算，未来5年，直流充电桩的充电模块市场规模有望达几百亿，仍有较大的发展空间。（3）技术革新拓展应用领域。新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，推动行业开拓更多更新的应用领域及产品换代升级。不利因素（1）宏观经济下滑。新能源产业链受国家产业政策和优惠政策影响较大，产业支持的变化和宏观经济的下滑,可能会带来不利的影响。（2）低价竞争降低行业整体竞争力。据不完全统计，国内有400余家公司涉及充电桩业务，市场竞争较为激烈，技术实力一般的厂商主要通过价格竞争的方式，因此拉低了行业的盈利能力，可能会降低整个行业的创新潜力。（3）创新能力不足。国内在电力电子元器件方面的创新力不足，特别是芯片等仍以国外产品为主，同时整体行业仍以市场为导向，技术创新能力及前瞻能力不足。进入壁垒技术壁垒：高频开关电源技术是一种综合了功率变换技术、自动控制技术、信息处理技术、通信技术、热设计、电磁兼容性设计、结构设计、外观设计、制程控制等领域的交叉学科。其电路设计、控制算法复杂，特别是在产品高频化、小型化方面，更要通过综合设计，来降低元器件的损耗，因此具有一定的技术壁垒。资金壁垒：从友商的表现来看，每年均投入2000万元以上进行研发，以保障量产产品在实际应用中的稳定性，此外，大量的研发和工程试验同样需要资金支撑，因此存在一定的资金壁垒。品牌及客户壁垒：客户尤其是优质客户在选择供应商时，倾向于选择经过成熟市场检验或者有成功应用案例的产品，因此作为新进入者需要面对品牌以及客户的壁垒。公司资源分析技术资源：电池充放电技术属于专属技术之一，按照武汉研发团队的规划，一年之内即可以完成此项技术的研发，再加上不断完善的公共基础类技术，公司的技术资源储备相对比较充分。人力资源：据了解，公司研发人员中有2-3位有充电桩行业的经验，乐观估计半年之内可以开发出市场上较为主流的产品。市场资源：公司此前在充电桩/站上的市场资源储备较少，如果不能提供差异化