赢博体育充电模块,也叫功率模块,是充电桩的“心脏”,占充电桩硬件成本的约50%,而硬件成本又占了总成本的90%;
充电模块在直流充电桩中起到将交流电转换为直流电的作用,关系充电桩整体性能与充电安全。这里贴一张优优绿能招股书中的图:
从上面这张图出发, 下面针对重要元器件做简要介绍,具体包括:车载电源、配电系统(继电器、熔断器)、薄膜电容、金属软磁粉芯、线束(线缆+连接器)。
电控总成,车载充电机、车载 DC/DC 变换器、高压配电盒等。其中,电控总成的车载充电机OBC和车载DC/DC变换器统称车载电源。
将输入的交流电转换为直流电,完成充电。换句话说,只有使用交流电充电(慢充)时才需要使用OBC。
,是指将电动汽车电池输入的高压直流电转换成低压直流电,为汽车空调、灯光、雨刷、电子仪表、安全气囊等低压用电设备供电。
,是指将车载充电机、车载DC/DC 变换器等多个零部件集成设计,形成体积更小、精密度更高、成本更低的一体化车载电源产品。
:通过共用部分电路、控制芯片等,节省物料、减小体积和重量、降低成本;有利于在统一软件架构下开发软件,提高效率;减少零部件数量,降低生产管理难度,提高生产效率;降低了售后服务压力;有利于优化空间布局。
目前常见的是物理集成;而威迈斯等采用的磁集成方案,在保证输出性能不变的情况下,通过磁集成控制解耦等核心技术大幅复用功率器件,能够使材料用量明显减少,有效降本增效。
车载电源中碳化硅取代传统硅基是大势所趋。第三代半导体材料具有高功率特性、高效率和低损耗特性、高频率特性等优势,更适合用于制作高温、高频、大功率、抗辐射器件。
长期,高压快充直流桩的全面铺开对OBC存在一定程度替代。实际上,2021年蔚来ET7车型首次取消了交流充电口且后续新车型沿用该设计。未来,家用交流充电桩,也存在将OBC从车上迁移至充电桩内部的可能。
国内乘用车OBC出货量第一的第三方供应商;产品包括车载电源系列、电机控制器赢博体育、电驱总成以及液冷充电桩模块等。800V车载电源集成产品已获得小鹏、理想、岚图等客户定点;磁集成技术领先。
小鹏 G6 车型车载电源的独家供应商。SiC方案已应用于车载电源产品中;2023年与 Wolfspeed 签署合作协议,推进SiC MOSFET在新能源汽车及充电桩领域的应用。
国内少数同时具备驱动系统、电源系统两大产品矩阵的头部企业。已推出基于800V高压架构的高功率密度的第三代电源总成产品。
新能源汽车配电系统,通过继电器和熔断器协同配合,实现对负载和电池的有效保护,800V架构电压和电流大幅递增,对继电器和熔断器要求提升。
继电器是一种自动开关元器件,起电路控制保护作用,是电气自动化控制和保护必须配备的部件。
传统油车使用45只12V低压继电器,单价约3-4元,单车价值量约140-180元;在新能源车中,除45只汽车继电器外,通常还需要5-8只高压直流继电器,当前单价约80元,高压直流继电器单车价值量约400-640 元。
高压架构下,继电器在切断电路时可能会引发更为严重的电弧现象,因此对产品的耐压等级、载流能力、灭弧、使用寿命等要求提高。有券商预计未来高压直流继电器单车价值量将达到450-800 元,增长幅度约 12%-25%。
熔断器是对电路进行过电流保护的器件,串接在电路中,电流流经熔断器。当电路短路或过载,过电流产生的热效应使熔体熔化、气化产生断口,断口产生电弧,熔断器通过熄灭电弧切断故障电路,起到电路保护作用。
开关类保护器件的最大电流,同时通过的电流最大值和故障能量为其他保护器的百分之一以下,熔断器不可替代性在此体现。
熔断器主要由熔体、灭弧介质、M效应点、绝缘管壳、接触端子和指示器组成。根据中熔电气2021年4月招股书,熔断器产业链如下:
低压应用电压一般低于60VDC,主要对车用低压负载进行保护(车灯、车窗电机、雨刷器电机等),油车和电动车均有应用;
高压主要适用新能车,应用电压一般为60VDC-1,500VDC,主要对主回路(电池大电流充放电、车辆驱动回路)、辅助回路(空调、PTC加热、慢充等)、充电桩
能在控制信号触发激励装置时,主动切断故障电流,即在预期发生故障时就能开启保护,而传统熔断器只能在故障电流发生后保护,相对而言功耗更高,保护效果更弱;
是对激励熔断器的进一步升级,可根据需求定制保护特性,自动触发保护动作,也可接受外部控制信号主动分断,提供主被动一体保护。
国内熔断器龙头;通过宁德时代、国轩高科、比亚迪供应链、捷普电子等主流电池、电控系统厂商进入新能车供应链;风光储客户已发展阳光电源、宁德时代、华为、维谛等行业龙头。
电子熔断器隐形冠军。参股18%的合肥曲速主要从事GPU芯片、ADAS视觉芯片的研发和销售;在研GPU芯片主要用于视频监测,可运用于数据中心、服务器、网络交换等应用场景,在研ADAS车载视觉芯片未来主要应用于L3-L4高阶自动驾驶领域。
电容器是不可或缺的被动元器件,具备通交流阻直流功能;基本结构是两个金属导体物质之间以绝缘介质隔离,使之构成两极板,充电后两极板会分别储存数量相等的正负电荷,从而成为“储存电荷的容器”。电容器在调谐、旁路、耦合、滤波、储能等电路中起重要作用。
根据绝缘介质的不同,分为陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等。
薄膜电容是以金属箔当电极,以聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜作为电介质的电容器;
不同电介质材料的薄膜电容具备不同特性。薄膜电容具备无极性、介质损失小、长寿命、高频率及温度特性优异等特性。随着高频、大电流应用场景的拓展,高频特性优异的 PP(聚丙烯)薄膜电容份额持续提升。
高效的逆变器技术需要功能强大的功率模块进行逆变、与之匹配的DC-Link电容器进行直流支撑、以及吸收电容进行电压吸收;
薄膜电容的应用场景包括EMI滤波电容、DC-Link电容、输出滤波电容、谐振电容赢博体育、功率因数校正(PFC) 等;
电容的作用是储能和滤波,可用作汽车直流支持电容,防止功率变化对IGBT的损害。车载电容此前以铝制电解电容为主,但额定电压不能超过500V;
薄膜电容额定电压可超1000V,耐高压能力强,频率特性优异,安全性高,温度范围宽,因此顺应800V高压趋势。单车用量1-2个为主,均价200-300元,400V架构薄膜电容单车价值量400元左右,升级800V架构价值量有望再提升20%。
公司铝电解电容器和薄膜电容器在新能源汽车上已有应用,超级电容器的应用也正在推进,已向比亚迪、小鹏、理想等供货。
电子元件主要分为主动元件和被动元件。电感元件因其内部没有任何形式的受控源机能,属于被动元件。磁性材料是制造电感元件的核心材料,材料性能的优劣,很大程度上决定电感元件的性能。
磁性材料分为永磁和软磁两类。永磁又称硬磁,能长期保留其剩磁,能经受不太强的磁场干扰。软磁材料与之对应,易于磁化,也易于退磁,主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输,广泛用于各种电能变换设备中。
金属软磁粉芯由绝缘介质包覆的磁粉压制而成,是当今软磁材料领域综合性能最佳的软磁材料。
软磁材料高饱和磁感赢博体育、低损耗、高磁导率、小型化、耐腐蚀等综合特性适用于制造诸如5G 基站、光伏逆变器、轨道交通变压器、新能源汽车及充电桩、大数据中心变电站以及特高压控制柜等关键设备或元器件。
软磁材料主要应用于新能源汽车板块的充电桩、车载AC/DC 充电器、车载 DC/DC变换器三个应用领域。此外,还应用于汽车其他部件如无钥匙系统、音响喇叭、倒车影像等。
金属软磁粉芯主要用于纯电车的OBC电感,单车用量0.7kg,以及混动车型的升压电感和OBC电感,单车用量3.3kg。实现800V高压平台,需要在 DC/DC变换器上再安装一个升压电感,这将使纯电车的单车用量由原先的 0.7kg提升至2.7kg 左右,提升率约为300%。
直流快充电桩也能提升金属软磁粉芯需求。根据行业生产数据,目前每kw 金属软磁粉芯用量为0.1kg。高电压快充桩渗透率逐步提升。保守假设由于技术升级,未来每kw金属软磁粉芯单耗会由0.1kg下降至0.06kg,则每台充电桩的金属软磁粉芯用量依然由原先的2kg大幅提升至18kg。
华为车载OBC、充电桩、UPS等金属软磁材料的核心供应商;芯片电感已批量用于英伟达AI芯片GPU-H100;主要从事金属软磁粉和金属软磁粉芯的研产销。金属磁粉芯产品在光伏领域主要应用在光伏逆变器中;储能领域主要应用在储能模块电源中。
粉末冶金压制成形龙头,金属注射成形和软磁复合材料为行业双寡头,全球唯一一家粉末冶金压制成形与金属注射成形产业规模同时达到10亿以上的企业;公司金属软磁粉芯体量国内前二,间接供货特斯拉。
国内少数掌握大尺寸铌酸锂晶片成套技术和工艺的企业,铌酸锂唯一国产供应商。
公司生产的软磁材料应用于逆变器中的高频变压器、驱动变压器等器件。公司是晶体材料和晶体设备领域的领先企业,压电晶体材料(压电晶圆)赢博体育赢博体育,已打破国际垄断,销量位居中国同行第一。
公司生产的金属软磁粉作为生产磁粉芯及电感元件的原材料,其下游产品最终可以应用于新能源汽车的充电桩等领域。
公司是一家以高品质铁基粉体为核心业务的企业,主要以各类废旧金属为原材料,通过熔炼、水雾化及还原等工艺,将废旧金属转化为具有高附加值的制造业基础原材料。
一辆整车的汽车线束产品涵盖发动机线束、仪表板线束、车身线束等线束产品。线束主要由三部分组成,线缆、包裹材料以及连接器(端子),属于定制型产品。线缆的核心材料为铜,铜材料成本构成线缆成本的绝对大头。
高电压线束 → 汽车智能化、车联网驱动高带宽线束 → 整车轻量化要求:铝代替铜
高压线束由于其运行特殊性,具有高电压、高密封、高耐热、抗干扰、高耐久等要求。
电压提升到至800V,且充电功率增幅不翻倍的情形下,电流的大小会被适当减弱,此时可采用截面更小的高压线束来传输电能,由此换来线束重量减小,达到节省线束体积的效果;进而降低电路内阻损耗,变相提升功率密度和能量使用效率。
目前技术架构下,每辆新能源汽车需要高压连接器15-20个,从400v到 800v的平台升级,将需要增加大功率快充接口、400v与 800v之间的高低压转换器(DC/DC)。这些部件的新增都需要额外配备高压连接器,使得高压连接器使用量提升,进而带动高压线束(线缆+连接器)单车价值提升。
国产线束总成龙头。目前为数不多进入大众汽车、戴姆勒奔驰、通用汽车、奥迪汽车等全球整车制造厂商供应体系的内资汽车线束厂商之一。
主营线束组件、注塑集成件等产品,下游主要为汽车、家电、工业等行业。主要是作为整车厂的二级供应商为终端客户供货。先后进入宝马、奥迪、玛莎拉蒂、大众等厂商供应商体系。
参与了“电动汽车用高压大电流线束和连接器技术要求”国家标准起草工作,是起草单位中唯一汽车线束生产企业,其他单位均为整车、主机厂或者连接器生产企业。公司新能源高压线V的设计电压。
汽车整车线束配套解决方案供应商,主要为汽车厂、发动机厂提供成套线束、发动机线束、功能线束;聚焦商用车领域。
国内微型射频连接器龙头,广泛应用在以智能手机为代表的智能移动终端产品;华为是公司重要客户;汽车高速连接器龙头,应用于各类整车厂以及TIER1客户的射频连接和高清连接,已进入吉利、长城、比亚迪、长安等国内主要新能源汽车厂商供应链。
线缆供应商,线束下游,线缆上游。高压线已获得大众、奔驰、特斯拉、比亚迪、吉利等多数整车厂商的认证。