(报告出品方/作者:安信证券,马良)
1.新能源汽车向V高电压平台演变,对功率器件要求持续提高
1.1.电压平台演变历史:从量变到质变
在燃油车时代,通过升高电压的方式实现电能的大功率传输,满足汽车供电需求。年,汽车引入蓄电池,其电压仅为6V;随着汽车电器如车灯、照明、ISG等用电器件的增加,6V低电压系统无法满足车用电器功率要求,加之电气化部件的大量集成,年汽车电压平台升级为12V;二十世纪九十年代,出现42V汽车电压平台,但是由于零部件升级电压规格成本高而未能实现;年前后,在信息娱乐、混动的需求背景下,欧洲发起48V电压系统升级,Audi,BMW,Daimler,Porsche,Volkswagen联合推出48V系统,与12V电压平台共存;年,各国节能法规的颁布推动48V低电压平台发展。
随着车载电器数量的增多,以及自动驾驶、节油减耗等要求的提出,电动汽车的电压平台将逐渐由V升高至V,以分担蓄电池的工作压力。纯电动汽车中成百上千个电池串并联形成超百伏的电池包,其高压系统主要包括动力电池、配电盒、OBC、DCDC、电驱、PTC、空调、充电口等。
目前,电动车根据带电量不同选择不同的电压等级。一般小型代步车的电压为48V、60V和72V;乘用车的电压范围大约为-V;大巴车、公交车等由于带电量高,其基本电压为-V。在未来,随着对续航里程、充电速度要求的提高,电动车电压有望升至V-V。
国内外车企纷纷布局V高电压平台。年4月保时捷TaycanTurboS全球首发,业内最先量产V高电压平台的汽车,将最大充电功率提升到kW,可以在22.5分钟内把TaycanTurboS容量93.4kWh的动力电池从5%充至80%,提供公里的续航能力。年12月,现代汽车集团推出全新电动汽车专用平台“E-GMP”,该平台同样搭载可以实现最大V多功能充电系统。Rivian和通用也已经计划将电压改为V。国内,吉利极氪、小鹏汽车、广汽埃安、比亚迪e平台、理想汽车、北汽极狐、岚图等车企也已经布局了V快充技术。
1.2.电压高压化:里程焦虑、充电速度慢问题的最好解决方案
续航能力是决定新能源汽车普及程度的重要因素。大部分新能源汽车的续航里程低于公里,低于燃油车的续航里程,难以满足城际间的长里程行驶需求。目前,市场上较畅销的新能源车型包括特斯拉、比亚迪、蔚来、小鹏等,其中,比亚迪唐和比亚迪宋的续航里程为公里;特斯拉的续航里程范围为-km;小鹏P5续航里程km。新能源车的续航里程仍有较大的上升空间,不足以满足未来人们长里程驾驶需求。
与燃油车相比,新能源车的补能效率较低。燃油车的加油时间仅为5分钟,而目前快充至少需要60分钟。在高峰期充电排队等候的时间亦进一步拉长。目前,主要有以下三种充电方法:
在家中充电:家庭用户使用的三眼插座有10A和16A两种规格,约8-10小时可以充满。
交流充电桩:将电动车直接在电流更大的交流电网上,用充电桩进行充电,充电时长约4小时。慢充电桩功率通常为3.5kW和7kW,取决于车载充电机的额定输入功率。
直流充电桩:将电动车连接到交流电网或直流电网时,使用了带控制导引功能的直流供电设备。由大功率非车载直流充电机直接输出直流给车辆电池充电。在充电时,充电桩需要提供与电池相匹配的电压,国标规定直流输出电流最大不超过A,多数电动车能获得不高于.5kW的峰值充电功率,充电时间大约需0.5h。
提高汽车电压平台可以大幅提升整车运行效率、缩短充电时长。电阻大小相同情况下,高电压可使电损耗减少,效率提升。年9月,比亚迪发布e平台3.0,有V闪充功能,实现充电5分钟续航公里,搭载该平台的车型有望在年量产;极氪具备V和V两种电压架构,10%-80%SOC充电时间仅需30分钟,充电5分钟续航可增加公里;北汽极狐发布极狐αSHi版,具备V充电架构,2.2C闪充技术能实现10分钟补充公里续航的电量,30%-80%SOC充电时间仅为15分钟。年10月,小鹏汽车公布首个量产的V高压SiC平台,充电峰值电流超过A,采用高能量密度、高充电倍率电池,充电5分钟最高可补充续航公里。
1.3.相较于提高电流,高电压仍为未来发展趋势
根据P=UI,提升快冲效率的方向有二:提升电压,将新能源汽车的电压系统从V升高至V后电动车的功率提高一倍,大幅降低充电时间;提升电流,特斯拉是采用提高电流方法的代表。
高电流模式推广程度低,对热管理要求高。根据特斯拉