充电桩功率模块研究论文

充电基础设施建设是“新基建”的重点建设方向。新基建所覆盖的领域主要包括以下七项：5G基站、人工智能、工业互联网、大数据中心、特高压、充电桩以及城际高速和轨道交通。伴随新能源车近年的高速发展，充电桩作为新能源车产业链的重要环节，有望在“新基建”发力下加速发展。

同时国网对于充电桩的布局也在加码，2020重点工作任务中多次提到充电行业。重点工作任务中强调：“大力拓展专用车充电市场，积极推广智能有序充电，车联网平台接入充电桩100万个，覆盖80%以上市场和用户。

近日从国网电商平台获悉，国网电动 汽车 2020年第二次充电桩设备采购项目已开标。这是国网电动 汽车 有限公司今年第二次招标，此前一次招标为2020年建设施工框架采购项目。国网系统内部人士表示，由于此前充电桩行业存在无序建设的情况，建设和运营情况均不甚理想，今年国网公司下了非常大的决心去主导这一轮充电桩建设布局，下一阶段预计还将公布更多的计划。

伴随新能源 汽车 市场发展，充电桩市场快速增长。2014-2019年，中国充电桩数量经历了从3万个到万个的爆发式增长，CAGR 110%；其中，直流充电桩占比约为，对应公共直流充电桩数量累计值达到万个。

充电基础设施作为新能源 汽车 行业发展的重要基础，长期滞后必将阻碍新能源 汽车 行业的成长。在确认为新基建的重要组成部分后，充电桩的建设量将快速提升，目前车桩比约为6:1，按照发改委和交通部的规划，充电桩目前仍存在200万根左右的缺口。

充电桩建设的大规模重启，将成为新能源 汽车 市场进一步发展的重要基础，推动新能源 汽车 行业整体持续快速发展。

根据功能划分，充电桩产业链从建设到运营涉及充电设备制造商、充电建设运营商、以及整体解决方案商，国内充电产业链上的这几类从业者往往身份重合、同时涉足多个功能领域，一些硬件制造商目前也开始涉及建桩运营业务。其中，国电南瑞、许继集团、特锐德、奥特迅等设备制造商，以及比亚迪、特斯拉等电动 汽车 制造商是推动充电技术进步的主体。

2014年民间资本涌入充电桩行业后，尽管一些业务模式暂未为企业带来稳定的收入、或者停留在实验和理论探讨阶段，但未来得益于电动 汽车 的快速放量，这些带有互联网思维的经营理念最终有可能迎来爆发，从而拓展充电桩行业的盈利模式和空间。

目前，随着互联网企业、 科技 公司、初创公司、以及诸多 社会 资本的介入，我国的充电桩行业已经形成了国有、民营、混合所有制并存的产业格局。

在上一轮洗牌下剩下的运营商2019年开始加速充电桩建设。公共充电桩运营领域，特锐德、星星充电和国家电网市场份额位居行业前三。截止2019年10月，全国规模化运营厂商（充电桩保有量≥1000个）22家，占充电桩保有量。前三大分别为特来电、星星充电和国家电网，保有量万个，占比，前十大保有量万个，占比。其中特来电（特锐德子公司）是国内最大的充电桩运营公司，市占率领先于同行，公共桩占比29%。

根据充电桩设备收入来计算，目前市场份额占比较高的公司包括国电南瑞、特锐德、易事特、万马股份等，国网充电桩建设大规模开启后，头部企业将率先受益。

从区域上来看，充电桩保有量基本与新能源 汽车 的销量和保有量呈现正相关的关系。排名最靠前的省份是广东、江苏、北京等，保有量均在5万以上。

充电桩是为电动 汽车 充电的专用电力设备，由桩体、电气模块、计量模块等部分组成，一般具有电能计量、计费、通信、控制等功能。充电桩主要安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）、居民小区停车场或充电站内，输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动 汽车 充电。

按充电方式分，可分为直流桩和交流桩两类。交流桩：俗称慢充桩，需通过车载充电机为电动 汽车 充电，功率小，充电速度较慢，但成本低，多用于小区充电桩。直流桩：俗称快充桩，直接为电动 汽车 充电，功率大，充电速度快，但成本较高。

根据GGII数据，直流充电桩平成本为元/W，以目前市场主流的60kW直流充电桩为例，其成本约5万元/个；其中，IGBT成本占比约为20%， 历史 充电桩统计中直流桩占比约为15%~18%，对应中国充电桩行业2019年市场规模约为亿元；根据中国充电联盟预测值测算，预计2020年市场规模有望达到亿元。

充电桩主要零部件包括充电模块、主控制器、绝级检测模块、智能电表、刷卡模块、通信模模块、空气开关、主继电器和辅助电源开关等。

充电模块门槛较高，参与充电桩制造的上市公司中，以配电、UPS、电源系统等制造商为主，这些产品的特点是都涉及到了交直流转换和电能质量的控制，这与直流充电模块的核心技术本质上是相同的。

充电模块制造商，实际上都具有直流充电桩制造的核心优势。各个企业之间产品的主要差距，在于充电模块的转换效率。目前转换效率主要为94%-97%，均处于较高水平。各个企业之间的技术水平稍有差距，但是总体上看差距不大。

充电桩也是对功率半导体增长的驱动力之一。根据英飞凌的统计，一个100kW的充电桩需要的功率器件价值量在200-300美元。目前 汽车 充电桩的核心功率模块有两种：一种是采用IGBT芯片；另一种为采用MOSFET芯片。

国家能源局在《电动 汽车 充电基础设施建设规划》草案中提出，到2020年国内充换电站数量将达到万个，充电桩达到450万个。中国产业信息研究院数据预计到2020年国内充电桩功率器件市场规模有望超过35亿元。

充电桩高功率快充是趋势。当前慢充功率7kW/14kW，单价在千元级；快充30kW/60kW，单价在万元级；未来TeslaV2功率120KW，V3功率250KW。慢充体系更多由主机厂、4S店、运营场景资源等组成。普通快充存在运营壁垒，未来能提供智能解决方案的公司比例会提升。

超高功率快充有技术壁垒，目前全球掌握该技术的有特斯拉和onity，后者是保时捷、BBA等车企的供应商。

2019年，特斯拉已在全球建立1604座超级充电站，14081个超级充电桩，而2017年只有约800座超级充电站，5000多个充电桩，两年时间数量接近翻倍。中国地区，Tesla的充电网络已经覆盖了130多座城市，超充电桩数量已累计突破1700个，搭配超过2100个目的地充电桩。

受益于我国电动 汽车 充电桩规划、政府补助以及新能源 汽车 应用的快速增长，我国新能源 汽车 充电设施行业面临巨大的发展空间。随着新基建加速落地，充电桩的招标和建设主体回归国网，市场份额将进一步向头部企业集中。后续地也有望延续或加强前期充电桩补贴，充电桩行业景气度在政策扶持下正逐步提升。

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纯电动汽车超级充电桩的原理是对电池两端施加直流电压，以恒定的大电流对电池进行充电。电池的电压在一定程度上缓慢而逐渐地上升。电池电压达到标称值，SOC达到95%以上（不同电池不同）。然后以恒定电压和低电流为电池充电。“电压在上升，但电源没有充满。交流充电桩根据配套车载充电器的功率分为和。直流充电桩内置大功率直流充电模块，将电网的交流电转化为直流电，输出的电流可以高达100A以上。

是不会影响电池的寿命的，但是当充电电压和电流的不匹配会对电池的使用寿命产生很大的影响，所以要使用原装充电器，不能乱用。一些型号不一致的充电器会烧坏充电器。很多人为了节省时间和方便，回家后会直接将电动车插上充电器，一次充电要一整夜，容易导致电池过度充电，缩短电池寿命。组件过热，容易发生短路和火花，导致火灾。

再者频繁的快充会加速电芯极化，导致电池寿命缩短，电芯可能结晶也会影响电池的安全性。该负责人还指出，由于电芯密度、材料、环境温度、电池管理系统等方面的差异，快充过程中对电池的损坏程度各不相同。根据调整充电功率等因素设计合理的充电策略，将快充对电池的伤害降到最低。

要知道充电桩的优点是可以适应大电流放电，比较适合需要大功率输出要求的场合。它具有更高的能量密度，从而增加了续航里程。镍氢电池放出的电比较稳定，发热量小。它的主要缺点是具有“记忆效应”，即电池在充放电循环过程中容量会衰减，过充或放电可能会加剧电池的容量损失。因此，对于厂家来说，镍氢电池控制系统会在设定中主动避免过度充放电，比如人为的将电池的充放电间隔控制在总容量的一定百分比内，以降低容量衰减率。.

1、电动汽车充电桩建设保持高增长

根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布数据，截至2020年12月底，全国充电基础设施累计数量为万个。截至2021年7月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩95万个，私人充电桩万个;全国充电基础设施累计数量为万台，同比增加。

从公共充电桩建设规模来看，自2015年以后，我国电动汽车充电桩数量呈爆发式增长。截至2019年年底，电动汽车公共充电桩数量为万台，同比增长了。截至2020年底，总计上报公共类充电桩万台，相较2019年同期增长。

2、交流充电桩已在市场占据主要份额

据中国电动汽车充电基础设施促进联盟(充电联盟)统计，截至2020年12月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩万台。其中，交流充电桩万台、直流充电桩万台、交直流一体充电桩481台，占比分别为、以及。

3、2026年充电桩累计需求或将破千万

按照《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》，国家能源局规划到2020年，集中式的充换电站将达到万座，分散式充电桩将达到480万个。然而，2020全年，我国仅新建30万个公共充电桩和不到40万个私人充电桩，远远无法匹配新能源汽车同年万辆的产能。可见，为实现国家新能源汽车规划目标，充电基础设施建设将成未来发展重点，未来电动汽车充电行业成长空间巨大。

综合中国新能源汽车保有量及充电桩累计数量来看，2015年至2020年的全国车桩比从下降为，充电配套有所改善。近四年，中国新能源汽车车桩比在3:1左右的水平波动。

中国汽车技术研究中心有限公司于2020年9月29日在海口参加国是论坛之“能源中国”第三期时表示，未来15年汽车电动化将加速发展，市场占有量会快速提升。预计到2025年，新能源汽车保有量将超过2500万辆，销量占比大致在15%到25%之间;2030年保有量会超过8000万台，销量占比在30%到40%;2035年保有量会超过亿辆，销量占比50%到60%，纯电动车占比在90%以上。国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》中也提到，到2025年，中国新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。

根据推算，2026年，中国新能源汽车的保有量将达到3350万辆左右，前瞻根据车桩比为3:1的比例保守估计，2026年中国电动汽车充电桩累计需求量将超过1116万个，预计2020年至2026年的复合增长将率达到37%左右。

—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国电动汽车充电桩行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》

电动车快速充电站的工作原理就是将电流调大，从而达到”快充“的目的。快速充电站能够在短时间内速度充满电，没有脉冲保护，对电池极板造成非常大的损害。

以下是由专业生产充电桩的企业“易事特（    ）”在百度文库中找了一篇大神的分析，分享给大家：

电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下，我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。充电桩的重要性毋庸置疑。

一、车桩配比失衡，充电桩建设需加速

国内新能源汽车在2015年进入爆发周期，2015年国内新能源汽车产销分别达到34万辆和33万辆，同比增长倍和倍。自2011年至今国内新能源汽车的累计产量已达近50万辆，基本达到《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》中所提出的“到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆”的目标。

与新能源汽车的爆发相比，充电基础设施建设远远落后。截至2015年底，国内已建成的充换电站3600座，公共充电桩万个，车桩比大约为9：1，按照新能源汽车与充电桩1：1的标准配臵来看，充电基础设施建设缺口巨大。与新能源汽车的补贴和政策推广有序推进不同，充电设备之前用地、电力设施、补贴、运营模式等规划均未明确，因此建设节奏有所落后。随着新能源汽车销量的持续上扬，充电桩建设缺口将进一步加大，对新能源汽车的推广形成制约，充电桩加速建设已经迫在眉睫。

二、顶层设计引领发展方向

自2015年下半年起，国家明确了对充电设施的规划和建设指南，出台了《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》和《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》两个纲领性文件，提出了充电桩建设要按照“桩站先行”的原则，适度超前建设，并对达到新能源汽车推广量的省市实行充电设施建设的奖励，促进车和桩的共同发展。

2015年10月，国家发改委、能源局、工信部和住建部四个部门联合印发了《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》，制定了未来5年充电设施发展的基本规划和重点发展方向，我们认为该规划将开启充电设施建设高速成长的大门，充电网络的布局将全面铺开并不断完善。

文件提出到2020年，国内新增集中式充换电站万座，分散式充电桩480万个，以满足全国500万辆电动车的充电需求。文件将建设区域分为了加快发展地区、示范推广地区和积极促进地区，提出分区域的建设目标;同时文件分场所对充电桩建设进行了目标规划。文件对于充电站的分场所规划为，公交、出租及环卫物流的充换电站为8800座，城市公共充电站2400座，城际快充站800座，分场所的充电桩规划为50万个分散式公共充电桩，430万个用户专用充电桩。

国家能源局发布的《2016年能源工作指导意见》中提到，2016年计划建设充电站2000多座，分散式公共充电桩10万个，私人专用充电桩86万个，各类充电设施总投资300亿元。到2020年国内充换电站数量达万个，充电桩达450万个。从能源工作指导意见的规划来看，预计未来5年的充电设施建设规模分布将较为平均，每年新增2000座充电站和100万个分散式充电桩左右，未来5年充电设施的总投资将在千亿以上。相较于2015年的建设规模，2016年的充电设施建设规模将出现大幅跳升。

三、充电标准出台，混战局面有望改善

国内的充电网络之前面临的问题还包括充电接口不统一，各家企业在充电桩建设中各自跑马圈地，采用的充电设施接口标准不同，充电设备的兼容性存在一定的问题，不同车厂的充电桩只能适配自己的汽车，一定程度上限制了充电桩的发展，对于充电运营商而言也会降低设备的利用率。

2015年12月，质检总局、国家标准委联合国家能源局、工信部、科技部等部门在北京发布新修订的电动汽车充电接口及通信协议5项国家标准，新标准于2016年1月1日起实施。五项标准分别为《电动汽车传导充电系统第1部分：一般要求》、《电动汽车传导充电用连接装臵1部分：通用要求》、《电动汽车传导充电用连接装臵第2部分：交流充电接口》、《电动汽车传导充电用连接装臵第3部分：直流充电接口》、《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》。

新标准对充电接口和通信协议进行了全面系统的规范，在安全性和兼容性方面进行了有效提升。

（一）在安全性方面，新标准增加了充电接口温度监控、电子锁、绝缘监测和泄放电路等功能，细化了直流充电车端接口安全防护措施，明确禁止不安全的充电模式应用，能够有效避免发生人员触电、设备燃烧等事故，保证充电时对电动汽车以及使用者的安全。

（二）在兼容性方面，交直流充电接口型式及结构与原有标准兼容，新标准修改了部分触头和机械锁尺寸，但新旧插头插座能够相互配合，直流充电接口增加的电子锁止装臵，不影响新旧产品间的电气连接，用户仅需更新通信协议版本，即可实现新供电设备和电动汽车能够保障基本的充电功能。

新标准的实施解决了各家企业各自为战，车和桩不能良好匹配的情况，为充电设施在全国范围内大规模推广构建扎实的基础，降低因不兼容而造成的社会资源浪费，能够有效提升充电设备的利用率。同时充电设施新标准对安全性和兼容性提出更高的要求，这也是对充电设备制造企业提出更高的要求，行业集中度将有所提升，拥有较强技术实力的企业能够迎来更广阔的发展空间。对于充电运营企业来说，充电标准的统一扫清了新能源汽车与充电接口不匹配的问题，减少了充电资源的闲臵情况，也有利于运营市场的打开。

四、国网招标金额将大幅增长

国网充电网络建设的全面铺开意味着国网充电设备招标的规模将快速增长。国网在2015年进行了三批充电设备的招标，下半年最后一次招标规模显著扩大，与国家推进充电基础设施建设的进程一致，2015年国网充电桩总招标金额在15亿元左右，预计2016年国网充电桩招标金额将达到50亿元左右，同比增长将达到200%以上。

从2015年国网充电桩的中标情况来看，共有16家企业入围了国网的招标，其中国网旗下的企业依然占据主导地位，但同时国网系以外的民营企业同样收获一定的市场份额，且每家企业整体的中标情况相对平均。

国网招标中，中标企业整体情况较为稳定，其中几家国网系的企业占据将近一半的市场份额，在另一半的市场中国网系统外的各家企业进行分配，上市公司中包括中恒电气，浙江万马等获得相对较多的市场份额。国网充电设备招标预计在2016年将出现大幅增长，对于能够在国网充电设备招标中占据一定份额的企业将形成较大的利好。

与网外市场相比，国网充电设备的招标价格优势明显，目前网外市场直流充电桩的价格略低于1元/W，而从2015年国网招标的情况来看，国网直流充电桩的价格基本稳定在元/W，因此对于进入国网招标的充电设备厂商而言，盈利能力与网外市场相比有较大程度的提升，我们认为与网外市场激烈的竞争相比，国网充电桩的招标价格将相对保持稳定，不会出现大幅下降，2016年国网招标放量，中标企业业绩将有较大提升空间。

2016年电源项目第二次招标中，充电设备招标6600多套，直流充电设备占据了主导地位，我们认为国网主要将加快高速公路城际充电及城市快充站的布局，因此2016年全年招标中，直流充电设备将继续保持较高份额。

预计国网系企业将继续保持稳定的中标占比，但随着招标总量的放大，国网系以外的企业中标量也有所提升。对于整体经营规模较小的企业而言，如能在国网2016年的充电设备招标中保持稳定的份额，将会带来较大的业绩弹性，快速提升盈利水平。