新能源汽車充電樁行業(yè)專題分析充電模塊-小身材-大能量

新能源汽車充電樁行業(yè)專題分析充電模塊_小身材_大能量（報(bào)告出品方：中信證券）充電模塊：直流充電樁的“心臟”，受益于需求爆發(fā)和大功率趨勢有望迎來量利齊升充電模塊：起到電能控制和轉(zhuǎn)換作用，成本占比達(dá)50%直流充電設(shè)備的“心臟”，起到電能轉(zhuǎn)換的作用。充電模塊應(yīng)用于直流充電設(shè)備中，是實(shí)現(xiàn)整流、逆變、濾波等功率變換的基本單元，主要作用是將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為可供電池充電的直流電。充電模塊性能直接影響直流充電設(shè)備的整體性能，同時(shí)關(guān)系到充電安全等問題，是新能源汽車直流充電設(shè)備的核心部件，被譽(yù)為直流充電設(shè)備的“心臟”。充電模塊上游主要是芯片、功率器件、PCB等各類元器件，下游是直流充電樁設(shè)備制造商、運(yùn)營商及車企等。從直流充電樁成本構(gòu)成來看，充電模塊成本占比能達(dá)到50%。量：受益于直流充電樁建設(shè)加速以及大功率趨勢，需求量有望快速提升充電樁保有量持續(xù)提升，車樁比逐漸下降。作為新能源汽車的配套基礎(chǔ)設(shè)施，充電樁數(shù)量隨著新能源汽車保有量的提升而不斷增加。車樁比是指新能源汽車保有量與充電樁保有量之比，是衡量充電樁能否滿足新能源汽車充電需求的指標(biāo)，車樁比越低，代表充電樁供給更加充分，新能源汽車充電更加便利。截至2022年底，我國新能源汽車保有量達(dá)1310萬輛，充電樁保有量達(dá)521萬臺，車樁比為2.5，較2015年的11.6實(shí)現(xiàn)大幅下降。直流樁在公共充電樁中的占比逐漸提升。截至2022年底，我國公共充電樁數(shù)量為179.7萬臺，同比+57%；其中，直流充電樁76.1萬臺，同比+62%，交流充電樁103.6萬臺，同比+53%，直流樁增速更快。從占比來看，2022年底，直流樁在公共充電樁中的占比達(dá)到42.3%，較2018年提升5.7pcts，伴隨下游新能源汽車對充電速度的要求進(jìn)一步提升，未來直流樁占比有望進(jìn)一步提升。大功率充電趨勢下，充電模塊使用量有望提升。在快速補(bǔ)能的需求驅(qū)動下，新能源汽車往400V以上高電壓平臺發(fā)展，充電功率也逐漸提升，帶來充電時(shí)間的大幅縮短。根據(jù)華為2020年發(fā)布的《充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展趨勢白皮書》，以乘用車為例，華為預(yù)計(jì)到2025年，單槍充電功率達(dá)到350KW，充滿電將僅需10-15分鐘。從直流充電樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，要實(shí)現(xiàn)大功率充電，需要提升充電模塊的并聯(lián)數(shù)量，例如60KW充電樁需要2個(gè)30KW充電模塊進(jìn)行并聯(lián)，120KW需要4個(gè)30KW充電模塊并聯(lián)。因此要實(shí)現(xiàn)更高功率快充，預(yù)計(jì)充電模塊的使用量將得到提升。價(jià)：充分競爭下單W價(jià)格趨于穩(wěn)定，大功率趨勢促進(jìn)產(chǎn)品價(jià)值量和盈利能力提升歷史上經(jīng)過多年充分競爭，充電模塊價(jià)格趨于穩(wěn)定。經(jīng)歷多年市場競爭和價(jià)格戰(zhàn)，充電模塊價(jià)格大幅下降。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2016年充電模塊的單W價(jià)格約1.2元，到2022年充電模塊單W價(jià)格已下降至0.13元/W，6年時(shí)間下降約89%。從近年來價(jià)格變化看，目前充電模塊價(jià)格趨于穩(wěn)定，年度降幅有限。大功率趨勢下，充電模塊產(chǎn)品價(jià)值量和盈利能力得到提升。充電模塊功率越大，單位時(shí)間內(nèi)輸出的電能越多，因此隨著直流充電樁的輸出功率朝著更大方向發(fā)展。單個(gè)充電模塊的功率由早期的3KW、7.5KW、15KW，發(fā)展至目前以20KW和30KW為主，并有望向40KW甚至更高功率等級的應(yīng)用方向發(fā)展。根據(jù)優(yōu)優(yōu)綠能招股說明書披露的數(shù)據(jù)，2022H1公司20/30/40KW充電模塊的銷售均價(jià)分別為2558/3761/4242元/臺，毛利率分別為23.9%/31.7%/32.3%，大功率充電模塊的產(chǎn)品價(jià)值量和盈利能力更高。市場空間：預(yù)計(jì)2027年全球空間超500億元，對應(yīng)未來5年CAGR達(dá)45%在我們此前發(fā)布的《新能源汽車行業(yè)充電樁行業(yè)深度報(bào)告：千億市場，盈利邊際向好》（20230128）報(bào)告中的關(guān)于充電樁的預(yù)測基礎(chǔ)上，測算全球充電模塊市場空間，對充電模塊部分的假設(shè)如下：公共直流樁平均充電功率：大功率趨勢下，假設(shè)直流充電樁充電功率每年提升10%，預(yù)計(jì)2023/2027年公共直流樁平均充電功率為166/244KW。充電模塊單W價(jià)格：國內(nèi)市場，伴隨技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效應(yīng)提升，假設(shè)充電模塊單W價(jià)格逐年下降，降幅逐年趨緩，預(yù)計(jì)2023/2027年單W價(jià)格為0.12/0.08元；海外市場原材料、人工、制造成本高于國內(nèi)，預(yù)計(jì)單W價(jià)格約為國內(nèi)市場的2倍。基于上述假設(shè)，我們預(yù)計(jì)到2027年，全球充電模塊市場空間約549億元，對應(yīng)2022-2027年CAGR達(dá)45%。行業(yè)競爭：大浪淘沙，供給集中，未來核心看點(diǎn)是技術(shù)升級和海外市場突破充電模塊玩家數(shù)量有限，行業(yè)集中度較高多年競爭帶來行業(yè)出清，充電模塊玩家數(shù)量有限。與下游充電樁制造商和運(yùn)營商不同，目前充電模塊行業(yè)玩家數(shù)量有限。根據(jù)第一電動網(wǎng)資訊，經(jīng)歷過去幾年的激烈競爭，行業(yè)逐漸出清，充電模塊供應(yīng)商從2015年底的接近40家，到目前還活躍在市場的只有10家左右。主要分為兩類，一是自產(chǎn)自用型，代表企業(yè)為：特來電、盛弘股份、科士達(dá)等；另一種是供應(yīng)型，代表企業(yè)為：英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能、通合科技、英可瑞、永聯(lián)科技、華為等。行業(yè)格局初定，頭部企業(yè)市占率較高。根據(jù)車樁新媒體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從2022年包括自供型和外供型充電模塊企業(yè)在內(nèi)的競爭格局來看，英飛源是行業(yè)龍頭，市占率達(dá)34%，行業(yè)CR5超80%。若只看外供型（扣除公司自用和公司股東采購部分）為主的充電模塊市場，英飛源市占率更高，接近50%，市占率前五的企業(yè)分別為：英飛源、永聯(lián)科技、通合科技、優(yōu)優(yōu)綠能、英可瑞。因此，無論是整體模塊市場還是外供型市場，行業(yè)格局已然清晰。技術(shù)研發(fā)、客戶驗(yàn)證、成本管控能力構(gòu)筑行業(yè)競爭壁壘充電模塊核心技術(shù)壁壘在于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及集成化能力。充電模塊的關(guān)鍵元器件在于功率器件、磁性元器件、電阻電容、芯片、PCB等，當(dāng)充電模塊工作時(shí)，三相交流電經(jīng)過有源功率因數(shù)校正（PFC）電路整流后，變成直流電供給DC/DC變換電路?？刂破鞯能浖惴ㄍㄟ^驅(qū)動電路作用于半導(dǎo)體功率開關(guān)，從而控制充電模塊的輸出電壓及電流，進(jìn)而對電池組進(jìn)行充電。充電模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單個(gè)產(chǎn)品內(nèi)含超過2,500個(gè)元器件，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接決定了產(chǎn)品的效率和性能，散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則決定了產(chǎn)品的散熱效率，具有較高技術(shù)門檻?！澳茏龀伞保盒枰陔娏﹄娮踊螂娫搭I(lǐng)域多年的技術(shù)積累。充電模塊具備一定的技術(shù)門檻，市場上主流的充電模塊生產(chǎn)企業(yè)大多具備多年在電力電子或者電源領(lǐng)域的技術(shù)積累，例如：盛弘股份傳統(tǒng)業(yè)務(wù)為工業(yè)配套電源，其與充電模塊產(chǎn)品技術(shù)同源；通合科技、英可瑞、歐陸通等均從事電源類產(chǎn)品業(yè)務(wù)多年，對電力電子技術(shù)鋰解深刻；優(yōu)優(yōu)綠能高管團(tuán)隊(duì)大多具備在全球著名電氣公司艾默生的工作經(jīng)歷?！澳茏龊谩保盒枰紤]眾多性能參數(shù)，品質(zhì)要求預(yù)計(jì)進(jìn)一步提升。充電模塊作為技術(shù)門檻較高的電力電子產(chǎn)品，要想做到高品質(zhì)，需要考慮的參數(shù)較多，如：體積、質(zhì)量、散熱方式、輸出電壓、電流、效率、功率密度、噪音、工作溫度、待機(jī)損耗等。此前充電樁功率低、品質(zhì)差，對充電模塊的要求不高，但是在大功率趨勢下，低品質(zhì)充電模塊會在后續(xù)充電樁運(yùn)營階段產(chǎn)生很大問題，增加后期運(yùn)維成本，因此，充電樁企業(yè)對充電模塊品質(zhì)要求預(yù)計(jì)會進(jìn)一步提升，對充電模塊廠商技術(shù)能力提出更高要求。充電模塊產(chǎn)品質(zhì)量和供應(yīng)穩(wěn)定性至關(guān)重要，客戶認(rèn)證流程嚴(yán)格。充電模塊的客戶主要包括充電樁生產(chǎn)和運(yùn)營商、新能源汽車廠商等，充電模塊的產(chǎn)品質(zhì)量、供應(yīng)穩(wěn)定性對于客戶的生產(chǎn)經(jīng)營至關(guān)重要，因此下游客戶會制定嚴(yán)格的供應(yīng)商認(rèn)證考核制度。一般情況下，要通過大客戶的認(rèn)證，從遞交供應(yīng)商申請資料到最終進(jìn)入體系通常需要較長時(shí)間。供應(yīng)商的考核從企業(yè)實(shí)力、產(chǎn)品情況等多個(gè)方面著手，內(nèi)容涵蓋企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)配合度、產(chǎn)品穩(wěn)定性、技術(shù)能力、未來技術(shù)發(fā)展方向、服務(wù)情況等。即使達(dá)成上下游合作關(guān)系，雙方也是采用逐步加大訂單及供應(yīng)量的方式進(jìn)行合作?？蛻粽J(rèn)證通過后一般保持長期合作關(guān)系。同時(shí)，出于品質(zhì)穩(wěn)定性考慮，企業(yè)一旦進(jìn)入客戶的合格供應(yīng)商名錄，只要產(chǎn)品質(zhì)量、交期等方面能夠持續(xù)滿足客戶需求，合作關(guān)系一般較為穩(wěn)定。特別是下游大型客戶選擇充電模塊供應(yīng)商時(shí)，還要考察充電模塊廠商的長期供貨能力，通常會與供貨能力充足的企業(yè)保持長期緊密的合作關(guān)系，甚至?xí)⒐梢恍﹥?yōu)質(zhì)的充電模塊供應(yīng)商企業(yè)。因此，相對于新進(jìn)入者，頭部充電模塊廠商具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢。根據(jù)優(yōu)優(yōu)綠能招股說明書披露，其客戶萬幫數(shù)字（星星充電）和ABB分別先后于2019、2020年對公司進(jìn)行參股，目前持股比例分別為2.67%、7.80%。我們認(rèn)為，下游客戶參股充電模塊企業(yè)，一方面可以側(cè)面驗(yàn)證充電模塊企業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)得到客戶認(rèn)可，客戶看好企業(yè)未來發(fā)展；另一方面可以進(jìn)一步加深雙方的合作關(guān)系。上游原材料種類繁雜，考驗(yàn)企業(yè)供應(yīng)鏈垂直管控能力。根據(jù)優(yōu)優(yōu)綠能招股說明書披露，充電模塊營業(yè)成本構(gòu)成中直接材料成本占比約87%，占比較高且保持較為穩(wěn)定，因此對上游原材料的成本控制成為影響毛利率的重要因素之一。單個(gè)充電模塊內(nèi)含超過2,500個(gè)電子元器件，所需的原材料包括功率器件、磁元件、電容、PCB、結(jié)構(gòu)件、芯片等，根據(jù)優(yōu)優(yōu)綠能2022H1各類原材料采購金額占比來看，功率器件和磁元件成本占比相對較高，分別為25.4%/22.5%。充電模塊元器件種類較為繁雜，供應(yīng)鏈上的廠家數(shù)目眾多，需要公司具備較強(qiáng)的供應(yīng)鏈垂直管控能力來降低原材料采購成本和價(jià)格波動，對于新進(jìn)入者而言，往往需要較長時(shí)間的摸索與積累才有可能形成高效的供應(yīng)鏈管理能力。充電模塊品質(zhì)要求進(jìn)一步提升，海外市場突破帶來盈利彈性大功率充電趨勢下，充電模塊品質(zhì)要求進(jìn)一步提升直流充電設(shè)備的快充能力是通過大電流和高壓化來實(shí)現(xiàn)大功率的電能輸出，這對充電模塊的性能提出了更高的要求。隨著電壓和功率等級的提升，充電模塊的電力電子功率變換電路拓?fù)洹⑶度胧杰浖刂扑惴?、高頻磁性元件設(shè)計(jì)、大功率散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的難度也隨之提高，同時(shí)也要保證其安全性和可靠性，對充電模塊廠商提出了新的要求，進(jìn)一步提高了充電模塊的技術(shù)門檻。要求一：同尺寸下進(jìn)行功率升級。提高直流充電設(shè)備輸出功率主要通過增加充電模塊數(shù)量或提高單個(gè)充電模塊的功率，以提高直流充電設(shè)備總功率的方式實(shí)現(xiàn)。但是考慮到充電樁的體積有限，單純增加充電模塊數(shù)量不能滿足功率提升需求，因此需要在充電模塊體積不變的情況下，提升單個(gè)模塊的功率，即提高功率密度。因此，體積功率密度是考驗(yàn)各充電模塊廠商的核心指標(biāo)之一，我們按照“單模塊功率/模塊體積”公式測算目前充電模塊企業(yè)的體積功率密度，發(fā)現(xiàn)各家產(chǎn)品之間存在一定差異，平均體積功率密度大概在2.6W/cm，部分廠家能做到3.5W/cm甚至更高水平。SiC功率器件的應(yīng)用能大幅提升充電模塊的功率密度、延長使用壽命。充電模塊的功率器件主要包括MOSFET和IGBT兩種，各自適用于不同的電壓范圍，在充電模塊方面均有使用。相比于Si基器件，SICMOS具有更低的導(dǎo)通損耗、更低的開關(guān)損耗、更高的開關(guān)頻率等優(yōu)良特性，并且可在高溫、高壓、干擾等惡劣的環(huán)境中高效工作，能夠大幅提升充電模塊的功率密度、延長充電模塊的使用壽命、降低運(yùn)營商和樁企的運(yùn)維成本。要求二：散熱方式的改進(jìn)和優(yōu)化。對充電樁運(yùn)營企業(yè)來說，充電樁故障率和噪音擾民是兩大難題，其中充電樁的故障率直接影響到站點(diǎn)的盈利水平和用戶的使用體驗(yàn)。充電樁故障的主要原因在于充電模塊的故障，目前業(yè)務(wù)主流散熱模式為直通風(fēng)冷模式，采用高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇強(qiáng)力排風(fēng)，空氣由前面板吸入，從模塊尾部排出，從而帶走散熱器及發(fā)熱器件的熱量。但是充電樁處于室外環(huán)境，空氣會夾雜著灰塵、鹽霧及水氣并吸附在模塊內(nèi)部器件表面，內(nèi)部積塵會導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣變差、散熱變差、充電效率低、設(shè)備壽命減少；遇到雨季或潮濕，積塵吸水后會發(fā)霉、腐蝕器件、短路導(dǎo)致模塊故障。其次，風(fēng)冷散熱模式采用高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇強(qiáng)力排風(fēng)，再加上充電樁的散熱風(fēng)扇，會產(chǎn)生較大噪音。因此，要想降低充電模塊的故障率和噪音，需要對風(fēng)冷散熱模式進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。獨(dú)立風(fēng)道和液冷散熱有望成為未來充電模塊主流散熱方式。為降低噪音，提升產(chǎn)品防護(hù)性能，行業(yè)內(nèi)主流生產(chǎn)商不斷改進(jìn)散熱模式，發(fā)展出獨(dú)立風(fēng)道散熱和液冷散熱方式。1）獨(dú)立風(fēng)道散熱：通過優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，將電子元器件設(shè)計(jì)在模塊上方密閉箱體中，散熱器放置在密閉箱體下側(cè)，散熱器與密閉箱體四周進(jìn)行防水防塵設(shè)計(jì)，發(fā)熱電子元器件集中貼在散熱器內(nèi)側(cè)，風(fēng)扇僅對散熱器外側(cè)吹風(fēng)進(jìn)行散熱，使電子元器件免于粉塵污染和腐蝕，大大減少了產(chǎn)品故障率，提高了充電模塊的可靠性和使用壽命。2）液冷散熱：與風(fēng)冷充電模塊相比，液冷充電模塊系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)熱器件通過冷卻液與散熱器進(jìn)行熱交換，噪音更低。同時(shí)，液冷充電模塊采用全封閉設(shè)計(jì)，與灰塵、易燃易爆氣體等雜質(zhì)雜物無接觸，具有更高防護(hù)性，進(jìn)而提升使用效率和使用壽命。通常情況下，常規(guī)風(fēng)冷系統(tǒng)使用壽命為3~5年，液冷系統(tǒng)使用壽命可超過10年。但目前液冷散熱模式成本較高，適用于對噪音和防護(hù)性要求較高的場景。未來，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，以及大功率充電樁對充電模塊品質(zhì)要求的進(jìn)一步提升，液冷散熱模式有望逐漸替代風(fēng)冷散熱。主流充電模塊企業(yè)已在液冷產(chǎn)品方面有所布局。目前，英飛源、優(yōu)優(yōu)綠能、英可瑞、歐陸通等充電模塊企業(yè)陸續(xù)推出自己的液冷充電模塊產(chǎn)品。如：歐陸通在2022第三屆中國國際充電樁運(yùn)營商大會上首次發(fā)布75KWACDC產(chǎn)品，輸出電壓可達(dá)1000VDC，峰值效率達(dá)97%，采用業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的液冷散熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與外界污染隔絕屏蔽，能夠解決常規(guī)模塊故障率高、噪聲大等問題，在實(shí)現(xiàn)超級快充的同時(shí)有效提高充電模塊的防護(hù)性及可靠性。海外存在認(rèn)證壁壘，率先通過認(rèn)證企業(yè)有望享受高彈性增長海外對充電樁品質(zhì)認(rèn)證嚴(yán)格，接口標(biāo)準(zhǔn)各不相同。海外對充電樁標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格且各不相同，例如歐盟的CE、美國的FCC等都屬于強(qiáng)制認(rèn)證，獲得這些本土化的認(rèn)證許可是中國充電樁企業(yè)實(shí)現(xiàn)成功出海的首要壁壘。其次，不同國家和地區(qū)的充電樁接口標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，目前國際上主要有四個(gè)充電樁接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國國標(biāo)GB/T、CCS1美標(biāo)（combo/Type1）、CCS2歐標(biāo)（combo/Type2）、日本標(biāo)準(zhǔn)CHAdeMO，此外特斯拉有自己單獨(dú)的充電接口標(biāo)準(zhǔn)。海外充電模塊毛利率顯著高于國內(nèi)。從優(yōu)優(yōu)綠能披露的招股書數(shù)據(jù)來看，相較于內(nèi)銷，公司外銷毛利率更高，2019-2022H1公司外銷毛利率水平分別為49.64%/49.48%/46.25%/43.36%，較內(nèi)銷分別高22.38/25.16/26.29/21.15