新能源汽车换电及大功率充电行业专题：换电模式改善电网容量压力

（报告出品方/作者：广发证券，陈子坤、纪成炜、李靖）

换电及大功率充电有望提升电动车补能效率。2020年新能源汽车占汽车销售总 量5.4%，2021年占比13.4%，2022年1-6月占比21.56%。新能源汽车步入快速发展 阶段。截至2021年年底我国新能源汽车保有量784万辆（公安部数据），充电桩保 有量达到261.7万台（中国电动汽车充电基础设施促进联盟EVCIPA数据），车桩比 3:1。根据EVCIPA发布的《2021中国电动汽车用户充电行为白皮书》统计，由于目 前充电桩一桩难求，等待时间长且难以预测，并且快充桩暂时无法实现充电全过程 的高功率覆盖，实际中充50%电的时间往往远大于半小时，影响用户补能效率。解 决方法除了增设充电桩外，还需提升补能速度。我们认为换电和大功率充电是两种 有效解决路径，新能源汽车厂家为提升用户使用体验，纷纷布局公共换电及大功率 充电设施。

（一）新能源汽车与充电桩的比例为 3:1

新能源汽车市场高速发展。2021年中国新能源汽车销售352.1万辆，同比 +157.57%，2022年1-6月新能源汽车销售260万辆，同比+115.6%。新能源汽车产 业发展规划（2021-2035年）指出要深入实施发展新能源汽车国家战略，以融合创 新为重点，突破关键核心技术，推动我国新能源汽车产业高质量可持续发展，加快 建设汽车强国。2022年3月国家发改委、国家能源局印发的《“十四五”现代能源 体系规划》中提到，至2025年，新能源汽车销量占比达到20%左右。2020年新能源 汽车占汽车销售总量的5.4%，2021年占比13.4%，2022年1-6月占比21.56%。新能 源汽车步入快速发展阶段。

充电补能面临一桩难求的困局。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟 （EVCIPA）数据，截至2021年底全国充电桩保有量达到261.7万台，同比增长50% 以上。其中公共充电桩114.7万台，同比+42%，私人充电桩47万台，同比+68%， 充电站建设快速推进。根据公安部数据，截至2021年年底我国新能源汽车保有量784万辆，而充电桩保有量仅为261.7万台，车桩比约3:1，距离车桩比1:1仍然有不小差 距。国家发改委、国家能源局在《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障 能力的实施意见》中指出充电基础设施体系要“适度超前、布局均衡、智能高效”， 到“十四五”末，能够满足超2000万辆电动汽车充电需求。EVCIPA预测，2022年 将新增190万台车随车配建充电桩，随车配建充电桩保有量达到337万台，新增公共 充电桩54.3万台。

（二）核心痛点在于补能慢：充电 50%时间远大于半小时

充电慢是补能核心痛点。目前的充电方式主要有交流慢充和直流快充。交流慢 充充电设备内不配备功率转换器，充电时间在6-8小时左右。慢充虽然一定程度降低 电池损耗，但是超长的充电时间与营运车和商用车的重时间特性相矛盾，因此多用 于私家充电桩场景。目前多数的公共充电桩已采用快充模式，直流充电桩内置功率 转换模块。根据EVCIPA发布的《2021中国电动汽车用户充电行为白皮书》统计， 快充桩是99.3%的用户首选，超87%用户倾向选择120kW及以上大功率充电桩。但 是由于目前充电桩一桩难求，等待时间长且难以预测，并且快充桩无法实现充电全 过程的高功率覆盖，实际中充50%电的时间往往远大于半小时。而正常情况下，一 辆汽油车的补能时间约为5分钟，对比之下，用户补能效率有所影响。解决方法除了 增设充电桩外，充电速度也需要得到质的提升。目前针对充电慢有两种解决路径：换电和大功率充电。

（一）大电流超充面临散热挑战，高电压需车端桩端略有改动

充电桩P（充电功率）=I（电流）×U（电压），要减少充电时间，提升充电功 率，只需保障电压和电流其中一项不变，增加另一项即可。由此实现大功率超充有 两种路线：大电流和高电压。在衡量电池充电快慢时，常使用充电倍率（C）表示，指电池在规定时间充电至 其额定容量时所需要的电流值，数值上等于额定容量的倍数，即充电倍率（C）=充 电电流/电池额定容量。例如3C代表在给定电流强度下，1小时充电300%，即20分 钟充电100%。电池的负荷则使用SOC衡量，数值上定义为剩余容量占电池容量的比 值，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。大电流超充面临散热挑战。特斯拉、极氪等采用的都是400V+大电流模式实现 超充，即保持电压不变，通过增加电流提升充电效率。在此模式下，电流提升1倍， 散热增加4倍，大电流使得电路部件容易产生较高热损失，为热管理系统带来较大负 担。特斯拉V3使用水冷散热，极氪极充桩则装备全系统液冷散热技术。大电流高功率充电并不能实现充电过程全覆盖。根据42号车库测试的特斯拉V3 结果，其仅能在10%~30%左右的SOC情况下实现200kW以上的充电功率，超过30% 后直线下滑。

高电压的实现相较大电流更为容易。800V平台系统保持电流不变，电压加倍， 实现两倍能量输入车辆，充电速度更快。相较于大电流，高电压架构电流更少，电缆和电线可以做得更小更轻；同时，高电压模式下热量损失更少，也不需要复杂的 热管理系统为电池提供最佳温度，性能和续航里程都将改善。在车端若按照高压架 构平台，电动车的电池包、电驱动、空调等均需重新适配；桩端的改造只需把原本 低压的部分换成耐高压模块，整体改动较少，成本相对可控。总体来看，电动车800V 平台是目前车企实现超充的主流选择。

（二）特斯拉 V4 峰值电流近 900A、极氪 001 峰值电流 550A+

1、特斯拉

特斯拉是大电流超充模式的代表企业。特斯拉于2012年开始布局超充，最早高 压供应链尚不完善，特斯拉选择大电流直流实现超充。据特斯拉中国充电团队官微， 特斯拉于2021年在国内推出大电流超级充电桩V3，充电15分钟最高实现250km续航。V3采用液冷技术，相比V2对线缆部件进行了针对性升级，全新的电子元器件可实现 多车型同时充电且不分流。相比来看，充电区间20%~80%，V3、V2所需时间分别 为22分钟、32分钟，V3提速明显。同时，特斯拉推出在途电池预热功能，在用户使用车载导航至超级充电站时， 其车辆会智能提前加热电池，以确保在到达充电站时车辆电池温度达到最适合充电 范围，进一步缩短平均充电时间。从第一代超级充电桩V1至第三代超级充电桩V3， 峰值电流增至600A+，最大功率从90kW提升至250kW，充电效率保持行业前列。

特斯拉V4或将推出。Elon Musk曾在2021年6月透露，充电桩输出功率目标是 350kW，如果V4可以通过大电流路径实现最高功率350kW，那么在400V电压下， 峰值电流将接近900A，未来特斯拉或将推出更高性能的充电桩。

2、极氪

极氪2021年推出的极氪001采用400V电压架构，搭载具有液冷温控管理系统的 “极芯”电池包，最高能实现2.2C的高充电倍率，峰值充电功率220kW以上，峰值电 流550A+。极氪在Z-Talk补能专题活动中透露，2021年9月极氪能源第一批自建充电 站在杭州落成，截至2022年7月31日，充电网络累计已覆盖全国64城396站（不含专 用场站），包括极充站、超充站、轻充站三种不同功率满足用户不同场景需求的充 电站。其中，极充站配备的240-360kW超大功率极充桩：采用全系统液冷技术，电 流输出比同规格液冷枪线增大30%；抢线更轻，用户操作更加方便，极充桩液冷枪 线设计相比普通国标枪线使用重量减少35%；支持即插即充和无感支付。在极充站 内补能，极氪001可实现30分钟SOC从10%到80%，其中超长续航单电机WE版车型 可实现充电5分钟，NEDC续航增加120km。超充站配备单枪60-120kW超充桩，可 柔性分配功率并适配多种车型。

（三）新势力推出 800-1000V 高压平台车型

1、小鹏G9:800V高压SiC平台+480kW快充桩

电驱、散热、电池及落地情况：2021年11月小鹏G9在广州车展首次亮相，具有 X-EEA3.0电子电气架构，搭载XPower 3.0动力系统，益于高压SiC技术、电机磁场 及减速器优化，电驱系统最高效率可达95%以上，G9可以支持最高480kW的超级快 充。同等电池容量下，续航相比400V平台车型提升5%以上。该车采用充电枪液冷 散热技术，IP65级密封等级与内置安全监测芯片可共同保障安全。小鹏G9新车将搭 载容量为98kWh的三元锂电池，提供两种版本续航，CLTC工况续航分别为702km 和650km。超充桩与超充网络：据小鹏超级补能发布会，截至2022年8月15日，小鹏自营 超充站上线799座，目的地充电站上线201座，覆盖全国所有地级行政区。公司将在 2022年下半年开启全新一代超级充电桩布局，逐步构建800V/480kW超充网络。480kW高压超充桩的充电枪采用液冷散热技术，通流能力可达670A+，5分钟可充 200公里，12分钟可从10%充到80%。小鹏全新一代超级充电桩落地并实现大规模 布局后，充电速度与加油几乎相近，用户体验得到大幅度改善。

2、广汽埃安：800V高压平台+6C充电倍率+480kW超充桩

电池系统包含3C、6C两个版本：据2021年4月广汽科技日，广汽集团展示其超 级快充电池技术，分为3C和6C两个版本电池系统。①3C超级快充电池系统：续航 超过500km，0%-80%电量充电时间16分钟，30%-80%电量充电时间10分钟，采用 新型液冷系统，散热效率提升1倍。②6C超级快充电池系统：最大电压可达900V， 最大充电电流超过500A，可实现0%-80%电量充电时间8分钟，30%-80%电量充电 时间5分钟，车辆常温6C快充循环可达100万公里。

高压电驱动系统：埃安在高压电驱动系统中采用了基于多层扁铜线绕组电机技 术、多媒介电机冷却结构、高速旋转元件的寿命与可靠性研究、高功率密度新型绕 组结构电机单元等技术，采用广汽高速高功率密度电机设计方法，突破了高速电机 设计瓶颈。