PM802F【核芯观察】充电桩上下游产业梳理

前言：【核芯观察】是电子发烧友编辑部出品的深度系列专栏，目的是用最直观的方式令读者尽快理解电子产业架构，理清上、中、下游的各个环节，同时迅速了解各大细分环节中的行业现状。上一期【核芯观察】，我们对充电桩的概念、市场现状、充电桩的构成等方面进行了分析。这一期，我们会对充电桩、充电模块的市场格局，产业链企业分布、各家厂商的技术方案等进行剖析。  充电模块发展趋势   充电桩一般通过多个充电模块并联构成，特别是大功率充电桩，而随着充电桩的单桩功率越来越大，对于充电模块也提出了更多要求。充电模块的工作电路由前级 PFC电路和后级 DC/DC 电路构成，主流厂商在前级 PFC 方案上均使用 VIENNA 电路，在后级DC/DC 方案上大多使用 LLC 全桥电路，仅英飞源、艾默生两家厂商选择牺牲一定效率换取更宽的输出电压，使用了 ZVS 移项全桥电路。在电路结构的技术路线上目前行业路线基本统一，因此在大功率快充的逐步发展下，充电模块需要提高单模块功率等级和功率密度，同时提供更宽输出电压、更高转换效率和更好的散热性能。目前充电桩模块主要有15kW、20kW、30kW、40kW等几种规格，也有一些厂商比如易能时代在2022年推出了行业首款60kW充电桩模块，但目前未成为主流。当然单模块的功率等级也不会无限制提升，多模块另一方面也是保证系统冗余的提升，降低单模块失效对整体系统的影响。系统充电模块较多的另一个好处是，易于进行功率调度分配，提高系统效率，减少资源浪费。根据优优绿能的资料，直流充电桩根据需求，一般会由偶数台充电模块并联而成，总数一般会在12台以下。比如480kW的充电桩会使用12台40kW充电模块，而180kW的充电桩，可以使用6台30kW充电模块或是12台15kW充电模块等。对大功率充电桩而言，充电模块也需要更高的功率等级，才能降低模块使用数量，便于降低系统成本。在高压快充的发展下，目前400kW以上的充电桩已经做到1000V输出电压，充电模块的输出电压范围也从500V、750V提升至如今高达1200V。在高达千伏输出电压的应用下，充电桩模块也需要更高的转换效率，以降低能量损失以及运营成本。其中的措施包括软开关技术，采用第三代半导体比如碳化硅、氮化镓功率器件等。充电桩功率提高，也意味着充电模块的散热也更加重要。过去的风冷功率模块已经无法满足一些大功率快充的应用，目前一些充电模块已经使用上液冷，通过外置散热器进行高效散热，也能够一定程度上提高系统运行效率。  在对市面产品的不完全统计中，华为充电模块96.5%是目前行业最高水平之一，但行业整体水平都在95%以上；优优绿能和通合科技的产品最大功率密度均为59.45W/in3，高于华为的57.21W/in3，英飞源的39.69W/in3和永联科技的 46.67W/in3；电压输出范围最宽的是通合科技和英飞源的 50V 至 1,000V，其他产品主要在100V至1000V和150V至1000V。  充电模块价格走势上，以优优绿能公布的数据来看，由于受到的影响因素较多，产品价格会产生异常波动，以及出现低功率等级产品比高功率等级产品更贵的现象。首先是国内和海外市场的差异，优优绿能公布的数据中，海外市场的产品单价往往要比内销单价高出50%以上，因此这里统计以国内市场为主。充电模块的价格受到功率等级、生产成本、定价策略、认证标准、竞争强度、客户类型、交易规模等因素影响。但出现15KW产品价格比20KW更高，甚至在2021年超过30KW充电模块单价的现象，主要是15KW产品目前已经进入市场衰退期，公司在持续降低产量的同时，由于客户需求量较少，2022年总共销售了不到400台，主要用于现有产品的维护和更换，对价格敏感度也相对较低，因此公司采取了不同的定价策略。而2021到2022年，除了15KW产品之外，其他产品单价都出现了不同程度的上升，这一定程度是由于当时芯片价格上涨导致的成本上升，对产品单价作出的调整。 充电模块市场格局  充电模块是充电桩中价值量占比最高的部件，所以市场格局方面我们先从偏上游的充电模块开始讲起。从国内市场来看，根据公开数据，2022年国内充电模块市场规模约53亿元。按照中国充电联盟对国内充电桩市场规模的增长预测，以及大功率充电桩趋势来估算，2023年国内充电模块市场规模约90亿元，到2025年有望达到接近200亿元的水平。从充电模块行业的玩家来看，主要分为两类，一是以特来电、盛弘股份、华为为代表的厂商自产自用，生产充电模块主要为自家充电桩产品服务；另一类是以英飞源、优优绿能为代表的供应商模式，只生产充电模块，自身没有充电桩整机产品。充电模块行业经过多年的竞争洗牌，目前形成一超多强的状态。没有上市的英飞源闷声发大财，2022年占据了国内超过30%的市场份额；而优优绿能、特来电、永联、华为、盛弘股份等位居第二梯队。