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新基建時(shí)代的充電樁投資邏輯

第一汽車投研發(fā)布時(shí)間:2020-06-18 12:55:28  作者:梁一功 冀曉楠

  全球電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施增長(zhǎng)迅速,且中國(guó)占全球總量的一半。但是中國(guó)電動(dòng)汽車樁車比仍處于較低水平,2019年樁車比僅為0.4,平均每10輛車僅有4個(gè)充電樁。預(yù)計(jì)中國(guó)未來電動(dòng)汽車用電需求將與部分國(guó)家全國(guó)用電總和相當(dāng)。2020年伊始,新基建將強(qiáng)力推動(dòng)充電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)。

  充電樁產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

  充電樁產(chǎn)業(yè)是電網(wǎng)、新能源汽車產(chǎn)業(yè)連接接口,是重要戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn),產(chǎn)業(yè)包括充電樁基礎(chǔ)設(shè)施新建、充電基礎(chǔ)設(shè)施改造、充電站運(yùn)營(yíng)等方面。

  企業(yè)分布在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、充電樁研制、充電樁運(yùn)營(yíng)、車載OBC制造、整車廠幾大領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)鏈可劃分為設(shè)備制造與應(yīng)用運(yùn)營(yíng)兩大板塊,設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)鏈由上游零部件、整機(jī)組裝、充電站建設(shè)組成,延伸至充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)。應(yīng)用與運(yùn)營(yíng)部分要將主機(jī)廠、充電樁運(yùn)營(yíng)商、能源公司、地產(chǎn)客戶、專用充電用戶(公交、物流、機(jī)場(chǎng)、港口等)、電動(dòng)車主與車隊(duì)幾方面的需求與利益融合,形成硬件+軟件+服務(wù)的全國(guó)性充電網(wǎng)絡(luò),依靠創(chuàng)新性的商業(yè)模式,發(fā)揮充電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價(jià)值。

  

  充電應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)、痛點(diǎn)與癢點(diǎn)集中表現(xiàn)在充電必須在車輛停止時(shí)進(jìn)行,充電時(shí)間過長(zhǎng)且充電效率相比加油效率過低,導(dǎo)致當(dāng)前充電樁與停車場(chǎng)地“捆綁”現(xiàn)象明顯。主要的充電場(chǎng)景可劃分為公共充電、私人充電兩類,其中公共充電包含通用性充電設(shè)施與特定區(qū)域充電設(shè)施,可覆蓋高速公路、城市主要路段、酒店商超、專業(yè)車隊(duì)等主要場(chǎng)景。

  充電樁關(guān)鍵技術(shù)路線

  充電技術(shù)主要分為交流慢充電與直流大功率快充電技術(shù)兩條路線。交流慢充電技術(shù)是低成本高安全性的解決方案,因功率受限充電時(shí)間較長(zhǎng),一般給電動(dòng)車充滿電需要6-8個(gè)小時(shí),適用居民區(qū)夜間充電、辦公區(qū)、酒店停車充電,特點(diǎn)是可長(zhǎng)時(shí)間停車。交流慢充低成本特性源自于充電功率低,關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是車載充電機(jī),交流轉(zhuǎn)直流電量上限受車載環(huán)境制約,不需要過大的交流充電樁,可在銷售環(huán)節(jié)隨車附送。

  直流快充電技術(shù)是將交直變換模塊移至充電樁,功率設(shè)計(jì)不受空間限制,力爭(zhēng)大幅度降低停車充電時(shí)間。目前主流充電樁功率在60kW左右,隨車附送充電樁在向直流快充演變,進(jìn)一步發(fā)展方向是超級(jí)快充技術(shù),國(guó)內(nèi)規(guī)劃功率在500kW左右。

  充電整體技術(shù)路線將從交直并用向大功率直流技術(shù)演進(jìn),技術(shù)演進(jìn)核心驅(qū)動(dòng)因素是由于電動(dòng)汽車自身攜帶電量越來越高,單車從40度電提升至50-80度電,未來預(yù)計(jì)升至100-120度電,按20度電/100公里計(jì)算,交流7kW充電效率較低;車內(nèi)采用更高功率車載充電機(jī)的成本過高,技術(shù)難度較大。

  充電技術(shù)涉及主要的接口標(biāo)準(zhǔn)方面,各主要經(jīng)濟(jì)實(shí)體(美、中、歐、日)均制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),最主要全面的是歐洲標(biāo)準(zhǔn),包括統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、交流硬件接口標(biāo)準(zhǔn)、直流和combo硬件接口標(biāo)準(zhǔn);美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相比歐標(biāo)原則上保持一致,在控制引導(dǎo)電路設(shè)計(jì)上有區(qū)別;日本標(biāo)準(zhǔn)自成一系,接口與其他國(guó)家不相符;中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了歐洲與美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn),保證了自身標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立性同時(shí)兼顧技術(shù)可行性。

  另外無線充電技術(shù)已完成初期探索階段,正逐步進(jìn)入應(yīng)用階段,但技術(shù)場(chǎng)景有一定局限性,功率較低,安全性較差,成本較大。主流功率7kW,在研11kW左右,用電耦合效率較低,設(shè)計(jì)效率85%以上。對(duì)消費(fèi)者而言,更安全更高功率更低成本是核心訴求,無線充電與此需求距離較遠(yuǎn),世界范圍內(nèi)有多家公司在研,但未真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

  未來的重點(diǎn)技術(shù)路線是高功率快充方案,主流電動(dòng)汽車帶電量會(huì)飛速提升,提升充電功率是必然趨勢(shì)。目前快充樁功率集中在120kW,下階段目標(biāo)350kW,未來規(guī)劃500kW以上,但電動(dòng)汽車自身的平臺(tái)電壓較低,高功率引發(fā)大電流,銅線口徑較大,兼顧需要考慮液冷方案,多槍頭同時(shí)充電,提高了綜合充電成本,且具備一定安全隱患。高功率快充會(huì)將充電時(shí)間大大縮短,逼近加油體驗(yàn)。

  充電產(chǎn)業(yè)上游壁壘集中體現(xiàn)在功率半導(dǎo)體

  上游最核心是功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與破局機(jī)會(huì),電力電子器件是實(shí)現(xiàn)開關(guān)過程。功率半導(dǎo)體方案是影響充電樁方案的主要因素,連帶影響汽車內(nèi)OBC模塊、電池管理單元,是強(qiáng)關(guān)聯(lián)性影響。

  IGBT功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是在硅基基礎(chǔ)上進(jìn)行多種元素?fù)诫s后形成復(fù)雜PN結(jié)的一種開關(guān)系統(tǒng),IGBT使此類開關(guān)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)相對(duì)優(yōu)良的電壓電流特性,能夠高效傳遞能量。目前功率逆變器中大量使用IGBT作為核心電力電子器件,IGBT芯片的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)與制造成為充電領(lǐng)域上游的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)被巨頭壟斷,前五大廠商為英飛凌、意法、博世、德州儀器、恩智浦占據(jù)市場(chǎng)60%以上份額。國(guó)產(chǎn)化方面,中車與比亞迪的功率器件則主要在工業(yè)設(shè)備、高鐵中有所應(yīng)用。

  第三代功率半導(dǎo)體或有自主化破局機(jī)會(huì)。SiC本身的性能遠(yuǎn)高于Si,因此用傳統(tǒng)的MOSFET工藝制作SiC的MOSFET開關(guān)器件在性能上即可以完全替代Si基的IGBT,且中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)相較西方僅落后5至10年,現(xiàn)階段充分重視并發(fā)揮SiC作為第三代功率半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì),可以快速把控住關(guān)鍵元器件的上游,實(shí)現(xiàn)真正核心自主。

  充電樁運(yùn)營(yíng)模式

  充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)將融合傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、互聯(lián)網(wǎng)模式、toB/toC模式于一體,形成充電樁+商品零售+服務(wù)消費(fèi)、充電APP+云服務(wù)+遠(yuǎn)程智能管理、整車廠商+設(shè)備制造商+運(yùn)營(yíng)商+用戶三種商業(yè)模式,我國(guó)主要采用“整車廠商+設(shè)備制造商+運(yùn)營(yíng)商+用戶”的模式進(jìn)行經(jīng)營(yíng),更趨于完整鏈條,整合資源較多,難度較大,服務(wù)更全面。

  隨著充電容量越來越高、車輛越來越多,層級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能滿足不同層面客戶需求,層級(jí)結(jié)構(gòu)也與供電網(wǎng)絡(luò)本身有關(guān)。一級(jí)充換電站可設(shè)置在交通樞紐、高速公路、公共設(shè)施、城市干道,提供乘用車應(yīng)急充電、公交出租服務(wù)、車輛維護(hù)服務(wù)服務(wù);二級(jí)直流充電樁(群)建設(shè)于公共設(shè)施、公共停車場(chǎng)、城市干道處,提供乘用車中快速充電與其他增值服務(wù);三級(jí)交流充電樁(群)集中在自由停車場(chǎng)位、集體用戶、住宅小區(qū),可實(shí)現(xiàn)乘用車常規(guī)充電與增值服務(wù)。

  根據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟的數(shù)據(jù),充電樁設(shè)施全國(guó)保有總量處于持續(xù)攀升中,主要集中在長(zhǎng)三角、廣東福建、華東地區(qū)沿海省份,北京、上海等直轄市。全國(guó)性規(guī)模化運(yùn)營(yíng)已顯頭部集中效應(yīng),特來電、星星充電、國(guó)家電網(wǎng)充電樁保有量約占全國(guó)保有量的69%。對(duì)整車企業(yè)來說,隨車建樁已是“整車標(biāo)配”。

  基于新基建政策方向的投資邏輯

  綜上可知,充電樁產(chǎn)業(yè)當(dāng)前處在大規(guī)模建設(shè)階段,符合國(guó)家新一輪“新基建”戰(zhàn)略引導(dǎo)方向。充電技術(shù)交流慢充與直流快充共存,產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)與技術(shù)演進(jìn)方向明確,對(duì)供電安全性與穩(wěn)定性的要求始終不變。公用與私人場(chǎng)景使用充電樁呈現(xiàn)明顯區(qū)分的模式。

  從投資的角度,可重點(diǎn)關(guān)注擁有自我造血與渠道整合協(xié)同核心能力的企業(yè)。

  具備一定的充電樁生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力是其在行業(yè)內(nèi)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ),目前充電設(shè)備的制造銷售在行業(yè)內(nèi)可以普遍達(dá)到30%的毛利率,相較單純的運(yùn)營(yíng)公司,充電設(shè)備制造公司不僅僅提供最核心的產(chǎn)品,而且具備更清晰的商業(yè)模式與更高的毛利率,同時(shí)在下一代充電技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域占有先機(jī)。因此對(duì)于充電領(lǐng)域的投資標(biāo)的,其是否具備合格的高質(zhì)量充電設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)能力是一個(gè)需要重點(diǎn)考察的方面。

  充電企業(yè)的運(yùn)營(yíng)需要充分結(jié)合行業(yè)內(nèi)各個(gè)關(guān)聯(lián)要素并與之建立有效連接,才可現(xiàn)實(shí)地降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn),提升企業(yè)核心價(jià)值。與充電企業(yè)直接建立連接的包括政府、電網(wǎng)、地產(chǎn)、基礎(chǔ)建設(shè)、主機(jī)廠等,其提供的產(chǎn)品與服務(wù)必須滿足各直接關(guān)聯(lián)方的需求,并以滿足需求帶來營(yíng)收。同時(shí)在第一關(guān)聯(lián)方以外仍有需緊密聯(lián)系的第二層利益共同體,一定程度的穿透性考察也是必須的。

  聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力是充電運(yùn)營(yíng)企業(yè)的重要能力,目前充電運(yùn)營(yíng)企業(yè)總體經(jīng)營(yíng)狀況為盈虧平衡,并非盈利重點(diǎn)領(lǐng)域,但是運(yùn)營(yíng)又是相關(guān)企業(yè)在充電領(lǐng)域所必須涉及的環(huán)節(jié),如果沒有運(yùn)營(yíng)能力,下游被其它客戶完全把控,自身的行業(yè)話語權(quán)會(huì)被迅速剝奪,而沒有硬件系統(tǒng)供應(yīng)能力,又難以有足夠的利潤(rùn)支撐早期運(yùn)營(yíng)的虧損,因此對(duì)于充電類企業(yè)而言,投資視野應(yīng)鎖定在即生產(chǎn),又運(yùn)營(yíng)的企業(yè),即有強(qiáng)大的行業(yè)話語權(quán),又有穩(wěn)健的盈利能力。

  本文節(jié)選自一汽資本研究中心《汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)投資路線圖》研究報(bào)告,如需獲取報(bào)告全文PPT,可關(guān)注“第一汽車投研”微信公眾號(hào)+轉(zhuǎn)發(fā)本文,截圖發(fā)至微信號(hào) “chenchener”。

  作者介紹:

  ■ 梁一功 一汽股權(quán)投資公司 投資部主管

  德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)碩士,電力電子專業(yè)

  先后就職于奧迪、PNP

  參與中國(guó)充電標(biāo)準(zhǔn)制定

  關(guān)注功率半導(dǎo)體與電力電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用、發(fā)展與投資機(jī)會(huì)

  ■ 冀曉楠 一汽資本研究中心 信息與感知首席研究員

  德國(guó)萊布尼茨漢諾威大學(xué)碩士,信息與信號(hào)處理專業(yè)

  曾就職航空工業(yè)西安飛行自動(dòng)控制研究所

  關(guān)注電子信息技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用、發(fā)展與投資機(jī)會(huì)

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