详解！充电桩6大重要元器件

author：浙江春宇新能源汽车科技有限公司 Date：2024-03-27 Reading：838

充电桩有哪些重要的元器件？各零部件分别承担着哪些作用？以下将为大家分享充电桩的6大重要元器件详解，希望对你有所帮助~

一、充电模块

充电模块，也叫功率模块，是充电桩的“心脏”，占充电桩硬件成本的约50%，而硬件成本又占了总成本的90%；

充电模块在直流充电桩中起到将交流电转换为直流电的作用，关系充电桩整体性能与充电安全。这里贴一张优优绿能招股书中的图：

从上面这张图出发，下面针对重要元器件做简要介绍，具体包括：车载电源、配电系统（继电器、熔断器）、薄膜电容、金属软磁粉芯、线束（线缆+连接器）。

二、车载电源

（一） 概述

新能源汽车与油车核心技术的最大区别是“三电”系统：

1）动力电池总成，电芯、电池组、电池管理系统等；

2）电机总成，驱动电机、电机控制器等；

3）电控总成，车载充电机、车载 DC/DC 变换器、高压配电盒等。其中，电控总成的车载充电机OBC和车载DC/DC变换器统称车载电源。

（二） 根据威迈斯2020年招股书，车载电源具体包括：

车载充电机，指固定安装在车上的充电机，用于将电网电压**转换成电池总成电压，将输入的交流电转换为直流电，完成充电。换句话说，只有使用交流电充电（慢充）时才需要使用OBC。

车载DC/DC变换器，是指将电动汽车电池输入的高压直流电转换成低压直流电，为汽车空调、灯光、雨刷、电子仪表、安全气囊等低压用电设备供电。

车载电源集成产品，是指将车载充电机、车载DC/DC 变换器等多个零部件集成设计，形成体积更小、精密度**、成本**的一体化车载电源产品。

（三） 高压快充趋势下，车载电源发展趋势：

1）集成化：通过共用部分电路、控制芯片等，节省物料、减小体积和重量、降低成本；有利于在统一软件架构下开发软件，提**率；减少零部件数量，降低生产管理难度，提高生产效率；降低了售后服务压力；有利于优化空间布局。

目前常见的是物理集成；而威迈斯等采用的磁集成方案，在保证输出性能不变的情况下，通过磁集成控制解耦等核心技术大幅复用功率器件，能够使材料用量明显减少，有效降本增效。

2）双向充电：双向OBC可满足新能源汽车双向充放电需要，具体包括 V2L（Vehicle-to-load，车对负载）、V2V（Vehicle-to-vehicle，车对车）、V2G（Vehicle-to-grid，车对电网）等。

3）高电压化：OBC向11kW/22kW 等大功率方向发展。

4）第三代半导体应用：车载电源中碳化硅取代传统硅基是大势所趋。第三代半导体材料具有高功率特性、**率和低损耗特性、高频率特性等优势，更适合用于制作高温、高频、大功率、抗辐射器件。

（四） 高压快充趋势下，对车载电源可能不利的地方：

上面已经提到，只有使用交流电充电才需要使用OBC。

所以中短期内，直流快充的影响还不大；但长期，高压快充直流桩的全面铺开对OBC存在一定程度替代。实际上，2021年蔚来ET7车型**取消了交流充电口且后续新车型沿用该设计。未来，家用交流充电桩，也存在将OBC从车上迁移至充电桩内部的可能。

（五） 重要标的

威迈斯：国内乘用车OBC出货量**的第三方供应商；产品包括车载电源系列、电机控制器、电驱总成以及液冷充电桩模块等。800V车载电源集成产品已获得小鹏、理想、岚图等客户定点；磁集成技术领先。

欣锐科技：布局碳化硅电源方案。小鹏 G6 车型车载电源的**供应商。SiC方案已应用于车载电源产品中；2023年与 Wolfspeed 签署合作协议，推进SiC MOSFET在新能源汽车及充电桩领域的应用。

英搏尔：国内少数同时具备驱动系统、电源系统两大产品矩阵的头部企业。已推出基于800V高压架构的高功率密度的第三代电源总成产品。

三、配电系统

新能源汽车配电系统，通过继电器和熔断器协同配合，实现对负载和电池的有效保护，800V架构电压和电流大幅递增，对继电器和熔断器要求提升。

（一） 继电器

继电器是一种自动开关元器件，起电路控制保护作用，是电气自动化控制和保护必须配备的部件。

高压直流继电器为新能源汽车核心零部件；

传统油车使用45只12V低压继电器，单价约3-4元，单车价值量约140-180元；在新能源车中，除45只汽车继电器外，通常还需要5-8只高压直流继电器，当前单价约80元，高压直流继电器单车价值量约400-640 元。

高压架构下，继电器在切断电路时可能会引发更为严重的电弧现象，因此对产品的耐压等级、载流能力、灭弧、使用寿命等要求提高。有券商预计未来高压直流继电器单车价值量将达到450-800 元，增长幅度约 12%-25%。

宏发股份：全球继电器行业龙头。

（二） 熔断器

1）概述

熔断器是对电路进行过电流保护的器件，串接在电路中，电流流经熔断器。当电路短路或过载，过电流产生的热效应使熔体熔化、气化产生断口，断口产生电弧，熔断器通过熄灭电弧切断故障电路，起到电路保护作用。

同等情况下，熔断器能分断数十倍于其他开关类保护器件的最大电流，同时通过的电流最大值和故障能量为其他保护器的百分之一以下，熔断器不可替代性在此体现。

2）产业链

熔断器主要由熔体、灭弧介质、M效应点、绝缘管壳、接触端子和指示器组成。根据中熔电气2021年4月招股书，熔断器产业链如下：

3）新能源电动车带动熔断器需求

车用熔断器分为低压和高压。

低压应用电压一般低于60VDC，主要对车用低压负载进行保护（车灯、车窗电机、雨刷器电机等），油车和电动车均有应用；

高压主要适用新能车，应用电压一般为60VDC-1,500VDC，主要对主回路（电池大电流充放电、车辆驱动回路）、辅助回路（空调、PTC加热、慢充等）、充电桩直流侧回路进行保护。

高压快充趋势下，需要激励/智能熔断器进行主动保护：

激励熔断器：能在控制信号触发激励装置时，主动切断故障电流，即在预期发生故障时就能开启保护，而传统熔断器只能在故障电流发生后保护，相对而言功耗**，保护效果更弱；

智能熔断器：是对激励熔断器的进一步升级，可根据需求定制保护特性，自动触发保护动作，也可接受外部控制信号主动分断，提供主被动一体保护。

4）重要标的

中熔电气：国内熔断器龙头；通过宁德时代、国轩高科、比亚迪供应链、捷普电子等主流电池、电控系统厂商进入新能车供应链；风光储客户已发展阳光电源、宁德时代、华为、维谛等行业龙头。

好利科技：电子熔断器隐形**。参股18%的合肥曲速主要从事GPU芯片、ADAS视觉芯片的研发和销售；在研GPU芯片主要用于视频监测，可运用于数据中心、服务器、网络交换等应用场景，在研ADAS车载视觉芯片未来主要应用于L3-L4高阶自动驾驶领域。

四、薄膜电容

（一） 电容器概述

电容器是不可或缺的被动元器件，具备通交流阻直流功能；基本结构是两个金属导体物质之间以绝缘介质隔离，使之构成两极板，充电后两极板会分别储存数量相等的正负电荷，从而成为“储存电荷的容器”。电容器在调谐、旁路、耦合、滤波、储能等电路中起重要作用。

根据绝缘介质的不同，分为陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等。

（二） 薄膜电容概述

薄膜电容是以金属箔当电极，以聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜作为电介质的电容器；

不同电介质材料的薄膜电容具备不同特性。薄膜电容具备无极性、介质损失小、长寿命、高频率及温度特性优异等特性。随着高频、大电流应用场景的拓展，高频特性优异的 PP（聚丙烯）薄膜电容份额持续提升。

（三） 薄膜电容在新能源汽车中的应用

1）逆变器：**的逆变器技术需要功能强大的功率模块进行逆变、与之匹配的DC-Link电容器进行直流支撑、以及吸收电容进行电压吸收；

2）车载充电器：薄膜电容的应用场景包括EMI滤波电容、DC-Link电容、输出滤波电容、谐振电容、功率因数校正（PFC）等；

3）充电桩：直流充电桩采用高电压、大功率，需输出滤波电容及DC-Link电容等。

（四） 高压快充继续提升薄膜电容需求：

电容的作用是储能和滤波，可用作汽车直流支持电容，防止功率变化对IGBT的损害。车载电容此前以铝制电解电容为主，但额定电压不能超过500V；

薄膜电容额定电压可超1000V，耐高压能力强，频率特性优异，安全性高，温度范围宽，因此顺应800V高压趋势。单车用量1-2个为主，均价200-300元，400V架构薄膜电容单车价值量400元左右，升级800V架构价值量有望再提升20%。

（五） 重要标的

法拉电子：国内薄膜电容器龙头，目前薄膜电容器产量全国**，世界前三。

江海股份：公司铝电解电容器和薄膜电容器在新能源汽车上已有应用，超级电容器的应用也正在推进，已向比亚迪、小鹏、理想等供货。

五、金属软磁粉芯

（一） 磁性材料概述

电子元件主要分为主动元件和被动元件。电感元件因其内部没有任何形式的受控源机能，属于被动元件。磁性材料是制造电感元件的核心材料，材料性能的优劣，很大程度上决定电感元件的性能。

磁性材料分为永磁和软磁两类。永磁又称硬磁，能长期保留其剩磁，能经受不太强的磁场干扰。软磁材料与之对应，易于磁化，也易于退磁，主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输，广泛用于各种电能变换设备中。

软磁材料分类参见下面铂科新材招股书中的一张图，金属软磁粉芯性能最为优异，在光伏、储能、新能源汽车等板块广泛应用。

（二） 金属软磁粉芯介绍

金属软磁粉芯由绝缘介质包覆的磁粉压制而成，是当今软磁材料领域综合性能**的软磁材料。

软磁材料高饱和磁感、低损耗、高磁导率、小型化、耐腐蚀等综合特性适用于制造诸如5G 基站、光伏逆变器、轨道交通变压器、新能源汽车及充电桩、大数据中心变电站以及特高压控制柜等关键设备或元器件。

（三） 软磁材料在新能源汽车中的应用

软磁材料主要应用于新能源汽车板块的充电桩、车载AC/DC 充电器、车载 DC/DC变换器三个应用领域。此外，还应用于汽车其他部件如无钥匙系统、音响喇叭、倒车影像等。

（四） 高压快充继续提升软磁材料需求

金属软磁粉芯主要用于纯电车的OBC电感，单车用量0.7kg，以及混动车型的升压电感和OBC电感，单车用量3.3kg。实现800V高压平台，需要在 DC/DC变换器上再安装一个升压电感，这将使纯电车的单车用量由原先的 0.7kg提升至2.7kg 左右，提升率约为300%。

直流快充电桩也能提升金属软磁粉芯需求。根据行业生产数据，目前每kw 金属软磁粉芯用量为0.1kg。高电压快充桩渗透率逐步提升。保守假设由于技术升级，未来每kw金属软磁粉芯单耗会由0.1kg下降至0.06kg，则每台充电桩的金属软磁粉芯用量依然由原先的2kg大幅提升至18kg。

（五） 重要标的

铂科新材：华为车载OBC、充电桩、UPS等金属软磁材料的核心供应商；芯片电感已批量用于英伟达AI芯片GPU-H100；主要从事金属软磁粉和金属软磁粉芯的研产销。金属磁粉芯产品在光伏领域主要应用在光伏逆变器中；储能领域主要应用在储能模块电源中。

东睦股份：粉末冶金压制成形龙头，金属注射成形和软磁复合材料为行业双寡头，全球**一家粉末冶金压制成形与金属注射成形产业规模同时达到10亿以上的企业；公司金属软磁粉芯体量国内前二，间接供货特斯拉。

天通股份：国内少数掌握大尺寸铌酸锂晶片成套技术和工艺的企业，铌酸锂**国产供应商。

公司生产的软磁材料应用于逆变器中的高频变压器、驱动变压器等器件。公司是晶体材料和晶体设备领域的领先企业，压电晶体材料（压电晶圆），已打破国际垄断，销量位居中国同行**。

屹通新材：公司生产的金属软磁粉作为生产磁粉芯及电感元件的原材料，其下游产品最终可以应用于新能源汽车的充电桩等领域。

公司是一家以高品质铁基粉体为核心业务的企业，主要以各类废旧金属为原材料，通过熔炼、水雾化及还原等工艺，将废旧金属转化为具有高附加值的制造业基础原材料。

六、线束（线缆+连接器）

（一） 概述

汽车线束是汽车电路的网络主体，是汽车的“血管”。一辆整车的汽车线束产品涵盖发动机线束、仪表板线束、车身线束等线束产品。线束主要由三部分组成，线缆、包裹材料以及连接器（端子），属于定制型产品。线缆的核心材料为铜，铜材料成本构成线缆成本的**大头。

（二） 线束发展的趋势

高电压线束 → 汽车智能化、车联网驱动高带宽线束 → 整车轻量化要求：铝代替铜

（三） 高压快充继续提升线束需求：

高压线束由于其运行特殊性，具有高电压、高密封、高耐热、抗干扰、高耐久等要求。

电压提升到至800V，且充电功率增幅不翻倍的情形下，电流的大小会被适当减弱，此时可采用截面更小的高压线束来传输电能，由此换来线束重量减小，达到节省线束体积的效果；进而降低电路内阻损耗，变相提升功率密度和能量使用效率。

目前技术架构下，每辆新能源汽车需要高压连接器15-20个，从400v到 800v的平台升级，将需要增加大功率快充接口、400v与 800v之间的高低压转换器（DC/DC）。这些部件的新增都需要额外配备高压连接器，使得高压连接器使用量提升，进而带动高压线束（线缆+连接器）单车价值提升。

注：本文主要参考：重点标的公司招股说明书、年度报告等公开资讯。

转自充换电研究院

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