主页～杏鑫娱乐～主页充电模块：直流充电桩的“心脏”，受益于需求爆发 和大功率趋势有望迎来量利齐升
直流充电设备的“心脏”，起到电能转换的作用。充电模块应用于直流充电设备中， 是实现整流、逆变、滤波等功率变换的基本单元，主要作用是将电网中的交流电转换为可 供电池充电的直流电。充电模块性能直接影响直流充电设备的整体性能，同时关系到充电 安全等问题，是新能源汽车直流充电设备的核心部件，被誉为直流充电设备的“心脏”。 充电模块上游主要是芯片、功率器件、PCB 等各类元器件，下游是直流充电桩设备制造商、 运营商及车企等。从直流充电桩成本构成来看，充电模块成本占比能达到 50%。
充电桩保有量持续提升，车桩比逐渐下降。作为新能源汽车的配套基础设施，充电桩 数量随着新能源汽车保有量的提升而不断增加。车桩比是指新能源汽车保有量与充电桩保 有量之比，是衡量充电桩能否满足新能源汽车充电需求的指标，车桩比越低，代表充电桩 供给更加充分，新能源汽车充电更加便利。截至 2022 年底，我国新能源汽车保有量达 1310 万辆，充电桩保有量达 521 万台，车桩比为 2.5，较 2015 年的 11.6 实现大幅下降。
直流桩在公共充电桩中的占比逐渐提升。截至 2022 年底，我国公共充电桩数量为 179.7 万台，同比+57%；其中，直流充电桩 76.1 万台，同比+62%，交流充电桩 103.6 万台，同比+53%，直流桩增速更快。从占比来看，2022 年底，直流桩在公共充电桩中的 占比达到 42.3%，较 2018 年提升 5.7pcts，伴随下游新能源汽车对充电速度的要求进一步 提升，未来直流桩占比有望进一步提升。
大功率充电趋势下，充电模块使用量有望提升。在快速补能的需求驱动下，新能源汽 车往 400V 以上高电压平台发展，充电功率也逐渐提升，带来充电时间的大幅缩短。根据 华为 2020 年发布的《充电基础设施发展趋势白皮书》，以乘用车为例，华为预计到 2025年，单枪充电功率达到 350KW，充满电将仅需 10-15 分钟。从直流充电桩内部结构来看， 要实现大功率充电，需要提升充电模块的并联数量，例如 60KW 充电桩需要 2 个 30KW 充 电模块进行并联，120KW 需要 4 个 30KW 充电模块并联。因此要实现更高功率快充，预 计充电模块的使用量将得到提升。
价：充分竞争下单 W 价格趋于稳定，大功率趋势促进产品价值量和盈利能 力提升
历史上经过多年充分竞争，充电模块价格趋于稳定。经历多年市场竞争和价格战，充 电模块价格大幅下降。根据中商产业研究院数据，2016 年充电模块的单 W 价格约 1.2 元， 到 2022 年充电模块单 W 价格已下降至 0.13 元/W，6 年时间下降约 89%。从近年来价格 变化看，目前充电模块价格趋于稳定，年度降幅有限。
大功率趋势下，充电模块产品价值量和盈利能力得到提升。充电模块功率越大，单位 时间内输出的电能越多，因此随着直流充电桩的输出功率朝着更大方向发展。单个充电模 块的功率由早期的 3KW、7.5KW、15KW，发展至目前以 20KW 和 30KW 为主，并有望 向 40KW 甚至更高功率等级的应用方向发展。根据优优绿能招股说明书披露的数据，2022H1 公司 20/30/40KW 充电模块的销售均价分别为 2558/3761/4242 元/台，毛利率分 别为 23.9%/31.7%/32.3%，大功率充电模块的产品价值量和盈利能力更高。
在我们此前发布的《新能源汽车行业充电桩行业深度报告：千亿市场，盈利边际向好》 （20230128）报告中的关于充电桩的预测基础上，测算全球充电模块市场空间，对充电模 块部分的假设如下： 公共直流桩平均充电功率：大功率趋势下，假设直流充电桩充电功率每年提升 10%， 预计 2023/2027 年公共直流桩平均充电功率为 166/244KW。 充电模块单 W 价格：国内市场，伴随技术进步和规模效应提升，假设充电模块单 W 价格逐年下降，降幅逐年趋缓，预计 2023/2027 年单 W 价格为 0.12/0.08 元；海外市场原 材料、人工、制造成本高于国内，预计单 W 价格约为国内市场的 2 倍。 基于上述假设，我们预计到 2027 年，全球充电模块市场空间约 549 亿元，对应 2022-2027 年 CAGR 达 45%。
多年竞争带来行业出清，充电模块玩家数量有限。与下游充电桩制造商和运营商不同， 目前充电模块行业玩家数量有限。根据第一电动网资讯，经历过去几年的激烈竞争，行业 逐渐出清，充电模块供应商从 2015 年底的接近 40 家，到目前还活跃在市场的只有 10 家 左右。主要分为两类，一是自产自用型，代表企业为：特来电、盛弘股份、科士达等；另 一种是供应型，代表企业为：英飞源、优优绿能、通合科技、英可瑞、永联科技、华为等。
行业格局初定，头部企业市占率较高。根据车桩新媒体统计数据，从 2022 年包括自 供型和外供型充电模块企业在内的竞争格局来看，英飞源是行业龙头，市占率达 34%，行 业 CR5 超 80%。若只看外供型（扣除公司自用和公司股东采购部分）为主的充电模块市 场，英飞源市占率更高，接近 50%，市占率前五的企业分别为：英飞源、永联科技、通合 科技、优优绿能、英可瑞。因此，无论是整体模块市场还是外供型市场，行业格局已然清 晰。
充电模块核心技术壁垒在于拓扑结构设计及集成化能力。充电模块的关键元器件在于 功率器件、磁性元器件、电阻电容、芯片、PCB 等，当充电模块工作时，三相交流电经过 有源功率因数校正（PFC）电路整流后，变成直流电供给 DC/DC 变换电路。控制器的软 件算法通过驱动电路作用于半导体功率开关，从而控制充电模块的输出电压及电流，进而 对电池组进行充电。充电模块内部结构复杂，单个产品内含超过 2,500 个元器件，拓扑结 构的设计直接决定了产品的效率和性能，散热结构设计则决定了产品的散热效率，具有较 高技术门槛。
“能做成”：需要在电力电子或电源领域多年的技术积累。充电模块具备一定的技术 门槛，市场上主流的充电模块生产企业大多具备多年在电力电子或者电源领域的技术积累， 例如：盛弘股份传统业务为工业配套电源，其与充电模块产品技术同源；通合科技、英可 瑞、欧陆通等均从事电源类产品业务多年，对电力电子技术锂解深刻；优优绿能高管团队 大多具备在全球著名电气公司艾默生的工作经历。
“能做好”：需要考虑众多性能参数，品质要求预计进一步提升。充电模块作为技术 门槛较高的电力电子产品，要想做到高品质，需要考虑的参数较多，如：体积、质量、散 热方式、输出电压、电流、效率、功率密度、噪音、工作温度、待机损耗等。此前充电桩 功率低、品质差，对充电模块的要求不高，但是在大功率趋势下，低品质充电模块会在后 续充电桩运营阶段产生很大问题，增加后期运维成本，因此，充电桩企业对充电模块品质 要求预计会进一步提升，对充电模块厂商技术能力提出更高要求。
充电模块产品质量和供应稳定性至关重要，客户认证流程严格。充电模块的客户主要 包括充电桩生产和运营商、新能源汽车厂商等，充电模块的产品质量、供应稳定性对于客 户的生产经营至关重要，因此下游客户会制定严格的供应商认证考核制度。一般情况下， 要通过大客户的认证，从递交供应商申请资料到最终进入体系通常需要较长时间。供应商 的考核从企业实力、产品情况等多个方面着手，内容涵盖企业规模、生产配合度、产品稳 定性、技术能力、未来技术发展方向、服务情况等。即使达成上下游合作关系，双方也是 采用逐步加大订单及供应量的方式进行合作。
客户认证通过后一般保持长期合作关系。同时，出于品质稳定性考虑，企业一旦进入 客户的合格供应商名录，只要产品质量、交期等方面能够持续满足客户需求，合作关系一 般较为稳定。特别是下游大型客户选择充电模块供应商时，还要考察充电模块厂商的长期 供货能力，通常会与供货能力充足的企业保持长期紧密的合作关系，甚至会参股一些优质 的充电模块供应商企业。因此，相对于新进入者，头部充电模块厂商具有明显的先发优势。 根据优优绿能招股说明书披露，其客户万帮数字（星星充电）和 ABB 分别先后于 2019、 2020 年对公司进行参股，目前持股比例分别为 2.67%、7.80%。我们认为，下游客户参股 充电模块企业，一方面可以侧面验证充电模块企业的产品品质得到客户认可，客户看好企 业未来发展；另一方面可以进一步加深双方的合作关系。
上游原材料种类繁杂，考验企业供应链垂直管控能力。根据优优绿能招股说明书披露， 充电模块营业成本构成中直接材料成本占比约 87%，占比较高且保持较为稳定，因此对上 游原材料的成本控制成为影响毛利率的重要因素之一。单个充电模块内含超过 2,500 个电 子元器件，所需的原材料包括功率器件、磁元件、电容、PCB、结构件、芯片等，根据优 优绿能 2022H1 各类原材料采购金额占比来看，功率器件和磁元件成本占比相对较高，分 别为 25.4%/22.5%。充电模块元器件种类较为繁杂，供应链上的厂家数目众多，需要公司 具备较强的供应链垂直管控能力来降低原材料采购成本和价格波动，对于新进入者而言， 往往需要较长时间的摸索与积累才有可能形成高效的供应链管理能力。
直流充电设备的快充能力是通过大电流和高压化来实现大功率的电能输出，这对充电 模块的性能提出了更高的要求。随着电压和功率等级的提升，充电模块的电力电子功率变 换电路拓扑、嵌入式软件控制算法、高频磁性元件设计、大功率散热结构设计等方面的难 度也随之提高，同时也要保证其安全性和可靠性，对充电模块厂商提出了新的要求，进一 步提高了充电模块的技术门槛。 要求一：同尺寸下进行功率升级。提高直流充电设备输出功率主要通过增加充电模块 数量或提高单个充电模块的功率，以提高直流充电设备总功率的方式实现。但是考虑到充 电桩的体积有限，单纯增加充电模块数量不能满足功率提升需求，因此需要在充电模块体 积不变的情况下，提升单个模块的功率，即提高功率密度。因此，体积功率密度是考验各 充电模块厂商的核心指标之一，我们按照“单模块功率/模块体积”公式测算目前充电模块 企业的体积功率密度，发现各家产品之间存在一定差异，平均体积功率密度大概在 2.6W/cm³ ，部分厂家能做到 3.5 W/cm³ 甚至更高水平。
SiC 功率器件的应用能大幅提升充电模块的功率密度、延长使用寿命。充电模块的功 率器件主要包括 MOSFET 和 IGBT 两种，各自适用于不同的电压范围，在充电模块方面 均有使用。相比于 Si 基器件，SIC MOS 具有更低的导通损耗、更低的开关损耗、更高的 开关频率等优良特性，并且可在高温、高压、干扰等恶劣的环境中高效工作，能够大幅提 升充电模块的功率密度、延长充电模块的使用寿命、降低运营商和桩企的运维成本。
要求二：散热方式的改进和优化。对充电桩运营企业来说，充电桩故障率和噪音扰民 是两大难题，其中充电桩的故障率直接影响到站点的盈利水平和用户的使用体验。充电桩 故障的主要原因在于充电模块的故障，目前业务主流散热模式为直通风冷模式，采用高转 速风扇强力排风，空气由前面板吸入，从模块尾部排出，从而带走散热器及发热器件的热 量。但是充电桩处于室外环境，空气会夹杂着灰尘、盐雾及水气并吸附在模块内部器件表 面，内部积尘会导致系统绝缘变差、散热变差、充电效率低、设备寿命减少；遇到雨季或 潮湿，积尘吸水后会发霉、腐蚀器件、短路导致模块故障。其次，风冷散热模式采用高转 速风扇强力排风，再加上充电桩的散热风扇，会产生较大噪音。因此，要想降低充电模块 的故障率和噪音，需要对风冷散热模式进行改进和优化。
独立风道和液冷散热有望成为未来充电模块主流散热方式。为降低噪音，提升产品防 护性能，行业内主流生产商不断改进散热模式，发展出独立风道散热和液冷散热方式。 1）独立风道散热：通过优化风道设计，将电子元器件设计在模块上方密闭箱体中， 散热器放置在密闭箱体下侧，散热器与密闭箱体四周进行防水防尘设计，发热电子元器件 集中贴在散热器内侧，风扇仅对散热器外侧吹风进行散热，使电子元器件免于粉尘污染和 腐蚀，大大减少了产品故障率，提高了充电模块的可靠性和使用寿命。 2）液冷散热：与风冷充电模块相比，液冷充电模块系统内部的发热器件通过冷却液 与散热器进行热交换，噪音更低。同时，液冷充电模块采用全封闭设计，与灰尘、易燃易 爆气体等杂质杂物无接触，具有更高防护性，进而提升使用效率和使用寿命。通常情况下， 常规风冷系统使用寿命为 3~5 年，液冷系统使用寿命可超过 10 年。但目前液冷散热模式 成本较高，适用于对噪音和防护性要求较高的场景。未来，随着技术进一步发展，以及大 功率充电桩对充电模块品质要求的进一步提升，液冷散热模式有望逐渐替代风冷散热。
主流充电模块企业已在液冷产品方面有所布局。目前，英飞源、优优绿能、英可瑞、 欧陆通等充电模块企业陆续推出自己的液冷充电模块产品。如：欧陆通在 2022 第三届中 国国际充电桩运营商大会上首次发布 75KW ACDC 产品，输出电压可达 1000V DC，峰值 效率达 97%，采用业内领先的液冷散热技术，实现与外界污染隔绝屏蔽，能够解决常规模 块故障率高、噪声大等问题，在实现超级快充的同时有效提高充电模块的防护性及可靠性。
海外对充电桩品质认证严格，接口标准各不相同。海外对充电桩标准要求严格且各不 相同，例如欧盟的 CE、美国的 FCC 等都属于强制认证，获得这些本土化的认证许可是中 国充电桩企业实现成功出海的首要壁垒。其次，不同国家和地区的充电桩接口标准也各不 相同，目前国际上主要有四个充电桩接口标准，分别是中国国标 GB/T、CCS1 美标 （combo/Type 1）、CCS2 欧标（combo/Type 2）、日本标准 CHAdeMO，此外特斯拉有 自己单独的充电接口标准。
海外充电模块毛利率显著高于国内。从优优绿能披露的招股书数据来看，相较于内销， 公 司 外 销 毛 利 率 更 高 ， 2019-2022H1 公 司 外 销 毛 利 率 水 平 分 别 为 49.64%/49.48%/46.25%/43.36%，较内销分别高 22.38/25.16/26.29/21.15pcts。从营收占 比来看，公司 2022H1 外销收入占比已达 43.0%，外销占比提升可以显著带来公司整体毛 利率水平提升。
国内充电模块企业加速海外市场认证。目前，主要充电模块企业正在加速进行海外市 场相关标准认证，如：英飞源 2018 年模块产品取得 CE、UL、KC 认证；通合科技已获得 欧盟 CE 认证，美国 UL 标准认证正在进行中；优优绿能已完成欧标、美标等标准认证， 产品已大规模供应海外市场。
品质要求提升下，技术型龙头企业优势愈发明显，有望在后续行业竞争中胜出。2015 年开始，在新能源汽车发展初期，充电桩品质较差，对充电模块在功率密度、效率、损耗、 环境适应性方面要求不高，低品质的充电模块故障率高、寿命低，增加充电桩生产和运营 企业后期的运维成本。前期充电模块企业一般是从电力电子或者电源设备企业转向而来， 经过多年以来下游应用的检验，技术积累日渐深厚，产品品质不断提升。以英飞源、通合 科技、优优绿能等为代表的龙头充电模块生产企业凭借多年技术积累、长期研发投入、优 质客户结构、供应链垂直管控能力，已构筑起深厚的技术和成本壁垒，占据了一定的市场 份额。 当前时间点，我们认为，随着大功率直流快充的发展、充电应用场景的复杂化、欧美 等海外市场对充电桩品质的严格要求，充电桩生产和运营企业对充电模块的品质要求也将 逐渐提升，进而对充电模块企业的技术能力提出更高的要求，行业技术壁垒将进一步加深， 前期在市场上已经取得先发优势的技术型龙头企业，叠加在客户结构优化、供应链管理方 面的成本优势等，有望进一步扩大市场占有率，迎来高速成长期。
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