V2G在技術層面障礙較小，主要影響因素是商業價值。如果峰谷差足夠大、電池循環壽命足夠高，則V2G技術可能也會在分時充電等方式的基礎上得到一定程度的發展。

本文來源：微信公眾號 中信建投證券研究

整車續航里程、整車充能便利性、整車安全性和動力電池回收四個方面是我國新能源汽車產業長期良性發展的必要保證。隨著我國新能源汽車保有量的逐漸增加，充電樁建設、充電服務的有效需求也將大幅提升。充電樁位列“新基建”充分說明了有關領域的重要地位。電新團隊上周發布深度報告《充電設施:新基建賦能，便捷性之夢》。在上述邏輯基礎上，優質電池材料、動力電池及整車供應商、充電基礎設施供應商和充電服務供應商有望充分受益。‍今天我們邀請到了中信建投證券電力設備及新能源行業首席分析師楊藻，與各位投資者共讀研報，探索新能源充電設施領域的投資機會。

一

對于目前大家普遍關注的新能源汽車的充電和續航問題，您認為這里的核心需求在于什么？

使用便捷性是絕大多數情況下用戶對汽車的接受底線和核心需求，可簡明體現為汽車在某工況/工況組合下運行的行駛時間和充能時間，及對應的行駛路程。不考慮路的影響而只從車的角度出發，行駛路程越長（對應續航能力）/行駛速度越快（對應動力性能），單次充能時間越短/充能時間占總時間的比例越小（對應充能能力），可認為整車的使用便捷性越高；在充能不便的條件下，單次充能的行駛路程越長，整車的使用便捷性越高。

汽車的續航能力、動力性能和充能時間的決定性因素是其儲能（及配套動力）系統的本質理化屬性。這已為長逾百年的汽車進化史所證實。隨著鋰離子電池技術的持續優化，新能源汽車的續航能力也持續增長。僅以2020年我國范圍內推出/擬推出的純電動乘用車新品論，特斯拉Model 3長續航單電機版、比亞迪漢EV、上汽榮威Ei6、廣汽Aion-V、長安e-rock等車型的工況續航均超過600km。在滿電狀態下，新能源汽車（主力技術路線仍是純電動，本文也僅對純電動相關內容展開討論）的“里程焦慮”現象有望得到充分控制。

但是燃油車型的配套設施和加油時間方面的巨大優勢仍然存在。至2018年，我國已有超過10萬個加油站，總量充足；單車加油時間約3分鐘，快速方便。這使得消費者使用便捷性方面，燃油車型總體仍然相當程度領先純電車型，很大程度上可以影響用戶購車決策。所以，發力新能源汽車充能的“能源鏈條”對產業發展乃至國家新能源汽車戰略的推進而言勢在必行。

二

綜合來看，目前我國的充電基礎設施建設進展如何？充電設施中的協同作用體現在哪里？

有線充電大概率是長期主流，便捷快充需多環節協同。


消費者角度出發，能量補充的持續需求都是方便、快捷、廉價。不同的能量補充模式中，利用充電樁的有線充電是最廣泛應用的充電方式，該方式結構簡單、效率較高。

無線充電以空氣為介質，單位截面積無線能量傳播功率上限取決于評論，所以最大功率有限，而且效率隨距離衰減嚴重；換電需解決電池庫存、電池型號統一等問題，普適性尚未體現。總體而言，各個能量補充模式都有其發展前景和適用領域，有線充電大概率是長期主流。

按照不同的空間尺度，純電動車型的充能受到原子尺度、微觀尺度、電池單體、電池包和系統（乃至充電基礎設施）等層級的影響。電池具備快充能力、整車可承受較高快充功率、大量快充基礎設施有效協同方可獲得最佳快充效果；如某個或某些環節現實情況和理想需求差距較大，則需綜合權衡得出支持產業發展、具有可實現性的最優路徑。

三

您對于新能源電池一直有著深入的研究，能否請您簡單介紹一下快充電池材料持續發展的關鍵是什么？

對動力電池進行充電，一方面鋰離子從正極脫出，經過正極-電解質界面、（液態）電解質、負極-電解質界面，嵌入負極；另一方面電子從正極導出、經外電路自負極導入，保證整個電池的電中性。放電過程相反。充電時間要求較短則需快充能力（高倍率充電，可認為是倍率性能）強，對電池材料的要求也更高。

不同的正極材料，電子電導、鋰離子電導/離子擴散系數、粒徑形貌、涂布厚度和面密度等因素均可影響脫鋰能力。本征的影響因素是材料體系區別：層狀結構的鈷酸鋰、三元材料的鋰離子擴散通道是二維通道，橄欖石結構的磷酸鐵鋰擴散通道是一維通道，所以鋰離子嵌入/脫出更容易，體現為離子電導更高。納米化等手段可以改進離子電導，但是對體積容量密度有負面影響；過大的比表面積也會給生產工藝、壽命方面的指標帶來一些不利影響。


鈷酸鋰/三元材料的本征電子電導好于磷酸鐵鋰，但二者不同程度需要炭黑、碳納米管等導電劑摻雜、表面包覆等手段提升電子電導，優化倍率性能。

為支持電池倍率性能的發揮，電解液通常需要在工作溫域內具備較高的離子電導以及較低的極化，并且控制和正負極的反應。

負極是充電過程中鋰離子的接受體，是電池快充性能的關鍵。石墨是最常用的負極材料，但其層間距較小（0.354nm），在快充時由于界面反應阻抗的增加使得石墨負極相比慢充下更容易達到析鋰電位，鋰離子不能正常嵌入到石墨負極，而是以原子的形式沉積在負極表面形成鋰枝晶。鈦酸鋰零應變，具有三維擴散通道，但成本高、對鋰電壓高，對應電池能量密度低。動力電池的負極對快充的優化仍多依托石墨基體，進行鋰離子擴散通道構建、高導電材料包覆等方面工作。

所以，在電池材料層面，正極材料的納米化、摻雜和包覆改性，電解液的成分調控，隔膜的厚度、孔徑與涂覆調控，負極的擴散通道構建和包覆改性等，可以提升電池的倍率性能，發揮更強的充放能力。但是，倍率性能的提升也會對電池能量密度、壽命、成本方面帶來不同程度的負面影響。側重倍率性能的電池，能量密度通常低于類似體系、側重能量密度的電池。

四

再來從整個電池系統的角度來看，保證快速充電能夠平穩運行的探索方向是什么？

多節電池單體串并聯組成電池模組-電池包，形成電池系統。單體層面快充的負面影響可能在系統方面被放大。如前所述電池單體在快充時的溫度不均勻性被拉大，到系統層面電芯之間的溫度不均勻性也會增加。這使得不同電芯的性能差距增加，電池包整體材料功能微元的性能差距被進一步拉大。相對更熱的電芯及功能微元輕則老化加速，重則局部過充，發生負極析鋰，刺穿隔膜導致熱失控安全事故發生的概率成倍增加。控制變量角度看，電池系統的壽命不及電池單體，高倍率條件下差距拉大。

相應的解決方案包括采取成熟穩定的電池制造工藝，提高電池單體的一致性；采用更高性能的熱管理系統，提升溫度管控能力與均熱效率；運用實時收集、監控電芯/模組信息更豐富精確的BMS，保證充電的功率處于電芯的合適工作窗口范圍內；優化整車-電池包設計等。

所以，希望優化快充倍率的電池在材料、單體、系統層面不同程度需要在能量密度、壽命、安全性和成本方面做出權衡，而且高倍率充電對電池的容量發揮、安全性保持等方面有不利影響。當前應用于純電動車型的動力電池多關注C/3、1C、3C等不同倍率下的性能表現，作為綜合評價電池的重要組成部分。

五

分析了電池之后我們再來聊一下整車的快速充電情況，目前車載充電和通過充電樁充電的區別是什么？該領域未來可以有哪些新的發展和新的探索？

車載充電系統安裝在車輛內部，具有體積小、冷卻和封閉性好、重量輕等優點，但功率普遍較小，充電所耗時間長。充電樁相比于車載充電系統功率更高，高功率充電樁可實現快速充電效果。根據ev-database的統計，主要國際純電動乘用車產品的車載充電機支持的最大功率以11kW居多，也有6.6kW、7.2kW、17kW、22kW等其他數值；連接外界充電樁的最大快充功率多已接近或超過100kW，考慮到整車最大帶電量的不同以快充倍率估算，大多數車型的最大快充倍率在約2C以內，平均快充倍率在1~1.5C（高電位下充電通常需要降低電流強度，故快充功率一般只維持到80%SOC甚至更低，充滿電時間可壓縮至1小時以內需要的平均快充倍率1C，最大倍率須相當程度大于1C）；以快充折合續航（線性外推至單小時續航提升量）計，多數車型在500km/h上下。

以日產leaf/寶馬i3為例，具有常規快充速度的車型（也包含大多數充電30分鐘或稍多，續航增長至80%的自主純電動A級車）通常搭配60kW快充樁即可較好地實現車-樁匹配。對于帶電量更大、快充倍率也更高的車型而言，更大功率的充電樁與更高倍率、容量動力電池匹配就是實現有效快充、獲取更多的單位時間充電續航的關鍵。主要產品中，特斯拉Model 3/Y、保時捷taycan的充電倍率達到/接近3C，快充折合續航增加達到700km/h以上。

特斯拉和保時捷的努力：

以400V電壓平臺的高壓系統和超級快充站相配合，自2012年開始特斯拉系列產品為純電動乘用車提供了相對較好的充電使用體驗。400V高壓系統的巔峰可能也就是特斯拉系列產品的對應表現。

截至2020年初，特斯拉在全球范圍內已有逾1600座超級充電站和1.44萬個超級充電樁，北美、歐洲、東亞是布局重點。

Model S、Model X即兼容超級快充，Model 3、Model Y在它們基礎上更進一步。

對Model 3標準續航版，采用175kW充電樁其最大充電功率也僅有100kW，對應動力電池倍率約2C（100kW/50kWh）；而對長續航版，同樣使用175kW充電樁其最大充電功率可達到約150kW，對應動力電池倍率仍然為2C（150kW/75kWh）。

到了Model Y，整車的最大充電功率和平均快充功率都有了進一步提升，但是250kW最大功率仍未跑滿350kW直流快充樁。

保時捷Taycan則將高壓系統的母線電壓提升至800V，功率模塊兼容400V的超級快充網絡。800V高壓系統部分規避了更粗的電線造成的不變，一方面使得更大功率的電機得以應用，對應其跑車所需的動力性；一方面也提高了快充功率在系統層面的“天花板”。但是對絕緣的要求也更高。現階段800V高壓快充的最大功率仍不足300kW，達到350kW或需等到2021-2023年（據NE時代估計）。

六

快速充電還不夠完善，據您分析制約快速充電發展的技術瓶頸是什么？展望未來快速充電將會有多快？

超級快充的技術瓶頸是多環節的。動力電池方面，過高的倍率需要的性能妥協太大，電池系統的管理難度也提升，綜合考慮各種因素，800V、400kW~500kW約對應4C~5C倍率，基本是具有可實現性的前瞻指標（事實上，大電流要求單位長度充電線重量大幅增加，使用便利性下降；充電樁也因為大功率而需要考慮實際體積、散熱等要求，成本增加，建設難度提升）。

我們預計，幾小時慢充、1小時快充和部分15分鐘-半小時的超級快充將分享整車充能的不同時間范圍（而“五分鐘從零充滿”基本沒有可實現性）；常規新能源汽車的充能手段限于幾小時慢充和1小時快充，高端車型對超級快充的需求高；未來或也存在部分續航能力一般，但快充能力強的車型占據細分市場（300km-400km工況續航，40-50kWh帶電量，但可支持120-150kW超級快充，短途城內-短距離城間使用便捷性強）。

七

最后我們想請楊總來分析一下充電設施的建設，我們看到充電樁今年第一次被寫進政府工作報告，又上升到 “新基建”國家戰略高度，請問楊總對充電樁建設的前景和規模怎么看？

綜合各方面信息，我們估計：

充電樁規模和類型方面：根據電科院研究《中國電動汽車現狀技術及發展》，結合《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035）》征求意見稿，可以2025年我國新能源汽車保有量在2200萬輛左右為基準情景。2020-2025年我國公共充電樁建設和新能源汽車增速基本同步，車樁比在5:1（樂觀情景）到10:1（謹慎情景）之間；私人充電樁占比相比于當前有一定程度提升，車樁比在3:1（樂觀情景）到5:1（謹慎情景）之間。考慮到超充樁對電網較大的沖擊以及配網改造在漸進性，至2025年我國公共充電樁以60kW~80kW左右功率的直流快充樁為主，私人充電樁以7kW功率的交流慢充樁為主。至2030年，新能源汽車保有量增至6000萬輛以上，屆時公共充電樁占比大概率保持，而私人充電樁占比有望繼續提升，使得總體車樁比進一步降低。


在此基本假設下，我們中性預期2025年我國充電樁數量將突破800萬個，其中公共充電樁275萬個。總體車樁比約2.67，較2020年4月有一定程度下降。

用戶習慣方面：逐漸增加的新能源汽車保有量如果沒有合適的充電習慣匹配，將對電網造成一定程度沖擊。2019年北京市尖峰負荷約2600萬kW，如假設至2025年北京市尖峰負荷基礎值不變，同時新能源汽車保有量達80萬輛，而且其中半數車輛在尖峰時段通過7kW慢充樁集中充電，則增加負荷280萬kW，相當于增加了10%。假設至2025年北京市尖峰負荷基礎值不變，新能源汽車保有量達80萬輛，其中10%車輛在尖峰時段通過60kW快充樁充電，則增加負荷480萬kW，相當于增加了近20%。如還有部分超充樁參與充電，則負荷增加更多。

但是同樣的充電需求如果在谷段施加于電網，則可以起到有效“填谷”的作用。2015年北京的最大制冷負荷比重高達51.5%，如我們假設夜間1時-早上7時空調負荷比重比最大制冷負荷減半，則夜間2時-早上6時的實際負荷可削減600萬kW。以7kW慢充樁工作估計，至少可為單車補充42kW電量，足以滿足正常條件下2-3日甚至更多時間的用電需求。

所以，慢充為主、應急快充為輔，以分時電價等方式引導用戶合理有序充電，并使用戶形成利用谷段電力的習慣，大概率將成為充電樁使用的合理手段；V2G在技術層面障礙較小，主要影響因素是商業價值。如果峰谷差足夠大、電池循環壽命足夠高，則V2G技術可能也會在分時充電等方式的基礎上得到一定程度的發展。此外，共享私人充電樁等方式可能提高充電樁利用率及效能，在新能源汽車保有量逐年增加的背景下也可能取得相當程度的用戶認可；和前述充電樁規模、類型部分的分析一致，在新能源汽車充分豐富，保有量份額達1/3甚至更高的情況下，私人/共享慢充樁的長期增速/規模可能高于快充/超充樁。

商業模式和市場空間方面：以慢充樁單樁價值3000元、快充樁單樁價值30000元估計，2025年中性情景下我國充電樁總價值量將接近1000億元；綜合考慮乘用車、商用車的運行里程，充電及服務費用單價差別，2025年中性情景下我國新能源汽車充電及服務費用總量將超過600億元。另外可以看出，充電基礎設施建設適度超前的合理性在于，大規模進行充電樁建設，“以樁等車”可能導致充電服務費用/充電樁總價值量下降，也就是說大規模超前進行充電樁建設但充電無序，其經濟社會效益大概率不及適度超前進行充電樁建設，同時引導用戶有序充電。此外，如將增值服務（如廣告業務等）的收入考慮在內，則新能源汽車實際市場有更大空間。
我們認為，整車續航里程、整車充能便利性、整車安全性和動力電池回收四個方面是我國新能源汽車產業長期良性發展的必要保證。隨著我國新能源汽車保有量的逐漸增加，充電樁建設、充電服務的有效需求也將大幅提升；充電樁位列“新基建”充分說明了有關領域的重要地位。在此邏輯基礎上，優質電池材料、動力電池及整車供應商、充電基礎設施供應商和充電服務供應商有望充分受益。