充電樁產業鏈背后的芯片紅利
隨著歐洲市場的電動化趨勢不斷推進，其充電樁的增速反而滯后于新能源車銷量的增長，且充電基礎設施出現分布不均衡的現象，整體數量偏少，公共車樁比持續推升。IEA數據顯示，歐洲新能源汽車銷量2022年達260.0萬輛，保有量達762萬輛，同年公共樁保有量為47.47萬個，車樁比創歷史新高，達 16:1，缺口不斷增大，給充電樁行業留下了巨大的空間。
在此背景之下，疊加歐盟此前政策規定要在2035年全面禁售燃油車，同時設定了2030年350萬個新充電站的目標。因此，從市場和政策兩個層面，都表現出巨大的市場潛力。
美國充電樁基礎設施同樣滯后，甚至有過之而無不及。IEA數據顯示，2022年美國公共充電樁數量為12.8萬個，而新能源車保有量達296萬輛，車樁比高達23:1。
相對而言，美國各州之間存在的差距較大，除加州在公共樁保有量方面占據一定領先地位，其他州有陸續出臺支持電動車充電樁建設的政策，拜登曾在2022年9月宣布過9億元基礎設施法案資金，用于35個州新建新能源汽車充電站。
反觀國內，2022年我國車樁比已達2.5:1，公共車樁比也達到了7.1:1。相對海外市場來講，本土充電樁的競爭也更為激烈，加上海外市場對于充電樁價格敏感度低，樁企售價和利潤空間均更高，因此國內企業有足夠的動力出海“廝殺”。當然，不同的地區，其對充電樁的標準制定也有所不同，因此也存在著一定的進入門檻，對企業來說具有更高的挑戰性。若能在海外市場持續占據一定市場份額，將從一定程度上體現我國樁企產品的競爭力。
看到這里，你或許會疑惑，為什么對于這些地區主要的車樁比數據，筆者在橫向比較的時候主要采用了公共車樁比，而非強調總的車樁比數據。正常來說，電動汽車的補能措施，除了換電以外，主流的還是依靠交流充電樁和直流充電樁兩種。
交流充電樁需要通過車載充電機（OBC）來實現，受限于車內空間小，而無法搭載及使用對散熱要求高的大功率充電設施，所以通過交流電樁充電補能的速度通常較慢；而直流充電樁則不同，由于直流快充樁擁有更大的空間，其整流器的功率也可以做得更大，在補電時將電網的交流電通過內置整流器直接轉換成直流電，補給到動力電池端，充電效率更高。
值得一提的是，直流充電樁由于功率更大，結構更復雜，核心部件包括AC/DC 轉化器、APFC和整流器等模塊，其內部接觸器、熔斷器、控制電路等使用量都會明顯增加，因此成本要比內部結構相對簡單的交流充電樁高得多。
私人充電樁由于對時效性要求不高，通常都是采用交流充電樁。而直流充電樁則多用于對充電效率要求更高的場景，如公共樓宇、商場、公共停車場等。隨著快充的加速發展，直流充電樁將成為公共場合快充的主要發展方向，同時也代表著充電樁背后更高的附加價值——在半導體層面表現為更多的芯片、功率器件等等。
在直流充電樁的結構中，充電模塊作為“心臟”充當電能轉換的橋梁。其性能也將直接影響充電樁的整體性能，甚至是充電安全等相關問題，成本占比達50%之多。再往上游看，就涉及到芯片、功率器件、PCB等電子元器件。
其實充電模塊并不是近兩年才在國內崛起，而是經歷多年市場競爭和價格戰后，行業產品價格大幅下降，充分內卷后才形成今天的格局。價格從2016年單瓦1.2元降至2022年的0.13元每瓦。同時，充電模塊的供應商也從2015年底的近40家，到如今活躍在市場上的僅剩10來家，數量遠少于充電樁制造和運營環節的企業數量，頭部企業市占率較高，行業CR 5超過80%。
充電模塊單個產品內有超過2500個元器件，其結構之復雜，使得拓撲結構的設計會在很大程度上影響產品的性能和效率。其次，集成化能力也代表著充電模塊產品的競爭力。最后，散熱效率的表現也是充電模塊核心技術壁壘的一部分。這些都意味著充電模塊具有很高的行業技術壁壘。
從原理上講，當充電模塊工作時，交流電經過電路整流后，變成直流電供給DC/DC變化電路。控制器則通過軟件算法來驅動電路作用于半導體功率開關，從而控制充電模塊的輸出電壓和電流，從而對電池組進行充電。在這過程中，關鍵的元器件包括功率器件、磁性元器件、電阻電容、芯片及PCB等。
隨著直流快充在公共樁中的應用趨勢愈加明顯，充電模塊的功率也朝著更大的方向發展。單個充電模塊的功率從早期的3KW、7.5KW、15KW，到如今以 20KW、30KW為主，并朝著 40KW 甚至更高功率級別繼續挺進。
在這過程中，碳化硅功率器件的應用可以幫助提升充電模塊的功率密度及使用壽命。相比過去硅基器件，碳化硅由于具有更低的導通損耗和開關損耗、更高的開關頻率、耐高溫高壓等材料特性，碳化硅MOSFET正在高功率化及高壓平臺化的過程中逐步取代硅基器件，甚至包括IGBT的部分應用場景。
另一方面，隨著功率的提升，散熱問題也一直受到充電模塊企業廣泛的關注。獨立風道散熱的設計，通過優化風道使得散熱器與密閉箱體防水防塵，從而讓電子元器件免于粉塵污染和腐蝕，提高充電模塊的可靠性和使用壽命。
液冷散熱目前也是主要的發展方向之一。其全隔離防護的設計使得充電模塊具有更高的防護性，尤其是在惡劣環境下效果更加明顯。雖然成本更高，但效果更好，后期檢修維護的次數也會相應降低，隨著技術的發展和成本的降低，未來有望成為充電模塊的主流散熱方式。
對于充電樁產業鏈而言，其實我們可以觀察到，無論是下游的充電整樁制造、設施運營，還是中游的充電模塊，本土企業已經占據主導地位，甚至有望出海搶占更多市場份額，產品具有一定競爭力。但再往上游走，到技術含量更高的半導體芯片、功率器件層面，國際廠商則占據著主導地位，無論是功率半導體還是充電芯片。
相比而言，電池管理芯片（BMIC）更具有產業的代表性，尤其是動力電池領域。BMIC被稱為“模擬芯片的皇冠”，但其實它是屬于數模混合芯片，既有數字端SOC/SOH 算法等功能的高技術壁壘，又需要模擬端深厚積累的模擬電路設計。
在ADI 2021年收購Maxim之后，它就和TI共同占據了全球BMIC市場六成的份額，使得市場呈現雙寡頭格局。根據 GGII 數據，本土企業在2022上半年全球動力電池裝機量中占比超過五成，同時BMIC市場又不足一成。雖說巨大的份額差距、較高的行業關注度以及資本的紛紛入局，或有望加速國產替代，但就當前而言，并沒有看到太多突破的跡象。
在國內上市及擬上市公司中，在動力電池方向上的BMIC，筆者觀察到的相關突破寥寥無幾。鉅泉科技曾公告，預計2023年一季度首顆AFE芯片將流片；比亞迪半導體有動力電池管理相關的MCU產品；琪埔維產品包括汽車級電池組監控器和隔離器。而國際廠商們已經朝著BMIC通訊無線化，功能復雜化、智能化，高壓化、高可靠性，以及電池全生命周期延伸等諸多方向進一步發展。
在深入研究充電樁產業鏈后，下游充電整樁制造及運營企業以及中游的充電模塊，本土企業的強勢發展意味著在新能源車快速發展的時代，能夠與國產整機廠商的發展相互協同。
雖說隨著充電樁產業鏈不斷向上游演進，到半導體芯片層面，甚至動力電池的BMIC方面，本土企業的落后也并不讓人意外，但筆者還是希望能夠看到更多的本土企業技術的突破及產品的出擊，來逐步扭轉不同產業鏈環節的本土、國際廠商地位的巨大反差。
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