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

本文來源：微信公眾號 中信建投證券研究

整車續(xù)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(chǎn)業(yè)長期良性發(fā)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(shè)、充電服務(wù)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(guān)領(lǐng)域的重要地位。電新團隊上周發(fā)布深度報告《充電設(shè)施:新基建賦能，便捷性之夢》。在上述邏輯基礎(chǔ)上，優(yōu)質(zhì)電池材料、動力電池及整車供應(yīng)商、充電基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商和充電服務(wù)供應(yīng)商有望充分受益。‍今天我們邀請到了中信建投證券電力設(shè)備及新能源行業(yè)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(shè)施領(lǐng)域的投資機會。

一

對于目前大家普遍關(guān)注的新能源汽車的充電和續(xù)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(shù)情況下用戶對汽車的接受底線和核心需求，可簡明體現(xiàn)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(yīng)的行駛路程。不考慮路的影響而只從車的角度出發(fā)，行駛路程越長（對應(yīng)續(xù)航能力）/行駛速度越快（對應(yīng)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(yīng)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(xù)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(tǒng)的本質(zhì)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(shù)的持續(xù)優(yōu)化，新能源汽車的續(xù)航能力也持續(xù)增長。僅以2020年我國范圍內(nèi)推出/擬推出的純電動乘用車新品論，特斯拉Model 3長續(xù)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(xù)航均超過600km。在滿電狀態(tài)下，新能源汽車（主力技術(shù)路線仍是純電動，本文也僅對純電動相關(guān)內(nèi)容展開討論）的“里程焦慮”現(xiàn)象有望得到充分控制。

但是燃油車型的配套設(shè)施和加油時間方面的巨大優(yōu)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(dāng)程度領(lǐng)先純電車型，很大程度上可以影響用戶購車決策。所以，發(fā)力新能源汽車充能的“能源鏈條”對產(chǎn)業(yè)發(fā)展乃至國家新能源汽車戰(zhàn)略的推進而言勢在必行。

二

綜合來看，目前我國的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進展如何？充電設(shè)施中的協(xié)同作用體現(xiàn)在哪里？

有線充電大概率是長期主流，便捷快充需多環(huán)節(jié)協(xié)同。


消費者角度出發(fā)，能量補充的持續(xù)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(yīng)用的充電方式，該方式結(jié)構(gòu)簡單、效率較高。

無線充電以空氣為介質(zhì)，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(tǒng)一等問題，普適性尚未體現(xiàn)。總體而言，各個能量補充模式都有其發(fā)展前景和適用領(lǐng)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(tǒng)（乃至充電基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施有效協(xié)同方可獲得最佳快充效果；如某個或某些環(huán)節(jié)現(xiàn)實情況和理想需求差距較大，則需綜合權(quán)衡得出支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展、具有可實現(xiàn)性的最優(yōu)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(xù)發(fā)展的關(guān)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(jīng)過正極-電解質(zhì)界面、（液態(tài)）電解質(zhì)、負極-電解質(zhì)界面，嵌入負極；另一方面電子從正極導(dǎo)出、經(jīng)外電路自負極導(dǎo)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(dǎo)、鋰離子電導(dǎo)/離子擴散系數(shù)、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(qū)別：層狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)為離子電導(dǎo)更高。納米化等手段可以改進離子電導(dǎo)，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(chǎn)工藝、壽命方面的指標(biāo)帶來一些不利影響。


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

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

負極是充電過程中鋰離子的接受體，是電池快充性能的關(guān)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(yīng)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(yīng)變，具有三維擴散通道，但成本高、對鋰電壓高，對應(yīng)電池能量密度低。動力電池的負極對快充的優(yōu)化仍多依托石墨基體，進行鋰離子擴散通道構(gòu)建、高導(dǎo)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(diào)控，隔膜的厚度、孔徑與涂覆調(diào)控，負極的擴散通道構(gòu)建和包覆改性等，可以提升電池的倍率性能，發(fā)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(cè)重倍率性能的電池，能量密度通常低于類似體系、側(cè)重能量密度的電池。

四

再來從整個電池系統(tǒng)的角度來看，保證快速充電能夠平穩(wěn)運行的探索方向是什么？

多節(jié)電池單體串并聯(lián)組成電池模組-電池包，形成電池系統(tǒng)。單體層面快充的負面影響可能在系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)生負極析鋰，刺穿隔膜導(dǎo)致熱失控安全事故發(fā)生的概率成倍增加。控制變量角度看，電池系統(tǒng)的壽命不及電池單體，高倍率條件下差距拉大。

相應(yīng)的解決方案包括采取成熟穩(wěn)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(tǒng)，提升溫度管控能力與均熱效率；運用實時收集、監(jiān)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(nèi)；優(yōu)化整車-電池包設(shè)計等。

所以，希望優(yōu)化快充倍率的電池在材料、單體、系統(tǒng)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(quán)衡，而且高倍率充電對電池的容量發(fā)揮、安全性保持等方面有不利影響。當(dāng)前應(yīng)用于純電動車型的動力電池多關(guān)注C/3、1C、3C等不同倍率下的性能表現(xiàn)，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(qū)別是什么？該領(lǐng)域未來可以有哪些新的發(fā)展和新的探索？

車載充電系統(tǒng)安裝在車輛內(nèi)部，具有體積小、冷卻和封閉性好、重量輕等優(yōu)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(tǒng)功率更高，高功率充電樁可實現(xiàn)快速充電效果。根據(jù)ev-database的統(tǒng)計，主要國際純電動乘用車產(chǎn)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(shù)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(shù)車型的最大快充倍率在約2C以內(nèi)，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(nèi)需要的平均快充倍率1C，最大倍率須相當(dāng)程度大于1C）；以快充折合續(xù)航（線性外推至單小時續(xù)航提升量）計，多數(shù)車型在500km/h上下。

以日產(chǎn)leaf/寶馬i3為例，具有常規(guī)快充速度的車型（也包含大多數(shù)充電30分鐘或稍多，續(xù)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(xiàn)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(xiàn)有效快充、獲取更多的單位時間充電續(xù)航的關(guān)鍵。主要產(chǎn)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(xù)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(tǒng)和超級快充站相配合，自2012年開始特斯拉系列產(chǎn)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(tǒng)的巔峰可能也就是特斯拉系列產(chǎn)品的對應(yīng)表現(xiàn)。

截至2020年初，特斯拉在全球范圍內(nèi)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(chǔ)上更進一步。

對Model 3標(biāo)準續(xù)航版，采用175kW充電樁其最大充電功率也僅有100kW，對應(yīng)動力電池倍率約2C（100kW/50kWh）；而對長續(xù)航版，同樣使用175kW充電樁其最大充電功率可達到約150kW，對應(yīng)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(tǒng)的母線電壓提升至800V，功率模塊兼容400V的超級快充網(wǎng)絡(luò)。800V高壓系統(tǒng)部分規(guī)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(yīng)用，對應(yīng)其跑車所需的動力性；一方面也提高了快充功率在系統(tǒng)層面的“天花板”。但是對絕緣的要求也更高。現(xiàn)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(jù)NE時代估計）。

六

快速充電還不夠完善，據(jù)您分析制約快速充電發(fā)展的技術(shù)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(shù)瓶頸是多環(huán)節(jié)的。動力電池方面，過高的倍率需要的性能妥協(xié)太大，電池系統(tǒng)的管理難度也提升，綜合考慮各種因素，800V、400kW~500kW約對應(yīng)4C~5C倍率，基本是具有可實現(xiàn)性的前瞻指標(biāo)（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(shè)難度提升）。

我們預(yù)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(xiàn)性）；常規(guī)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(xù)航能力一般，但快充能力強的車型占據(jù)細分市場（300km-400km工況續(xù)航，40-50kWh帶電量，但可支持120-150kW超級快充，短途城內(nèi)-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(shè)施的建設(shè)，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(zhàn)略高度，請問楊總對充電樁建設(shè)的前景和規(guī)模怎么看？

綜合各方面信息，我們估計：

充電樁規(guī)模和類型方面：根據(jù)電科院研究《中國電動汽車現(xiàn)狀技術(shù)及發(fā)展》，結(jié)合《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)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(shè)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(dāng)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(wǎng)較大的沖擊以及配網(wǎng)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(xù)提升，使得總體車樁比進一步降低。


在此基本假設(shè)下，我們中性預(yù)期2025年我國充電樁數(shù)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(xí)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(xí)慣匹配，將對電網(wǎng)造成一定程度沖擊。2019年北京市尖峰負荷約2600萬kW，如假設(shè)至2025年北京市尖峰負荷基礎(chǔ)值不變，同時新能源汽車保有量達80萬輛，而且其中半數(shù)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(dāng)于增加了10%。假設(shè)至2025年北京市尖峰負荷基礎(chǔ)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(dāng)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(wǎng)，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(shè)夜間1時-早上7時空調(diào)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(yīng)急快充為輔，以分時電價等方式引導(dǎo)用戶合理有序充電，并使用戶形成利用谷段電力的習(xí)慣，大概率將成為充電樁使用的合理手段；V2G在技術(shù)層面障礙較小，主要影響因素是商業(yè)價值。如果峰谷差足夠大、電池循環(huán)壽命足夠高，則V2G技術(shù)可能也會在分時充電等方式的基礎(chǔ)上得到一定程度的發(fā)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(dāng)程度的用戶認可；和前述充電樁規(guī)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(guī)模可能高于快充/超充樁。

商業(yè)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(wù)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(wù)費用總量將超過600億元。另外可以看出，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適度超前的合理性在于，大規(guī)模進行充電樁建設(shè)，“以樁等車”可能導(dǎo)致充電服務(wù)費用/充電樁總價值量下降，也就是說大規(guī)模超前進行充電樁建設(shè)但充電無序，其經(jīng)濟社會效益大概率不及適度超前進行充電樁建設(shè)，同時引導(dǎo)用戶有序充電。此外，如將增值服務(wù)（如廣告業(yè)務(wù)等）的收入考慮在內(nèi)，則新能源汽車實際市場有更大空間。
我們認為，整車續(xù)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(chǎn)業(yè)長期良性發(fā)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(shè)、充電服務(wù)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(guān)領(lǐng)域的重要地位。在此邏輯基礎(chǔ)上，優(yōu)質(zhì)電池材料、動力電池及整車供應(yīng)商、充電基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商和充電服務(wù)供應(yīng)商有望充分受益。