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在上篇<【產業報告】作為電動車普及的最後一哩路,充電樁技術目前走到哪了?>提到,未來各國將加速充電樁設置,並以直流充電樁為主,未來三年年產業整體將以 CAGR 30% 以上速度成長,本篇報告將拆解充電樁產業鏈,分析可能受惠的零組件及公司。看完此篇文章,你將了解:

  1. 充電樁的核心:功率半導體
  2. 充電端(電纜和充電槍)的變革
  3. 各國主流充電規格及未來成長潛力

充電樁產業鏈可分為上游零組件、中游充電樁製造、下游營運商和車廠

Source:富果研究部整理

過去公共充電樁以交流慢充為主,未來則因消費者里程焦慮、各國補助轉變為直流快充,其中以充電模組(內含半導體)、充電電纜和充電槍為主要改革,以下將分析三大轉換重點與成長潛力。

 

直流快充充電樁為建設目標,矽基和碳化矽基功率半導體廠商將直接受惠

充電樁主要由充電模組、電纜、充電槍、人機界面(顯示器)組成,其中充電模組成本約佔整體 45~55%,為關鍵技術核心,而模組中的半導體元件更直接決定充電樁的性能,目前直流快充充電樁以矽為基底的-IGBT 或碳化矽( SiC)(關於碳化矽的分析,可參考<【關鍵報告】電動車組成關鍵!白話詳解第三代半導體材料碳化矽(SiC)>) 為主,隨充電樁建設加速且往高功率快充升級,對功率半導體的用量將明顯增加。

目前直流快充可以分為一體式或分離式充電樁,一體式充電樁是將充電模組、充電槍、電纜、人機界面、計費都組合在同一機組,分離式充電樁則是將充電模組移到充電樁外的充電機櫃,在充電機櫃中可以安裝多組充電模組,一台充電機櫃可供多個充電樁使用。

由於充電功率是由充電模組決定,例如 150kW 充電功率是由 5 個 30kW 的充電模組組成,高功率充電樁需要多組充電模組,因此較適合採用分離式充電樁。

Source:Green Car Congress

Source:teslatap、Tesla

在分離式充電機櫃中,充電模組數量多,對於散熱需求高,充電模組中的功率元件需承受高電流、高電壓、高溫,而 SiC 可承受電壓、溫度、頻率均顯著優異於傳統的 Si,除了可提昇充電效率,更能簡化散熱設計、縮小模組體積。

目前 SiC 成本雖較 Si-IGBT 貴 3~5 倍,但由於採用 SiC 功率元件充電功率較高,反而能減少整體充電模組數量維護成本(串並聯越多充電模組,供電越不穩、不安全且容易故障),且可減少被動元件(電容、電感)用量,以 Wolfspeed 直流快充充電模組為例, 使用 SiC 可節省約 10% 系統成本,考量充電樁的壽命較長,整體來看 SiC 的長期成本反而比使用 Si-IGBT 的模組更便宜,判斷未來在高功率直流快充充電機櫃中, SiC 將成主流。

註:矽基功率元件單一充電模組功率為 15~30 kW,而 SiC 充電模組可達 50~100kW ~350kW。

目前功率半導體的供應商包括英飛凌(OTC:IFNNY )、富士電機、安森美半導體(NASDAQ:ON)、東芝(Toshiba)、三菱電機(Mitsubishi)、意法半導體(NYSE:STM)Wolfspeed(NYSE:WOLF)、羅姆半導體、等大型 IDM 大廠為主;而台廠包含二極體廠朋程(櫃:8255)德微(櫃:3675)和晶圓廠漢磊(櫃:3707)嘉晶(櫃:3016)皆已開始出貨充電樁晶片。

 

電纜散熱要求高,需採用液冷電纜組(含電纜、充電槍)

高功率充電樁除了需要充電模組的半導體升級外,電纜和充電槍也需要解決熱的問題,對充電端散熱的要求高。

由於直流快充充電樁的電流超過 400A(為手機充電器的 400 倍),通過導體時會產生大量廢熱,高溫不僅會使充電電流降低造成充電效率下降,也會使電纜、電槍等外圍的絕緣材料會壽命減短,因此整體散熱的規格也須提升。

傳統電纜氣採用氣冷散熱,但液冷電纜線組(包含電纜和充電槍)因透過充電樁內的液冷循環系統進行散熱,除了使充電槍以最高充電功率供電外,更能使用較細的電纜線,減輕整體電纜線組重量,未來高功率直流快充充電樁將以液冷作為電纜線組主流散熱方式,預期上游原物料銅、線束和高功率液冷充電槍廠商將直接受惠。

Source:Connectortips

目前特斯拉(NASDAQ:TSLA)ABB(NYSE:ABB)、EVBox、ChargePoint(NYSE:CHPT) 等充電樁設備商量產之高功率充電樁已採用液冷電纜線組 ; 台廠包含台達(市:2308)飛宏(市:2457)華城(市:1519)皆有提供液冷充電樁,其中飛宏和華城液冷電纜線組為瑞士 huber+suhner 製造;中國近年也持續發展液冷電纜線組技術,最大供應商為日丰 。由於台灣目前較少廠商製造液冷電纜線組,但在交流慢充充電槍和電纜已有多家廠商打入國外車廠和營運商供應鏈,相關廠商包含健和興(市:3003)貿聯-KY(市:3665)和碩(市:4938)鴻碩(市:3092)信邦(市:3023)良維(櫃:6290)

 

直流快充充電槍需新增端子,2022~2025 年用量年複合增長率 35%

Source:宅電

目前全球充電規格主要由歐洲、美國、中國和日本制定,而 Tesla 則是有自有規格 TPC。

然而,過去中國和歐洲規範充電規格,特斯拉也順應法規,提供不同充電規格的車款,而台灣則是預計於 2023 年起將公共充電規格列檢為 CCS1、CCS2、CHAdeMO、GB/T 四種規格。

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Fugle 富果研究團隊 / 政大國貿系
希望在做投資的路上保持誠信與正直
不能沒有:冰美式、貓貓、音樂和花椰菜

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