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新能源行业：卡位电桩，掘金充电市场▌充换电模式多样，直流快充前景广阔充电设备是电动汽车最重要的配套设备，也是目前电动汽车推广的最大制约。根据动力电池的充电速度和充电规模，目前电动汽车充电方式主要有以下四种:慢速充电(交流充电桩)、快速充电(直流充电站)、更换电池(换电站)和无线充电。交流充电桩(慢充):简单但低效，技术成熟，以量取胜交流充电桩使用简单，易于安装。交流桩对电网要求较低，可直接接入 220V 民用线路，一般无需对电网进行特殊改造，且使用简单，无需专业维护人员，是目前最适合个人用户使用的充电设备。交流桩功率较小，单桩功率多为 3.5kW和 7kW，单次充电往往需数小时方可充满。目前交流桩交流桩分为落地式、壁挂式、车载式等，可安装在专用停车场、露天停车位、集中充电站、加油站，甚至移动通讯基站中。交流桩主要面向个人、家庭用电动汽车，其运营模式主要有三:1)面向个人用户，与电动汽车同步销售，在用户购买电动汽车时安装于个人车位，或由汽车经销商直接赠送;2)安装在停车场、加油站等公共场所，由公用事业公司面向个人客户统一运营;3)与直流充电、换电站打包成交直流一体化充换电站，由电网或充电站运营企业承运。由于交流充电分散性强、时间空间占用率高，因此预计未来交流桩建设规模将加速增长，但短期内交流桩运营商仍难以盈利。交流桩的硬件系统主要包括主控单元、监控保护单元、数字电表、通信模块、人机交互系统等。直流充电桩(快充):高效但复杂，适合专业运营直流充电桩运行高效，多配备于集中式充电桩中。快速充电一般采用直流充电方式，多接入 380V 动力电源，供电电流大、充电时间短，20-30 分钟内可充满电池电量的 60%-80%。直流快速充电对电网要求较高，需要建设专用网络，往往靠近 10kV 变电站，还需较复杂的谐波抑制装置等，因此多配备于集中式快速充电站内。根据充电功率和服务车辆规模，充电站可以分为大型充电场站、中型充电站和小型充电点，一个中等充电站投资在 300 万-400 万元，并需有专人维护，投资成本较高。截至 2017 年底，国内共建设充电站(含充换电一体电站)18611 座。快充站主要包括配电系统、充电系统、监控系统和土建等四大子系统，其中配电系统、充电系统投资规模占比各 38%左右，而监控系统、土建的投资规模占比各 12%左右。直流充电桩作为充电桩的核心设备，可针对电动轿车、电动客车进行非车载式大功率恒压恒流快速、中速直流充电。目前主流的直流桩采用分体式结构，由模块化充电柜、电桩和连接电缆组成，其特点是高效可靠、扩容灵活，电网适应能力强，甚至可以接收 500V 的高压输入。快充站配套要求高，需配备谐波补偿装置。由于快充站瞬时充电电流大、电压波动强，产生的谐波污染会影响接入电网的供电质量，对接入的动力电池、监控设备会产生浪涌冲击，影响电池寿命和充电设备正常运行，同时增加配电柜、变压器的铜损、铁损，产生大量的发热，降低配电设备的使用寿命。因此，中大型充电站必须独立配套 10kV 变电站，同时装备有源滤波(APF)、无功补偿(SVG)等谐波补偿装置。根据国家电网的 APF 容量标准计算，中大型充电站分别需要配 1 台/2 台 APF，以实现谐波补偿率大于 80%，补偿后功率因数高于 99%。海外企业机构加快大功率智能化直流快充桩研发。日本方面，CHAdeMO 协会目前将快充功率定义在 120-180kW，对应最大充电电流 300A;预计至 2020 年快充功率标准将提升至 150-200kW，对应最大电流 400A，电压平台 500V;预计至 2025 年后快充功率将进一步提高至 350-400kW，对应最大充电电流 400A，电压平台 1000V。欧洲方面，已在欧标体系基础上完成 350kW 大功率充电标准体系建设，标准的实施将有效解决大功率充电带来的充电安全、温升控制和通讯协议等问题。美国方面，其大功率快充主要应用在特斯拉超级充电站，特斯拉将为新一代充电桩配备 350kW 以上输出功率，并进行整机水冷散热;另外美国充电设施运营商 ChargePoint 亦发布 ExpressPlus 快充系统，输出电压达 200-1000V，单桩最大功率可达 500kW。国内企业大功率快充站研发进度较快。对于国内企业而言，由于长期受停车资源紧张、续航里程较短问题困扰，各主流充电桩企业亦积极开发大功率、智能化直流充电桩。特来电的大功率群控充电站配置了最大 1200kW 的充电箱变，充电电压可达 200-750V;奥特迅大功率群控充电堆集配电、充电、监控一体化集成，充电电压 200-750V;许继电气最大功率可达 720kW 一拖十二大功率群控充电机，单桩最大输出电流 250A，最大充电功率 180kW，可进行动态功率分配，支持多单元并联大功率充电。大功率快充桩对电动汽车“三电”及配套设施提出更高要求。需指出的是，大功率充电在技术实现路径上仍面临诸多难题，一方面，在现行 2015 版充电标准下，充电连接器性能提升空间有限;另一方面，若重新设计具备向前兼容但物理结构有所改进的连机器，将增加开发难度和置换成本。另外，充电功率大幅提升，对“三电”及电网配套也提出了更高要求:电池方面，除进行能量密度提升之外，还需将目前大部分采用的 2C 充电提升到 3-6C 高倍率充电，并优化热管理解决方案;电机电控方面，需重新开发控制策略，提升高电压防护等级，以适配高电压、大电流的充电性能要求;充电桩及汽车零部件方面，亦需提升产品制造工艺和原材料性能，实现 800V 以上电压等级的高压零部件制造国产化和规模化;电网方面，则需提高负荷弹性和响应速度，通过群管群控、削峰填谷应对大规模充电下的随机性和间歇性波动，扩大储能的应用范围。换电站:适用于商用车，电池标准需要统一换电系统由自动换电机器人、电池充电货架、汽车定位装置、地面控制台、电池充电监控系统等几部分组成。每个单元在电动汽车左右各有一条环线，每个环线设计两台自动换电机器人，分别负责取电池和送电池。机器人与电动汽车自动对位，实现了整个换电过程的全自动化和快速化，可为公交、物流车等商用车，以及家庭乘用车进行充换电。换电站投资门槛高，主要面向运营类车辆。换电站投资规模大，需要建立大型集中电池储备仓库，并配套专业化机械设备，一般以 BT 模式，由充电设备公司承建，之后转交给运营企业(如电站运营商、电动公交公司等)运营。充换一体化电站门槛较高，主要面向商用、公用事业车辆(公交、环卫、物流等)，用户数量稳定，充换电时效性强，盈利模式较为清晰。无线充电:尚处试验阶段，投入市场尚需时日无线充电技术主要包括电磁感应式、无线电波式和磁场共振式，根据充电状态可分为静态无线充电和动态无线充电，其基本原理都是使用两个互感线圈分别安装在地面和车身底盘上，通过输入端线圈产生激励电流，输出端线圈感应进行无线充电。现行的无线充电技术要求汽车与地面上两个设备的距离接近，充电时必须对准线圈，且只能进行一对一充电。国内外企业持续推进无线充电技术研发与产品制造。由于无线充电设备对目前的车辆结构改动较大，需要车企同步介入推进，且充电速度和便利性与充电桩相比提升缓慢，技术及专利壁垒较高，预计短期内将以电力设备公司、车企合作的方式建立示范站，难以进行大规模推广。目前海外无线充电技术研发企业主要是奥迪、宝马、奔驰、特斯拉、沃尔沃、丰田、日产、铃木等车企，且部分车企计划于 2018 年量产具备静态无线充电功能的车型;而无线充电技术方面，目前主要有韩国 KAIST、高通、Flanders、丰田、美国犹他州大学、美国橡树岭国家实验室、英国政府等机构在进行研发和实验，但还未有市场投放计划，相关标准也处于空白状态。国内方面，目前中兴新能源、比亚迪、中惠创智等少数厂商亦进行无线充电技术布局，其中仅中兴推出过相关试验充电站，未有大规模商业化案例。▌充电政策日趋完善，盈利模式逐渐清晰国内充电配套政策陆续出台，行业增长可期充电设施顶层设计逐渐完善。在“互联网+”新能源的大背景下，“新电改”将成能源互联网一个大的催化因素。然而，受到充电桩运营盈利预期不高，电动车销量上升缓慢导致充电桩建设动力不足，以及国家电网接入手续繁琐等原因的影响，作为最早实现售电侧放开的行业，电动汽车充电行业的资本进入量仍远远不足。在新能源汽车利好政策不断出台、销量快速上升的情况下，充电桩、充电站的建设还远远落后于新能源汽车的销量增速，充电设施的发展思路不清晰，协调力度也有待加强，充电难成为制约新能源汽车发展的一个重要瓶颈。为了尽快推广电动汽车和充电设备，2012 年以来，国家陆续从各个层面制定了多项针对新能源汽车、充电设施的扶持性政策。国家规划至 2020 年将分别建成 480 万个充电桩和 1.2 万座充电站。2015 年 10月，国务院已出台充电基础设施发展的纲领性文件《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，明确了充电设施建设的总体要求，在加大建设力度、加快培育市场、强化支撑保障、做好组织实施等 4 个方面提出 18 条政策要求。国家能源局随后出台了充电基础设施建设的指导性文件《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020 年)》，分析了充电设施的建设需求，提出了 2015-2020 年分类型、分区域的充电设施规划建设目标。根据《指南》规划，2020 年中国计划新增集中式充换电站超 1.2 万座，分散式充电桩超 480 万个，满足 500 万辆电动汽车充电需求，《指南》文件的总体目标基本按小型电动车与充电桩 1:1 核算。《指南》还首次对国内不同省市的电动汽车发展目标进行了分解，区分了加快发展地区、示范推广地区和积极促进地区，明确了 2020 年之前形成“四纵四横”(四纵:沈海、京沪、京台、京港澳，四横:青银、连霍、沪蓉、沪昆)城际快充网络。新国标统一充电标准，奠定行业成长基础充电设施标准化问题曾长期困扰我国新能源汽车发展。2011 年 12 月，工信部公布了电动汽车充电接口和通信协议四项国家标准，并于 2012 年 3 月 1 日正式实施，成为当时电动汽车领域的基础性法规。但是，由于标准制定之初应用经验和数据积累不足，导致充电接口和通信协议部分条款和技术细节规定不够明确，在实际应用过程中出现了不同车辆和充电设施之间无法完全兼容的问题。新版充电标准正式落地。2015 年 9 月，工信部发布新版 GB/T20234《电动汽车传导充电用连接装置》3 项系列国家标准通过全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会审查，标志着新版标准最终落地。新版充电接口标准提高了电压和电流等级，更适用于大功率充电需求，并调整了信号针和机械锁的部分尺寸，优化连续时序，明确了电子锁的有关要求，提高充电安全性。2015 年 12 月，国家质检总局、标准委、能源局等部门正式发布新修订的电动汽车充电接口及通信协议国家标准，并于 2016 年 1 月 1 日起开始实施。截至目前，我国已完成充电设施、充电接口、充电站建设运行、充电服务相关标准建设，基本满足充电设施产业发展需要，为行业快速增长奠定基础。充电服务费定价放开，盈利模式行之有效目前主要实行的电动汽车充电价格包含两部分，即“充电电费+充电服务费”，其中部分地区充电服务费可由地方进行补贴。2018 年 2 月，北京市发改委印发最新版《北京市定价目录》，明确电动汽车充电服务费的定价于 2018 年 4 月 1 日起全面放开。此次新放开的定价项目中，电动汽车充电服务费，实为 2016 年版目录中新增设项目。按照规定，北京电动汽车在公共充电桩充电时，充电服务企业可以按充电量，向用户收取充电服务费，但是收费标准不得超过当日北京 92 号汽油每升最高零售价的 15%。电动汽车充电服务费的放开，也意味着今后这项收费不再有上限标准，将由市场自由调节，鼓励模式创新和促进行业发展。同一时期，全国其他各省市也陆续发布了充电电价调整政策。电动汽车动力成本显著低于燃油汽车。以北京销售较好的北汽 E200EV 电动汽车为例(平均耗电16 度/百公里)，当油价在 6-10 元/升区间变动时，充电...