1、结构层面

目前主流充电桩是一体机，而大功率充电需要把核心控制模块和电路放在后端设备，多个充电终端共用一套后端设备从而形成分体机。

2、技术层面

充电模块：充电模块是直流充电桩最核心的组件，单体功率持续迭代提升。单个充电模块输出功率越大，功率密度越高，能有效优化桩内空间。充电模块已历经第一代 7.5kW、第二代 15/20kW,向着 30/40kW 乃至更高功率不断演进。据优优绿能，当前国内市场中充电模块以20kW为主，占据市场容量比例大约为60%左右，其余容量大部分由30kW占据，少部分为40kW模块。

据各公司官网披露，通合科技、英飞源、优优绿能等均已研发出 40kW 充电模块产品；欧陆通 12 月 28日在其官微披露，公司在 2022 第三届中国国际充电桩运营商大会上首次发布多款充电模块产品，包括 75KW ACDC 液冷模块、63KW DCDC 液冷模块、30KW 双向 ACDC 模块、25KW 双向 ACDC模块，由其全资子公司上海安世博自主研发及生产，均采用 SiC 技术设计。

充电模块标准化程度在不断提高。国家电网对体系内充电桩和充电模块发布标准化设计规范：（1）充电桩“六统一”：统一电气性能、统一结构布局、统一专用部件设计、统一通用器件选型、统一外形结构，统一设备安装；（2）充电模块“三统一”：统一模块外形尺寸、统一模块安装接口、统一模块通讯协议。充电桩和充电模块设计规范的标准化一定程度上解决了以往市场上产品兼容性差的问题，将有效推动充电桩产业的快速发展。

功率器件：功率器件是充电模块的核心部件，碳化硅应用已拉开序幕。充电模块作为充电桩的核心部件，其核心功能的实现主要依托于功率半导体器件发挥整流、稳压、开关、变频等作用，随着用户更加追求充电系统的小型化、高效化，功率器件作为充电桩的核心器件，也面临着不断优化和升级。

目前国内充电桩所采用的功率器件主要是硅基 MOSFET 和 IGBT。MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）是一种较为成熟的功率器件，更适用于中小功率应用场景，具有工作频率高、驱动功率小、抗击穿性好、电流关断能力强等优点，应用范围广泛。据 Yole 数据，MOSFET 已占据功率器件市场最大份额，市场规模有望从 2020 年 75 亿美元增长至 2026 年的 94 亿美元。MOSFET 在充电桩当中是实现电能高效转换、增强充电桩稳定性的关键器件，受益于充电桩市场的快速发展迎来增长机遇。

IGBT 是由 BJT（双极型三极管）和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点，是电力电子领域较为理想的开关器件。相对于 MOSFET，IGBT 拥有电导调制效应，能够承载更高的电流密度，同时克服了 MOSFET 通态电阻随电压升高而增大的问题，在高压系统中更具优势。IGBT在充电桩当中同样作为核心开关器件应用，在充电模块工作时，三相交流电源经过整流滤波后转为直流输入电压供给 IGBT 桥，控制器通过驱动电路作用于 IGBT 将直流电压转换为脉宽调制的交流电压，交流电压经高频变压器变压隔离后，再次经过整流滤波后得到直流脉冲，对电池组进行充电。

大功率充电发展趋势有助于更高性能功率器件产品的导入。首先，目前实现大功率充电的方式主要依托于高压架构，因此需要应用击穿电压更高的功率器件；其次，充电桩运营商对于成本比较敏感，因此为降低运营成本，充电桩需要应用转换效率更高、导通损耗更小的功率器件；最后，为控制城市空间成本、减少占地面积，要求充电桩功率密度更高，相同尺寸下可以设计更高功率的充电桩产品，应用更高性能的功率器件有助于简化电路结构，降低应用成本。

为缩短充电速度、与产业链协同共同向高压架构迈进，功率半导体器件应具备更优良的耐高压特性。与硅材料相比，碳化硅材料具备更高的带隙和击穿电压、更高的热导率、更低的理想本体迁移率以及更大的电子饱和速度，从而碳化硅器件具有耐高压、耐高温、导通损耗小、开关速度快的特性。

由于碳化硅材料拥有更高的击穿场强，克服了硅材料导通电阻随耐压性增强而增大的缺点，在相同的击穿电压下，碳化硅可以制成标准化导通电阻（单位面积导通电阻）更低的器件。据 ROHM，900V 平台下相同导通电阻的 SiC MOSFET 芯片尺寸仅为硅基 MOSFET 的 1/35、超级结 MOSFET 的 1/10。

相比 IGBT，碳化硅器件不需要进行电导率调制即能够实现高耐压、低阻抗，开关速度更快。在功率器件开启或关闭时，由于 IGBT 关断时存在拖尾电流，与 IGBT 搭配使用的 FRD 在开关过程中也存在较大的反向恢复电流，因此充电桩中应用 IGBT 模块会导致较大的导通损耗。与硅基 IGBT 相比，碳化硅 MOSFET 的反向恢复电流和反向恢复时间明显减少，换流速度的加快也有助于减少开关损耗、实现散热部件的小型化。此外，IGBT 较大的开关损耗限制其在20kHz 以上高频区域的使用，而碳化硅 MOSFET 可以进行 50kHz 以上高频开关，有助于无源器件的进一步小型化。

据半导体投资联盟，与传统硅器件相比，碳化硅模块可以帮助充电桩提升近 30%的输出功率、减少 50%左右的损耗，并增强充电桩的稳定性。而针对推广大功率充电桩面临的成本制约，尤其是在城市寸土寸金的繁华地段建设充电桩面临的城市空间成本，碳化硅器件能够大大简化充电模块电路结构，提高充电桩的功率密度，降低充电桩系统应用成本。据英飞凌工业半导体，采用 SiC MOSFET 的三相全桥 PFC 整流电路，相比 Vienna 拓扑电路，能够大大减少功率器件数量、简化电路结构，碳化硅器件更高的开关频率也可以降低电感的感量、尺寸和成本。另一方面，采用 SiC MOSFET 的 DC/DC 电路，可由原来的三电平优化为两电平 LLC，进一步简化拓扑电路、提高 LLC 电路开关频率的同时，可以减少磁性器件的尺寸和成本以及系统散热成本。结合考虑各方面成本以及使用体验，碳化硅器件在充电桩市场拥有巨大的市场潜力。

英飞凌、安森美、罗姆、三安光电、华润微、泰科天润等功率半导体龙头厂商均已推出可用于充电桩领域的碳化硅芯片或器件。2017 年 4 月我国首个碳化硅新型充电桩示范工程于北京启动，参与企业包括北京华商、泰科天润、许继电源、青岛特锐德、中兴通讯等，标志着我国碳化硅新型充电桩迈出实际应用的第一步。据半导体投资联盟，2021 年钛芯电子与湖南崇友智能科技、上海玫克生储能科技合作开发基于碳化硅的 160kW 直流快充桩产品，合作金额达 30 亿元人民币。据充电桩视界，2021 年 9 月连云港灌源科技有限公司“基于碳化硅功率器件的电动汽车间应急快速充电装置研究”项目获江苏省科技厅立项支持，碳化硅充电桩项目在充电桩市场的应用已经拉开序幕。

现阶段碳化硅模块在充电桩市场当中渗透率较低。目前碳化硅价格仍是硅基 IGBT 的 3-4 倍，而充电桩行业竞争激烈，对成本控制要求高，现阶段碳化硅模块在充电桩市场当中渗透率较低。而碳化硅 SBD 工艺成熟，且碳化硅 SBD 在原理上不会发生少数载流子的积聚现象，只产生基本不随温度和正向电流而变化的小电流，因此用碳化硅 SBD 替换 FRD、与硅基 IGBT 配合使用同样可降低恢复损耗、提高电源效率，并降低由恢复电流引发的噪音。据充电桩视界，以碳化硅 SBD 替换 FRD 可以大大地提高 Vienna PFC 整流电路效率，整体效率可以提升 0.5%左右。因此相比纯碳化硅方案，目前硅基 IGBT+碳化硅 SBD 混合方案应用更为广泛，未来随着全球碳化硅衬底产能的逐步释放、工艺控制改善下良率的不断提升以及技术方案的不断成熟，碳化硅器件的价格有望呈现下降趋势，其充电桩市场的应用有望得到进一步推广。

冷却模块：目前主流充电桩采用风冷散热模块，通过高转速风扇将空气由前面板吸入后在模块尾部排出，带走机柜内的热量，实现降温效果，但空气中夹杂的灰尘、盐雾、水气等会在散热过程中吸附在机柜内部、腐蚀核心器件，导致系统充电效率降低、损耗设备寿命，同时风冷散热模块运行时噪声超 70dB，也会给充电桩附近居民带来噪音干扰。大功率充电桩对于散热性能的要求更高，传统风冷技术难以满足其散热需求，液冷散热技术成为必然选择。液冷技术则通过冷却液在密闭通道中循环，实现发热器件与散热器之间的热交换，采用大风量低频风扇或水冷机散热，解决了传统散热方式下故障率高以及噪声污染两大痛点问题，同时能够实现更高的转化效率。另外，液冷散热也应用在充电枪以及充电线缆上，即在充电枪及电缆内部增加冷却液管道。目前，液冷充电模块成本较高，但后期维护与检修次数较少，降低运营成本，总的来说，液冷散热的总拥有成本要低于风冷散热。未来有望成为充电模块的主流散热方式。

主流充电模块企业已在液冷产品方面有所布局。目前，英飞源、优优绿能、英可瑞、欧陆通等充电模块企业陆续推出自己的液冷充电模块产品。如：欧陆通在 2022 第三届中国国际充电桩运营商大会上首次发布 75KW ACDC 产品，输出电压可达 1000V DC，峰值效率达 97%，采用业内领先的液冷散热技术，实现与外界污染隔绝屏蔽，能够解决常规模块故障率高、噪声大等问题，在实现超级快充的同时有效提高充电模块的防护性及可靠性。

3、成本层面

充电站建设中，主要成本来自充电桩硬件设备（成本占比93%）。以常见功率120kW左右的直流充电桩为例，其设备构成包括充电模块（成本占比50%）、配电滤波设备（15%）、监控计费设备（10%）、电池维护设备（10%）等。

成本大头充电模块的主要成本构成：功率器件（30%）、磁性元件（25%）、半导体IC（10%）、电容（10%）、PCB（10%），其他如机箱风扇等占15%。

经历多年市场竞争和价格战，充电模块价格大幅下降。根据中商产业研究院数据，2016 年充电模块的单 W 价格约 1.2 元，到 2022 年充电模块单 W 价格已下降至 0.13 元/W，6 年时间下降约 89%。从近年来价格变化看，目前充电模块价格趋于稳定，年度降幅有限。大功率趋势下，充电模块产品价值量和盈利能力得到提升。充电模块功率越大，单位时间内输出的电能越多，因此随着直流充电桩的输出功率朝着更大方向发展。