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半导体

充电桩全面向县乡覆盖,功率半导体一时“洛阳纸贵”?

“以前想充电得跑50分钟,现在最快10分钟就到充电站了,手机APP上就能看,充一次电才20几块钱,而且一个小时就充满了。”在山东省的县级市——胶州市,跑滴滴客运的孙师傅兴致勃勃地向记者展示手机APP内显示的附近充电站。负责胶州市充电桩安装业务的青岛安诺达电气工程有限公司周志强表示:“去年年底之前,全胶州市只有不超过5家充电站。现在全市快充站数量已经超过20家了。”

胶州孙师傅展示充电桩.jpg

孙师傅向记者介绍附近的充电站

新能源汽车快充站早在2018年便在北京、上海、广州等一线城市推广开。今年以来,随着新能源汽车在二三四城市的渗透率稳步上升,新能源汽车快充桩在这些城市的布局量陡增。影响快充电桩充电效率的关键配件充电模块及其中的功率半导体器件,一时间也成为市场热门产品。

快充电桩市场下沉

“今年以来,找我们购买充电桩的大部分都是二线以下城市。”驴充充直流桩一部经理郑超说。去年年底前,二三四线城市的新能源汽车保有量低、市场小,多数新能源汽车车主选择慢充充电枪在自家停车场充电。受国际油价上涨影响,新能源汽车在二三四线城市的渗透率迅速提高。

对于新能源汽车运营业态而言,比较理想的车桩比为2:1。截至2021年底,一线城市的汽车保有量为407.4万辆,车桩比约为2.2:1;二三四线城市新能源汽车保有量约为376.6万辆,但充电桩仅有76.5万台,车桩比高达5:1。赛迪顾问智能装备产业研究中心高级分析师姚垠国在接受《中国电子报》记者采访时表示,至2025年,二三四线城市将增加448.5万台,未来仍有很大的发展空间。

“我们的客户全国都有,最热销功率为120kW。”郑超告诉记者,现阶段快充已成为市场首选,“今年以来,快充桩每月的销售量比去年同期上涨了约30%。”某不愿具名的业内人士透露称,特来电今年以来的销售额同比去年同期涨幅超过100%。某熟悉充电桩行业的业内人士表示,采用更高功率的充电桩正成为市场趋势。

江阴快充站.jpg

江苏江阴快充站

快充桩市场首先带火的是充电桩内的充电模块。海智电新能源科技有限公司营销总监侯宽强告诉记者,影响充电桩功率大小的主要是充电桩内的充电模块。以额定功率20kW的充电模块为例,一台120kW的充电桩便需要6个模块,180kW的需要9个,以此类推。充电模块的价值量是一台充电桩中成本最高的,约占整台设备的70%。根据工信部统计数据,今年上半年,我国新能源汽车产销量分别达到266.1万辆和260万辆,同比增长1.2倍。权且根据车桩比3:1的保守估计,为消化这批新上路的新能源汽车,新增新能源汽车充电插口将超过86万个,按照单车充电功率60kW计算,市场对20kW充电模块的新增需求量将超过250万个。

市场期待更耐高压强电流功率器件

近几年,新能源汽车基础设施建设相关指导意见相继出台,8月25日,交通运输部联合多个单位发布《加快推进公路沿线充电基础设施建设行动方案》(以下简称《行动方案》),提出将“对于农村公路,将积极引导沿线乡镇优先在交通枢纽、公共停车场等场所,配置公共充电基础设施,强化公路沿线充电基础服务”。赛迪顾问智能装备产业研究中心高级分析师姚垠国姚垠国表示:“配合该行动方案,为满足新能源汽车随时充、随时用的需求,充电桩市场还将继续下沉。”

为满足新能源汽车“随时充”“随时用”的需要,快充桩在新能源汽车充电桩中的比重还将继续提升。“一个充电模块中,功率半导体的价值量约占20%~30%。”充电模块企业英飞源市场负责人付细泉表示。

星星充电.jpg

充电模块的主要作用是电压的转换,即将电网的交流电转化为直流电,再在较宽的输出电压范围内实现恒定功率输出。芯谋研究高级分析师张彬磊表示,为实现这一功能,每个充电模块中都使用了多种类型的半导体器件,包括硅二极管、IGBT、MOSFET、电源管理芯片PMIC等。国际功率半导体大厂在快充充电桩领域仍占优势地位。英飞凌在用于快充充电桩的功率器件市场中市占率超过25%,安森美的市占率也在15%以上。具体到充电模块中的其他元器件,其中硅二极管有70%为国产产品,中低压MOSFET的国产产品在40%左右,但高压MOSFET和IGBT仅有不足20%来自国产企业。

近期新能源汽车充电桩市场规模的扩大,为用于快充的功率器件提供了充足的发展空间,也为国产功率器件厂商提供了机会。张彬磊预估,未来5年新能源汽车充电桩的年增长率将维持在30%以上,与之相对应,功率半导体在充电桩领域的增长率将超过30%。张彬磊表示,当前,用于快充充电桩的功率器件国内市场规模约为2亿美元,到2026年,这一数字将达到4亿美元左右。

从技术方向来看,为满足充电桩更高的额定功率,提高功率半导体的耐高压、耐强电流是其主要的发展方向。要提高充电桩的额定功率,有两种方式,一是提高电压,二是提高电流。侯宽强表示,2022年是超充元年,提供更高的充电电压和更大的充电功率,是当前快充市场的重要发展方向。海智点预装式10kV超充设备,最大充电电压可达到1500V,充电功率可达900kW。

“对于功率器件来说,耐高压和耐高电流是两个挑战。硅基IGBT的承压能力比硅基MOSFET更强。但未来要耐受更高功率,将会使用耐压力更强的碳化硅器件。”张彬磊表示,“碳化硅的耐压能力更高,将成为新能源汽车充电桩功率器件的新选择。”

赛迪顾问集成电路产业研究中心一级咨询专家池宪念同样认为,功率半导体技术正在朝高开关频率、耐高压、耐强电流、高功率循环能力、强散热性的方向发展。由于MOSFET具有更低的导通损耗和开关损耗、高可靠性、高功率密度成为主流的充电桩功率器件应用产品,具体应用于充电桩的功率因数校正、直流-交流变换器以及辅助电源模块等。

责任编辑:姬晓婷


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