本文來(lái)自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫，作者/六千。
隨著新能源汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，新能源汽車的概念已經(jīng)度過(guò)了市場(chǎng)教育期。消費(fèi)者對(duì)電車的安全、性能已經(jīng)有了充分的了解，但“里程焦慮”仍舊是一個(gè)硬傷。雖然充電樁在大城市密度已經(jīng)有所提高，對(duì)于要出遠(yuǎn)門的人來(lái)說(shuō)，“加油更快”、“加油站更好找”仍是油車無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。
早先，有網(wǎng)友發(fā)布了一張高速服務(wù)區(qū)的充電站照片：該充電站內(nèi)共有8根充電槍，但已經(jīng)被8輛新能源汽車給全部占滿，此外還有四輛正在排隊(duì)的電動(dòng)車。還有新能源車車主經(jīng)歷了往返充電13次，排隊(duì)3小時(shí)等樁的情況。
為了解決電車車主的里程難題，一方面，電車制造商們?cè)趶碾娷嚨碾姵厣舷鹿Ψ?，另一方面，市?chǎng)也在期待一個(gè)布局更加完善的充換電基礎(chǔ)設(shè)施體系。國(guó)務(wù)院辦公廳日前印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步構(gòu)建高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系的指導(dǎo)意見》提出，到2030年，基本建成覆蓋廣泛、規(guī)模適度、結(jié)構(gòu)合理、功能完善的高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系，有力支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有效滿足人民群眾出行充電需求。
這一信號(hào)預(yù)示著國(guó)內(nèi)充電樁未來(lái)數(shù)量有望大增，充電樁數(shù)量增加必然會(huì)帶動(dòng)相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品的發(fā)展。
01
充電樁市場(chǎng)潛力多大？
據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)到705.8萬(wàn)輛、688.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)96.9%、93.4%，其中，純電動(dòng)汽車銷量為536.5萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)81.6%。2022年充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為259.3萬(wàn)臺(tái)，其中公共充電樁增量同比上漲91.6%，隨車配建私人充電樁增量持續(xù)上升，同比上升225.5%。截至2022年12月，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為521萬(wàn)臺(tái)，同比增加99.1%。截至今年5月底，充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模已達(dá)到635.6萬(wàn)臺(tái)。
不過(guò)從市場(chǎng)保有量還是增量來(lái)看，充電樁的發(fā)展速度還沒(méi)有完全趕上新能源汽車的發(fā)展速度。從市場(chǎng)保有量來(lái)看，2022年我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量達(dá)到521萬(wàn)臺(tái)，新能源汽車保有量為1310萬(wàn)輛，車樁比為2.5:1。從增量角度看，2022年我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為259.3萬(wàn)臺(tái)，新能源汽車銷量為688.7萬(wàn)輛，車樁增量比為2.7:1。在這樣的數(shù)據(jù)對(duì)比之下，可以預(yù)見，想要實(shí)現(xiàn)車樁比1:1，要趕上飛速增長(zhǎng)的新能源汽車市場(chǎng)，充電樁市場(chǎng)更快地發(fā)展。
2023年2月工信部等八部門發(fā)布了關(guān)于組織開展公共領(lǐng)域車輛全面電動(dòng)化先行區(qū)試點(diǎn)工作的通知，通知提到的重點(diǎn)任務(wù)包括促進(jìn)新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用。加快智能有序充電、大功率充電、自動(dòng)充電、快速換電等新型充換電技術(shù)應(yīng)用。
為了建成適度超前、布局均衡、智能高效的充換電基礎(chǔ)設(shè)施體系。試點(diǎn)地區(qū)計(jì)劃讓新增公共充電樁（標(biāo)準(zhǔn)樁）與公共領(lǐng)域新能源汽車推廣數(shù)量（標(biāo)準(zhǔn)車）比例達(dá)到1：1，高速公路服務(wù)區(qū)充電設(shè)施車位占比預(yù)期不低于小型停車位的10%。
02
“充電更快”帶動(dòng)功率器件市場(chǎng)
充電站建設(shè)中，主要成本來(lái)自充電樁硬件設(shè)備。具體拆分充電樁硬件設(shè)備，以常見功率120kW左右的直流充電樁為例，其設(shè)備構(gòu)成包括充電模塊、配電濾波設(shè)備、監(jiān)控計(jì)費(fèi)設(shè)備、電池維護(hù)設(shè)備等，充電模塊占比最高達(dá)50%。
當(dāng)前，新能源車主們對(duì)充電最大的訴求還是更快，這就對(duì)充電模塊提出了相關(guān)要求。充電模塊中的元器件主要包括功率器件、磁性元件、電容、PCB等。主要成本構(gòu)成為：功率器件（30%）、磁性元件（25%）、電容（10%）、PCB（10%），其他如機(jī)箱風(fēng)扇等占15%。
不難看出，功率器件是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心元件。新能源汽車的發(fā)展，對(duì)充電樁提出了高功率密度、大功率以及高效率等需求。在充電樁中，高壓超級(jí)結(jié)MOSFET因其高效率低阻抗的特點(diǎn)成為快充主流選擇，2025年全球直流樁SJ MOS市場(chǎng)規(guī)模有望超20億元。直流充電樁則通過(guò)自帶的AC/DC充電模塊將輸入的交流電轉(zhuǎn)為直流電，不通過(guò)OBC直接完成變壓整流。超級(jí)結(jié)MOSFET因其更低的導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、高可靠性、高功率密度，已成為主流的大功率充電樁功率器件應(yīng)用產(chǎn)品。
據(jù)英飛凌統(tǒng)計(jì)，100kW的充電樁需要功率器件價(jià)值量在200-300美元，預(yù)計(jì)隨著充電樁的不斷建設(shè)，2025年全球直流樁超級(jí)結(jié)MOSFET市場(chǎng)規(guī)模有望超20億元，將充分受益于充電樁的快速發(fā)展。
碳化硅材料在充電樁領(lǐng)域也越來(lái)越有潛力。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)整體成本下降的要求，惡劣環(huán)境下（如高溫高濕煙霧灰塵等）長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致可靠性問(wèn)題，建設(shè)用地緊張導(dǎo)致對(duì)充電樁更高的功率密度要求，運(yùn)營(yíng)商因成本壓力而提出越來(lái)越高的整機(jī)效率要求等等。面對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn)，越來(lái)越多的充電樁模塊工程師開始尋求第三代功率半導(dǎo)體碳化硅解決方案，以實(shí)現(xiàn)使用更少的器件滿足更大的單機(jī)容量要求。
此外，充電樁的一些新的技術(shù)方向，如大功率化（比如30kW及以上）以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的快速充電，雙向充電功能以實(shí)現(xiàn)能量的回饋，更高更寬的輸出電壓范圍（比如200V—750V甚至到1000V）以覆蓋各種不同新能源車型電池等等，這些新的技術(shù)發(fā)展方向也給碳化硅半導(dǎo)體提供了巨大的應(yīng)用機(jī)會(huì)。
03
“充電更智能”帶動(dòng)其他芯片
建設(shè)充電樁的智能網(wǎng)絡(luò)意味著新能源汽車的車主可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行繳費(fèi)，尋找附近的充電樁，掌握充電進(jìn)度等操作。這些功能就需要相關(guān)芯片的支持。除了最核心的電源模塊，充電樁工作中還由控制模塊、通訊模塊等部分組成。
控制模塊在充電樁的多個(gè)環(huán)節(jié)作用，比如進(jìn)行充電過(guò)程全部控制，完成給汽車充電時(shí)序；完成對(duì)充電模塊（整流器）的通信和控制；支持多家交流、直流電表；充電系統(tǒng)主要控制信號(hào)；指示燈控制；電機(jī)輸入開關(guān)狀態(tài)，應(yīng)急按鈕狀態(tài)檢測(cè)。
通信模塊中，GPRS通信模組通過(guò)UART與MCU通訊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，從而聯(lián)通充電樁控制器與用戶。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電樁的電流、電壓等數(shù)據(jù)時(shí)，通信模塊還可以將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器。顯示屏能顯示充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。
更加細(xì)化去看，還有一些芯片也會(huì)在充電樁中得到應(yīng)用，如溫度檢測(cè)芯片：定量分析電信號(hào)與溫度變化的關(guān)系，建立溫度預(yù)測(cè)模型，預(yù)防因溫度過(guò)高而導(dǎo)致的事故，提升溫控質(zhì)量。
在上述過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，每個(gè)模塊都離不開MCU?？偟膩?lái)說(shuō)，MCU可以在充電樁中實(shí)現(xiàn)HMI、計(jì)量計(jì)費(fèi)、支付、數(shù)據(jù)加密解密、充電設(shè)備啟停控制、車載平臺(tái)與互聯(lián)網(wǎng)通信等功能。
04
國(guó)內(nèi)廠商布局情況
在充電樁用功率器件市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些公司的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用。
東微半導(dǎo)的主營(yíng)產(chǎn)品高壓超級(jí)結(jié)MOSFET、超級(jí)硅MOSFET、TGBT等產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于新能源直流充電樁中。積累直流樁客戶如英飛源、英可瑞、特銳德、永聯(lián)科技等。東微半導(dǎo)已自主研發(fā)了1150款高壓MOSFET產(chǎn)品型號(hào)并覆蓋500V—950V區(qū)間的工作電壓；710款中低壓屏蔽柵MOSFET產(chǎn)品型號(hào)，覆蓋25V—150V區(qū)間的工作電壓；多系列TGBT產(chǎn)品98款。
根據(jù)斯達(dá)半導(dǎo)公告，2022年斯達(dá)半導(dǎo)用于充電的功率器件份額進(jìn)一步提升。斯達(dá)半導(dǎo)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制與電源、新能源汽車、光伏儲(chǔ)能等領(lǐng)域，覆蓋100—3300V電壓。據(jù)Omdia數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年斯達(dá)半導(dǎo)IGBT模塊市占率居中國(guó)第一、全球第六。斯達(dá)半導(dǎo)生產(chǎn)的應(yīng)用于主電機(jī)控制器的車規(guī)級(jí)IGBT模塊持續(xù)放量，合計(jì)配套超過(guò)120萬(wàn)輛新能源汽車，其中A級(jí)及以上車型超過(guò)60萬(wàn)輛。
華潤(rùn)微的二極管和MOS也已系列化上量，其中碳化硅產(chǎn)品等應(yīng)用于新能源汽車充電樁，科士達(dá)是公司客戶之一。
除了老牌的功率半導(dǎo)體企業(yè)，也有一些新型企業(yè)獲得車企融資。例如，深圳尚陽(yáng)通完成Pre-IPO輪融資，參投資本包括，尚頎資本（上汽集團(tuán)金融平臺(tái)上汽金控旗下私募股權(quán)投資機(jī)構(gòu)）在管基金、上汽集團(tuán)戰(zhàn)略直投基金聯(lián)合領(lǐng)投，山高跟投基金、基石資本、中車集團(tuán)等。不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的功率半導(dǎo)體公司的主要思路是新能源汽車與充電樁雙賽道共同發(fā)力，這樣更有助于公司與車企和充電樁企業(yè)的共同發(fā)展。
在其他充電樁用芯片方面，國(guó)內(nèi)芯片公司也已經(jīng)開始布局。鉅泉科技曾公告，預(yù)計(jì)2023年一季度首顆AFE芯片將流片，預(yù)計(jì)第一顆BMS芯片上半年流片；在回答投資者提問(wèn)時(shí)，中穎電子的電表芯片有用于充電樁但鋰電池管理芯片暫沒(méi)有用于充電樁。
05
寫在最后
新能源汽車充電樁的需求在未來(lái)仍有很大的增長(zhǎng)潛力。我國(guó)也在大力推動(dòng)新能源汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，出臺(tái)了多項(xiàng)充換電設(shè)備設(shè)施相關(guān)行業(yè)政策和發(fā)展規(guī)劃。政策紅利下，主流車企積極自建充電網(wǎng)絡(luò)配套，以提高充電效率和鞏固自家品牌汽車銷量，如蔚來(lái)、小鵬、特斯拉、大眾、廣汽等在全國(guó)各地布局快充樁，高壓平臺(tái)進(jìn)程加速。
這樣的市場(chǎng)，有多少國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體公司能夠抓住機(jī)遇，我們拭目以待。
