充電樁背后的芯片生意

六千

隨著新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展，新能源汽車的概念已經(jīng)度過了市場教育期。消費者對新能源汽車的安全、性能已經(jīng)有了充分的了解，但“里程焦慮”仍舊是一個“硬傷”。雖然充電樁在大城市密度已經(jīng)有所提高，但對于要出遠門的人來說，“加油更快”“加油站更好找”仍是油車無法替代的優(yōu)勢。

此前，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 根充電樁，但已經(jīng)被８ 輛新能源汽車給全部占滿，此外還有４ 輛正在排隊的新能源汽車。甚至還有新能源車車主經(jīng)歷了往返充電１３次，排隊３ 小時等充電樁的情況。

為了解決新能源汽車車主的里程難題，一方面，新能源汽車制造商應(yīng)從新能源汽車的電池上下功夫。

另一方面，市場也在期待一個布局更加完善的充換電基礎(chǔ)設(shè)施體系。相關(guān)部門日前印發(fā)的《關(guān)于進一步構(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，有效滿足人們出行充電需求。

這一信號預(yù)示著國內(nèi)充電樁未來數(shù)量有望大增，充電樁數(shù)量增加必然會帶動相關(guān)半導(dǎo)體產(chǎn)品的發(fā)展。

充電樁的市場潛力有多大？

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，２０２２ 年我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別達到７０５．８ 萬輛、６８８．７ 萬輛，同比分別增長９６．９％、９３．４％。其中，純電動汽車銷量為５３６．５ 萬輛，同比增長８１．６％。２０２２ 年充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為２５９．３ 萬臺，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，全國充電基礎(chǔ)設(shè)施累計數(shù)量為５２１ 萬臺，同比增加９９．１％。截至今年５ 月底，充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模已達到６３５．６ 萬臺。

然而，無論從市場保有量還是增量來看，充電樁的發(fā)展速度還沒有完全趕上新能源汽車的發(fā)展速度。從市場保有量來看，２０２２ 年我國充電基礎(chǔ)設(shè)施保有量達到５２１ 萬臺，新能源汽車保有量為１ ３１０ 萬輛，車樁比為２．５ ∶１。從增量角度看，２０２２ 年我國充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為２５９．３ 萬臺，新能源汽車銷量為６８８．７ 萬輛，車樁增量比為２．７ ∶１。在這樣的數(shù)據(jù)對比下，可以預(yù)見，若要實現(xiàn)車樁比１ ∶１，要趕上飛速增長的新能源汽車市場，則充電樁市場要更快地發(fā)展。

２０２３ 年２ 月，工信部等８ 部門發(fā)布了關(guān)于組織開展公共領(lǐng)域車輛全面電動化先行區(qū)試點工作的通知。通知提到的重點任務(wù)包括促進新技術(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。試點地區(qū)計劃讓新增公共充電樁（標準樁）與公共領(lǐng)域新能源汽車推廣數(shù)量（標準車）比例達到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％。

“充電更快”帶動功率器件市場

在充電站建設(shè)中，主要成本來自充電樁硬件設(shè)備。具體拆分充電樁硬件設(shè)備，以常見功率１２０ ｋＷ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)控計費設(shè)備、電池維護設(shè)備等，充電模塊占比最高達５０％。

當前，新能源車主對充電最大的訴求還是更快，這就對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（如機箱風(fēng)扇等）占１５％。不難看出，功率器件是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心元件。新能源汽車的發(fā)展，對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，高壓超級結(jié)ＭＯＳＦＥＴ 因其高效率低阻抗的特點成為快充主流選擇，２０２５ 年全球直流樁ＳＪ ＭＯＳ 市場規(guī)模有望超２０ 億元人民幣。直流充電樁則通過自帶的ＡＣ／ ＤＣ 充電模塊將輸入的交流電轉(zhuǎn)為直流電，不通過ＯＢＣ 直接完成變壓整流。超級結(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，１００ ｋＷ 的充電樁需要功率器件價值量在２００ ～ ３００ 美元，預(yù)計隨著充電樁的不斷建設(shè)，２０２５ 年全球直流樁超級結(jié)ＭＯＳＦＥＴ 市場規(guī)模有望超２０ 億元人民幣，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)域也越來越有潛力。市場競爭激烈導(dǎo)致對系統(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）長時間工作導(dǎo)致可靠性問題，建設(shè)用地緊張導(dǎo)致對充電樁更高的功率密度要求，運營商因成本壓力而提出越來越高的整機效率要求等。面對這些技術(shù)挑戰(zhàn)，越來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，以實現(xiàn)使用更少的器件滿足更大的單機容量要求。

此外，充電樁的一些新的技術(shù)方向，如大功率化（３０ ｋＷ 及以上）以實現(xiàn)新能源汽車的快速充電，雙向充電功能以實現(xiàn)能量的回饋，更高更寬的輸出電壓范圍（如２００ Ｖ～７５０ Ｖ，甚至到１ ０００ Ｖ）以覆蓋各種不同新能源車型電池等，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)用機會。

“充電更智能”帶動其他芯片

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手機進行繳費，來尋找附近的充電樁，以掌握充電進度等操作。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、通信模塊等部分組成。

控制模塊在充電樁的多個環(huán)節(jié)作用，如進行充電過程全部控制，完成給汽車充電時序；完成對充電模塊（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；指示燈控制；電機輸入開關(guān)狀態(tài)，應(yīng)急按鈕狀態(tài)檢測。

在通信模塊中，ＧＰＲＳ 通信模組通過ＵＡＲＴ 與ＭＣＵ 通信，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，從而聯(lián)通充電樁控制器與用戶。在實時監(jiān)測充電樁的電流、電壓等數(shù)據(jù)時，通信模塊還可以將實時采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器。顯示屏能顯示充電量、費用、充電時間等數(shù)據(jù)。更細化的看，還有一些芯片也會在充電樁中得到應(yīng)用，如溫度檢測芯片———定量分析電信號與溫度變化的關(guān)系，建立溫度預(yù)測模型，預(yù)防因溫度過高而導(dǎo)致的事故，提升溫控質(zhì)量。

在上述過程中不難發(fā)現(xiàn)， 每個模塊都離不開ＭＣＵ?？偟膩碚f，ＭＣＵ 可以在充電樁中實現(xiàn)ＨＭＩ、計量計費、支付、數(shù)據(jù)加密解密、充電設(shè)備啟?？刂?、車載平臺與互聯(lián)網(wǎng)通信等功能。

國內(nèi)廠商布局情況

在充電樁用功率器件市場中，國內(nèi)已經(jīng)有一些公司的產(chǎn)品實現(xiàn)商用。

東微半導(dǎo)的主營產(chǎn)品高壓超級結(jié)ＭＯＳＦＥＴ、超級硅ＭＯＳＦＥＴ 和ＴＧＢＴ 等產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(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)品型號并覆蓋５００ Ｖ ～ ９５０ Ｖ區(qū)間的工作電壓；７１０ 款中低壓屏蔽柵ＭＯＳＦＥＴ 產(chǎn)品型號，覆蓋２５ Ｖ ～ １５０ Ｖ 區(qū)間的工作電壓；多系列ＴＧＢＴ 產(chǎn)品９８ 款。

根據(jù)斯達半導(dǎo)公告，２０２２ 年斯達半導(dǎo)用于充電的功率器件份額進一步提升。斯達半導(dǎo)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制與電源、新能源汽車、光伏儲能等領(lǐng)域，覆蓋１００ Ｖ～３ ３００ Ｖ 電壓。據(jù)Ｏｍｄｉａ 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，２０２０年斯達半導(dǎo)ＩＧＢＴ 模塊市占率居中國第一、全球第六。斯達半導(dǎo)生產(chǎn)的應(yīng)用于主電機控制器的車規(guī)級ＩＧＢＴ模塊持續(xù)放量，合計配套超過１２０ 萬輛新能源汽車，其中Ａ 級及以上車型超過６０ 萬輛。

華潤微的二極管和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，深圳尚陽通完成Ｐｒｅ?ＩＰＯ 輪融資，參投資本包括，尚頎資本（上汽集團金融平臺上汽金控旗下私募股權(quán)投資機構(gòu)）在管基金、上汽集團戰(zhàn)略直投基金聯(lián)合領(lǐng)投，山高跟投基金、基石資本、中車集團等。不難發(fā)現(xiàn)，國內(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，國內(nèi)芯片公司也已經(jīng)開始布局。鉅泉科技曾公告，預(yù)計２０２３ 年第一季度首顆ＡＦＥ 芯片將流片，預(yù)計第一顆ＢＭＳ 芯片上半年流片；在回答投資者提問時，中穎電子透露電表芯片有用于充電樁，但鋰電池管理芯片暫沒有用于充電樁。

寫在最后

新能源汽車充電樁的需求在未來仍有很大的增長潛力。我國也在大力推動新能源汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，且出臺了多項充換電設(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、小鵬、特斯拉、大眾、廣汽等在全國各地布局快充樁，高壓平臺進程加速。

這樣的市場，有多少國產(chǎn)半導(dǎo)體公司能夠抓住機遇，我們拭目以待。