導(dǎo)讀

隨著我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，充電樁市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。SiC材料的功率器件可以實(shí)現(xiàn)比Si基功率器件更高的開(kāi)關(guān)頻繁，可以提供高功率密度、超小的體積，因此SiC功率器件在充電樁電源模塊中的滲透率不斷增大。

充電樁市場(chǎng)發(fā)展廣闊

我國(guó)充電市場(chǎng)先期以商用車為主，集中式充電站建設(shè)占主導(dǎo)；伴隨著乘用車銷售放量，分散式充電樁快速增加。2015-2020 年國(guó)家規(guī)劃新增充電站1.2 萬(wàn)個(gè)、新增充電樁480 萬(wàn)個(gè)，2020 年規(guī)劃車樁比約為1:1。根據(jù)《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015-2020 年）》，到2020 年全國(guó)電動(dòng)汽車保有量將超過(guò)500 萬(wàn)輛，根據(jù)各應(yīng)用領(lǐng)域電動(dòng)汽車對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的配置要求， 2020 年全國(guó)規(guī)劃車樁比基本為1：1。當(dāng)前我國(guó)公共充電樁保有量居全球第一，乘用車放量驅(qū)動(dòng)私人充電樁占比提升，但整體建設(shè)進(jìn)度仍落后于規(guī)劃水平。截至2018 年9 月底，我國(guó)新能源汽車保有量達(dá)221 萬(wàn)輛，充電樁總量為68.6 萬(wàn)個(gè)，車樁比約為3.31：1，仍顯著落后于規(guī)劃水平。

我國(guó)新能源汽車保有量及車樁比

充電樁設(shè)備制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈

充電樁設(shè)備制造市場(chǎng)較為分散，規(guī)模大小不一，主流品牌多由電力設(shè)備制造企業(yè)拓展產(chǎn)品線而來(lái)。我國(guó)充電樁設(shè)備制造商包含品牌商和代工商。其中充電樁品牌商眾多，主流設(shè)備制造商的產(chǎn)業(yè)背景主要是電力電源設(shè)備制造、電力供應(yīng)、電子類產(chǎn)品企業(yè)，這部分企業(yè)大多人才、技術(shù)基礎(chǔ)比較雄厚，研發(fā)、制造、服務(wù)體系比較完善。另外，特銳德、萬(wàn)幫充電、科陸電子、萬(wàn)馬新能源和比亞迪等公司也同時(shí)經(jīng)營(yíng)充電樁設(shè)備制造業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)線覆蓋“設(shè)備生產(chǎn)-建設(shè)-運(yùn)營(yíng)”多個(gè)環(huán)節(jié)。

充電模塊價(jià)格大幅下行

充電模塊系充電樁重要組成部件，其成本占設(shè)備總成本的50%，是核心部件。充電樁模塊可將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為可充電的直流電，它的工作原理是當(dāng)三相交流電經(jīng)由整流濾波后，變成直流輸入電壓供給IGBT 橋。控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路作用于IGBT，使直流電壓又轉(zhuǎn)換為交流電壓。接著，交流電壓經(jīng)高頻變壓器的變壓隔離，再次經(jīng)整流濾波得到直流脈沖，進(jìn)而對(duì)電池組充電。充電模塊不僅能夠提供能源電力，還可以對(duì)電路進(jìn)行控制、轉(zhuǎn)換，保證供電電路的穩(wěn)定性。

國(guó)內(nèi)充電模塊市場(chǎng)參與者眾多，其中大型廠商多來(lái)自于艾默生-華為電氣團(tuán)隊(duì)，包括通合科技、英可瑞等。國(guó)內(nèi)充電電源系統(tǒng)和成套設(shè)備廠商眾多，其中自主生產(chǎn)電動(dòng)汽車充電電源模塊的廠商主要有通合科技、英可瑞、英飛源、凌康、華為、中興等公司。

目前通合科技生產(chǎn)的電源模塊主要客戶包括魯能智能、國(guó)電南瑞、國(guó)網(wǎng)普瑞特等知名電力設(shè)備廠商以及宇通客車、福田汽車等大型整車制造商；英可瑞主要客戶為華商三優(yōu)、和信瑞通和珠海泰坦科技股份有限公司等；中恒電氣也擁有大功率轉(zhuǎn)換模塊的核心技術(shù)，多服務(wù)于公司本身的充電樁設(shè)備制造。

充電樁模塊功率快速上升、價(jià)格大幅下降，中小型模塊生產(chǎn)商逐步邊緣化。隨著動(dòng)力電池和整車的技術(shù)進(jìn)步，新能源汽車?yán)m(xù)駛里程增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，充電樁模塊的功率也隨之快速上升。因此充電模塊企業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，近年充電模塊價(jià)格大幅下滑，由之前的0.4元/W 下降至0.2 元/W，很多中小型模塊生產(chǎn)商逐步邊緣化，處于觀望、甚至準(zhǔn)備退出市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)。

SiC器件在充電樁設(shè)備中的應(yīng)用加速

以直流充電樁為例，據(jù)CASA測(cè)算，電動(dòng)汽車充電樁中的SiC器件的平均滲透率達(dá)到10%，2018年整個(gè)直流充電樁SiC電力電子器件的市場(chǎng)規(guī)模約為1.3億，較2017年增加了一倍多。

由于SiC材料的晶體管可以實(shí)現(xiàn)比硅基功率器件更高的開(kāi)關(guān)頻繁，因此可以提供高功率密度、超小的體積。體積要小同時(shí)還要能支持快速充電。幾臺(tái)車一起快速充電需要達(dá)到幾百KW的功率，一個(gè)電動(dòng)汽車充電站更是要達(dá)到百萬(wàn)W的功率，相當(dāng)于一個(gè)小區(qū)用電的功率規(guī)模。傳統(tǒng)的硅基功率器件體積大，但SiC模塊則可以實(shí)現(xiàn)很小的體積滿足功率上的要求。

下圖為特銳德公司SiC器件簡(jiǎn)化充電模塊的功率拓?fù)鋱D，可以看出，傳統(tǒng)的Si方案在器件使用數(shù)量上遠(yuǎn)超于SiC方案。

SiC器件簡(jiǎn)化充電模塊的功率拓?fù)鋱D

但使用SiC器件也有相應(yīng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：1、寄生參數(shù)影響：SiC器件本身寄生參數(shù)較小，PCB、器件布局時(shí)寄生參數(shù)的作用明顯；2、SiC器件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)：SiC器件在高頻工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路功耗、速度、保護(hù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；3、高頻EMI問(wèn)題：SiC器件高頻化引起嚴(yán)重的EMI問(wèn)題，需要兼顧開(kāi)關(guān)虛度與EMI指標(biāo)的平衡；4、可靠性：SiC-MOSFET的柵氧層的長(zhǎng)期應(yīng)用的可靠性問(wèn)題。