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充電樁芯片：新能源汽車“補(bǔ)能戰(zhàn)”的急先鋒
充電樁芯片：新能源汽車“補(bǔ)能戰(zhàn)”的急先鋒
來源:蓋世汽車
新基建窗口期仍在，“節(jié)能”戰(zhàn)略良機(jī)又來！在這兩大機(jī)遇下，符合環(huán)保理念的新能源汽車自然成為汽車業(yè)的明日之星。其中充電樁作為電動(dòng)汽車的重要配套，截至2021年底，中國本土的充電設(shè)施規(guī)模達(dá)到261萬臺(tái)，換電站近1300座，服務(wù)近800萬輛新能源汽車，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐，產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)高漲。
2022年以來充電樁領(lǐng)域捷報(bào)頻頻，熱鬧非凡。1月，國家發(fā)展改革委等十部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實(shí)施意見》，要求加快推進(jìn)居住社區(qū)充電設(shè)施建設(shè)安裝，加強(qiáng)車網(wǎng)互動(dòng)等新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，探索推廣有序充電、V2G等形式，以滿足2035年底超過2000萬輛電動(dòng)汽車的充電需求。2月，國產(chǎn)功率半導(dǎo)體廠商?hào)|微半導(dǎo)以發(fā)行價(jià)130元/股登陸科創(chuàng)板，市值近百億元，被業(yè)界譽(yù)為“充電樁芯片第一股”，開啟產(chǎn)業(yè)的新一輪增長(zhǎng)勢(shì)頭。3月，國家電網(wǎng)公司公布2022年度電動(dòng)汽車充電設(shè)備供應(yīng)商核實(shí)結(jié)果，65家本土企業(yè)憑借領(lǐng)先技術(shù)和優(yōu)異性能成功通過核實(shí)，進(jìn)一步壯大充電樁“國家隊(duì)”規(guī)模。
本文將聚焦充電樁市場(chǎng)，邀請(qǐng)海內(nèi)外芯片供應(yīng)商談?wù)劤潆姌妒袌?chǎng)趨勢(shì)暢想。
千軍萬馬涌入“補(bǔ)能戰(zhàn)”
隨著減少碳排放之聲響遍全球，新能源汽車已成為市場(chǎng)最關(guān)注的產(chǎn)業(yè)之一。為了搶占商機(jī)，各國政府、商界及學(xué)界早已部署發(fā)展新能源汽車，全球車企也紛紛投入資源研制這類綠色汽車，甚至推出了各自的燃油車停產(chǎn)或停售計(jì)劃，集中精力爭(zhēng)奪電動(dòng)車的主動(dòng)權(quán)。
2025年成為車企們實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。那一年，北汽集團(tuán)將停售除特種車輛外自主品牌燃油車，長(zhǎng)安汽車將停產(chǎn)停售燃油車，捷豹將轉(zhuǎn)變?yōu)榧冸妱?dòng)品牌。而傳統(tǒng)大型車企的步伐相對(duì)穩(wěn)健，如大眾汽車計(jì)劃到2030年實(shí)現(xiàn)所有車型電動(dòng)化，本田計(jì)劃在2040年全面停售燃油車。值得一提，比亞迪已在2022年3月起停止燃油汽車的整車生產(chǎn)，成為全球第一家停產(chǎn)燃油汽車的車企。它將成為新型車企的代表之一，直接拉起全球汽車電動(dòng)化革新的序幕。
盡管全球都在大力發(fā)展新能源汽車，但依然有不少消費(fèi)者對(duì)購買新能源汽車心存猶豫。其中，里程焦慮、充電焦慮與新能源汽車的發(fā)展相生相伴，反映的是產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展與充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后的現(xiàn)實(shí)矛盾。
根據(jù)調(diào)研顯示，中國消費(fèi)者的補(bǔ)能痛點(diǎn)有三：一是總體供給不足造成供需缺口巨大，充電樁布局速度跟不上新能源汽車整車發(fā)展速度，造成“排隊(duì)四小時(shí)，充電一小時(shí)”的尷尬。二是布局不合理，車流量大的區(qū)域，充電樁數(shù)量不能滿足充電需求，導(dǎo)致充電等待時(shí)間過長(zhǎng)；而車流量小的區(qū)域，充電樁使用率低，無法滿足企業(yè)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)要求，有的長(zhǎng)時(shí)間閑置甚至成為“僵尸樁”。三是私樁報(bào)裝困難，車主要么沒有產(chǎn)權(quán)車位，要么有產(chǎn)權(quán)車位卻因?yàn)橛秒娯?fù)荷大、存在消防安全隱患等得不到物業(yè)的配合。
因此，新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)火熱，與之配套的重要基礎(chǔ)設(shè)施?充電樁也需要跟上腳步。從充電技術(shù)、市場(chǎng)格局、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成三個(gè)層次看，當(dāng)下新能源汽車“補(bǔ)能戰(zhàn)”已至中章。
技術(shù)層面，電動(dòng)汽車充電方式目前有五種：直流快充、交流慢充、換電、無線充電、大功率充電，并且在中國市場(chǎng)形成了“慢充為主、快充為輔、兼具換電”的市場(chǎng)格局。盡管各項(xiàng)充電技術(shù)的應(yīng)用和模式都尚待拓展，但實(shí)際上，上述五個(gè)充電技術(shù)已經(jīng)能相互補(bǔ)充，滿足大多數(shù)場(chǎng)景需求。
TIFAEManagerEricFu表示，以上的幾種充電方式都有比較適合的場(chǎng)景，因此在談充電市場(chǎng)格局的時(shí)候是需要結(jié)合不同場(chǎng)景來看。比如在家用電動(dòng)汽車場(chǎng)景，電動(dòng)汽車作為人日常出行的載體，在一天時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間是很有限的，其中大部分的時(shí)間是處于靜置狀態(tài)，在這種情況下，充電市場(chǎng)的格局應(yīng)該是符合“慢充為主，快充為輔”的格局，快充或者是將來的超級(jí)快充可作為節(jié)假日和平時(shí)應(yīng)急需要快速補(bǔ)滿續(xù)航里程的有效手段，平時(shí)的出行即可用慢充滿足。但是如果考慮運(yùn)營(yíng)車輛場(chǎng)景，快充、超充或者是換電應(yīng)該是主要的充電方式，在這類場(chǎng)景里時(shí)間是關(guān)鍵。
產(chǎn)業(yè)鏈方面，經(jīng)過多年來的發(fā)展，中國新能源汽車充電樁已經(jīng)形成了相對(duì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系。包括：上游設(shè)備商主要提供材料和設(shè)備，產(chǎn)業(yè)相對(duì)成熟，有一定的技術(shù)門檻，產(chǎn)品差異化程度小，格局相對(duì)分散；中游運(yùn)營(yíng)商主要負(fù)責(zé)充電站的搭建和運(yùn)營(yíng)，是產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵部分，由于依賴投資建設(shè)，具備規(guī)模效應(yīng)，集中度相對(duì)較高；下游整體解決方案商提供充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)和解決方案，善于統(tǒng)籌上下游及客戶需求，合理布局提供整體的運(yùn)營(yíng)方案。
據(jù)《國際電子商情》觀察，上游環(huán)節(jié)里的芯片供應(yīng)商是充電樁產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急先鋒，他們?cè)诩夹g(shù)、產(chǎn)品、方案服務(wù)、產(chǎn)能供應(yīng)，甚至是生態(tài)建設(shè)方面積極探索，牢牢把握充電樁應(yīng)用的航舵。
五大趨勢(shì)看“補(bǔ)能戰(zhàn)”的下半場(chǎng)
未來汽車充電樁市場(chǎng)有哪些新的可能？我們結(jié)合全球充電樁芯片供應(yīng)商代表的觀點(diǎn)，梳理出五大趨勢(shì)看點(diǎn)。
●趨勢(shì)一：超級(jí)快充
2021年以來，超級(jí)快充技術(shù)比拼潮不斷，越來越多廠商進(jìn)場(chǎng)搶占市場(chǎng)份額。
EricFu表示，比如350kW功率充電，這種技術(shù)需要多項(xiàng)半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新才能實(shí)現(xiàn)，比如更高電子遷移率的寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)，更加全面和快速的鋰電池參數(shù)監(jiān)測(cè)器件和技術(shù)，支持更高電壓（如800V）的拓?fù)浼夹g(shù)等等。TI在超級(jí)快充有全面布局：比如帶有集成式驅(qū)動(dòng)器的第三代寬禁帶半導(dǎo)體GaNFET，同時(shí)通過拓?fù)涞膭?chuàng)新實(shí)現(xiàn)用650V電壓等級(jí)功率器件完成800V輸出電源變換模塊。
東微半導(dǎo)體認(rèn)為：“在國家倡導(dǎo)節(jié)能減排的背景下，尤其是新能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，低碳環(huán)保是大趨勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)更高效率電能轉(zhuǎn)換效率的超級(jí)結(jié)會(huì)有更大的市場(chǎng)空間。”據(jù)介紹，其超級(jí)硅系列產(chǎn)品是公司自主研發(fā)、性能對(duì)標(biāo)氮化鎵功率器件產(chǎn)品的高性能硅基MOSFET產(chǎn)品。該產(chǎn)品突破了傳統(tǒng)硅基超級(jí)結(jié)功率器件的開關(guān)速度瓶頸，適用于高密度電源模塊的應(yīng)用，在新能源汽車直流充電樁、車載充電器等領(lǐng)域有很好的表現(xiàn)。
●趨勢(shì)二：V2G
V2G描述了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)關(guān)系。當(dāng)車載電池需要充電，電流則由電網(wǎng)流向車輛；當(dāng)電動(dòng)汽車不使用時(shí)，車載電池將剩余可控電能反向輸送到（銷售給）電網(wǎng)系統(tǒng)。
V2G的價(jià)值在于電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的互動(dòng)，可以利用大量電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能源作為電網(wǎng)和可再生能源的緩沖，提供相關(guān)調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)。“電動(dòng)汽車不僅作為電網(wǎng)的負(fù)載，同時(shí)也可以作為虛擬的儲(chǔ)能設(shè)備參與電網(wǎng)能量的調(diào)度。”EricFu介紹道，在V2G上，TI近期也推出了多個(gè)雙向的AC/DC參考設(shè)計(jì)，可以幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。一個(gè)例子是基于GaN的11kW、雙向、三相ANPC參考設(shè)計(jì)，它使用TI的650VGaN器件支持雙向AC/DC轉(zhuǎn)換，使該設(shè)計(jì)能夠比基于Si、IGBT或SiC的解決方案實(shí)現(xiàn)更高的頻率和更高的效率。
●趨勢(shì)三：模塊化
在充電樁鋪設(shè)的進(jìn)程中，消費(fèi)者提出越來越多的場(chǎng)景需求，如語音互動(dòng)、休閑娛樂、信息查詢等等。這使得充電樁需要搭載更多的元器件組件，同時(shí)衍生出成本問題。作為上游元器件供應(yīng)商，持續(xù)投入新產(chǎn)品的開發(fā)來適應(yīng)變化多端的市場(chǎng)需求，是最有效的應(yīng)對(duì)策略之一。
EricFu向《國際電子商情》介紹，TI致力于通過持續(xù)的創(chuàng)新，以技術(shù)讓電子應(yīng)用更小、更高效、更可靠和更實(shí)惠，充電樁也不例外。舉例來說，可在充電樁中應(yīng)用的器件就包括新一代的C2000微控制器（F28002x/F28003x）、光兼容隔離柵極驅(qū)動(dòng)器UCC23513、低成本的IGBT驅(qū)動(dòng)器UCC27624，以及眾多與采樣和通信接口相關(guān)的模擬器件等。最后，在充電樁應(yīng)用中采用GaN技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)更小的磁性元件和散熱器尺寸，從而降低系統(tǒng)的總體成本。TI一直在開發(fā)新的器件和不同的解決方案，這些器件的導(dǎo)入會(huì)讓客戶在當(dāng)前方案的基礎(chǔ)上獲取進(jìn)一步的降本，在以相同的成本來實(shí)現(xiàn)更豐富的功能。
而英飛凌重視一站式服務(wù)和生態(tài)合作的力量。
英飛凌科技大中華區(qū)安全互聯(lián)系統(tǒng)事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理溫俊嘉指出，所謂成本包含金錢、時(shí)間、售后維修等等。英飛凌身為半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)廠商通過提供廣泛的元器件組合，涵蓋從傳感器、電源開關(guān)、柵極驅(qū)動(dòng)器、安全芯片、微控制器或連接器件，到分立封裝或模塊等多樣化的產(chǎn)品，為優(yōu)化應(yīng)用解決方案奠定了廣泛的基礎(chǔ)，而產(chǎn)品的品質(zhì)更是在業(yè)界有口皆碑。所以英飛凌不但有能力提供一站式的服務(wù)，更能夠讓客戶花費(fèi)最小時(shí)間成本在英飛凌找到最適合的高可靠度產(chǎn)品，幫助客戶節(jié)省下許多隱形成本。
溫俊嘉補(bǔ)充道：“英飛凌也會(huì)保持開放的態(tài)度去了解充電樁市場(chǎng)在未來的應(yīng)用趨勢(shì)，并歡迎制造商反饋所需的元器件規(guī)格。在合理的商業(yè)模式及互利共贏之下，我們也愿意借助自身深厚的技術(shù)儲(chǔ)備開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品協(xié)助制造商搶占市場(chǎng)的先機(jī)。”
●趨勢(shì)四：第三代半導(dǎo)體
不難看出，上述三個(gè)趨勢(shì)里均不約而同地出現(xiàn)了第三代半導(dǎo)體的身影。事實(shí)上，基于動(dòng)態(tài)參數(shù)小、效率高、損耗小、發(fā)熱小等優(yōu)勢(shì)，發(fā)電、輸變電、用電環(huán)節(jié)都有寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展空間。
據(jù)EricFu觀察，一直以來業(yè)界大部分客戶在電動(dòng)汽車充電樁中使用MOSFET和IGBT，但同時(shí)也看到客戶出于不同的原因同時(shí)轉(zhuǎn)向GaN和SiC。對(duì)于真正具備快速充電功能的100kW以上的直流充電樁，TI支持客戶采用高達(dá)1700V的SiCFET以及UCC21710隔離柵極驅(qū)動(dòng)器等器件，該器件具有在1.5kV工作電壓下運(yùn)行的隔離技術(shù)。對(duì)于家庭和工作場(chǎng)所中支持V2G的小于25kW的直流充電器，TI正在幫助客戶采用GaN器件以實(shí)現(xiàn)出色的充電性能和高功率密度，讓這些新款充電器占用更少的家庭空間。
國產(chǎn)芯片企業(yè)作為后來者，也在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域奮力跟進(jìn)。東微半導(dǎo)體表示，公司在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域有一定的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也在積極關(guān)注和探索相關(guān)產(chǎn)品及其應(yīng)用。
●趨勢(shì)五：智慧城市
長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，充電樁連接的不單純是一輛新能源汽車，通過通信連接后，它可以是能源變現(xiàn)的渠道，也可以是能源數(shù)據(jù)流量的導(dǎo)入端口，進(jìn)而也可以是一個(gè)數(shù)據(jù)門戶的入口。有了互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的加持，充電樁將形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，可以配合電動(dòng)汽車的分時(shí)租賃、電動(dòng)車4S店的增值服務(wù)、電子支付、大數(shù)據(jù)等，形成智慧城市的一個(gè)智能運(yùn)維平臺(tái)，承擔(dān)更多的社會(huì)角色。
小結(jié)
在充電樁補(bǔ)能賽道，國際芯片大企、本土芯片企業(yè)的打法各有側(cè)重。首先，技術(shù)創(chuàng)新肯定是硬本事，加大技術(shù)開發(fā)投入，持續(xù)產(chǎn)品創(chuàng)新，是共同的方式；而中國本土企業(yè)更著重于技術(shù)自主可控，順應(yīng)國產(chǎn)替代的迫切需求。其次，國際芯片大企憑借豐富產(chǎn)品線，已開展模塊布局，提供方案服務(wù)，并且越來越強(qiáng)調(diào)聯(lián)合生態(tài)力量。
最后在供應(yīng)穩(wěn)定方面，是共同面臨的新課題。盡管充電樁客戶具有粘性高、議價(jià)頻率低、用量穩(wěn)定等特點(diǎn)，芯片供應(yīng)商可以憑借穩(wěn)定的業(yè)務(wù)量獲得產(chǎn)能保障；但車規(guī)類芯片緊缺度居高不下，充電樁芯片供應(yīng)商始終要逐步從成本導(dǎo)向轉(zhuǎn)為價(jià)值導(dǎo)向，做到供應(yīng)鏈安全，才會(huì)發(fā)展更加長(zhǎng)久及開放。
