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展，新能源汽車的概念已經度過了市場教育期。消費者對新能源汽車的安全、性能已經有了充分的了解，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勢。

此前，有網友發布了一張高速服務區的充電站照片：該充電站內共有８ 根充電樁，但已經被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設施體系。相關部門日前印發的《關于進一步構建高質量充電基礎設施體系的指導意見》提出，到２０３０ 年，基本建成覆蓋廣泛、規模適度、結構合理、功能完善的高質量充電基礎設施體系，有力支撐新能源汽車產業發展，有效滿足人們出行充電需求。

這一信號預示著國內充電樁未來數量有望大增，充電樁數量增加必然會帶動相關半導體產品的發展。

充電樁的市場潛力有多大？

據中國汽車工業協會統計數據顯示，２０２２ 年我國新能源汽車產銷量分別達到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 年充電基礎設施增量為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上升，同比上升２２５．５％。截至２０２２ 年１２ 月，全國充電基礎設施累計數量為５２１ 萬臺，同比增加９９．１％。截至今年５ 月底，充電基礎設施規模已達到６３５．６ 萬臺。

然而，無論從市場保有量還是增量來看，充電樁的發展速度還沒有完全趕上新能源汽車的發展速度。從市場保有量來看，２０２２ 年我國充電基礎設施保有量達到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 年我國充電基礎設施增量為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。在這樣的數據對比下，可以預見，若要實現車樁比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展。

２０２３ 年２ 月，工信部等８ 部門發布了關于組織開展公共領域車輛全面電動化先行區試點工作的通知。通知提到的重點任務包括促進新技術創新應用，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應用。

為了建成適度超前、布局均衡、智能高效的充換電基礎設施體系。試點地區計劃讓新增公共充電樁（標準樁）與公共領域新能源汽車推廣數量（標準車）比例達到１ ∶１，高速公路服務區充電設施車位占比預期不低于小型停車位的１０％。

“充電更快”帶動功率器件市場

在充電站建設中，主要成本來自充電樁硬件設備。具體拆分充電樁硬件設備，以常見功率１２０ ｋＷ左右的直流充電樁為例，其設備構成包括充電模塊、配電濾波設備、監控計費設備、電池維護設備等，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。主要成本構成為功率器件（３０％）、磁性元件（２５％）、電容（１０％）、ＰＣＢ（１０％），其他（如機箱風扇等）占１５％。不難看出，功率器件是實現電能轉換的核心元件。新能源汽車的發展，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為直流電，不通過ＯＢＣ 直接完成變壓整流。超級結ＭＯＳＦＥＴ 因其更低的導通損耗、開關損耗、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用產品。

據英飛凌統計，１００ ｋＷ 的充電樁需要功率器件價值量在２００ ～ ３００ 美元，預計隨著充電樁的不斷建設，２０２５ 年全球直流樁超級結ＭＯＳＦＥＴ 市場規模有望超２０ 億元人民幣，將充分受益于充電樁的快速發展。

碳化硅材料在充電樁領域也越來越有潛力。市場競爭激烈導致對系統整體成本下降的要求，惡劣環境下（如高溫高濕煙霧灰塵等）長時間工作導致可靠性問題，建設用地緊張導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。面對這些技術挑戰，越來越多的充電樁模塊工程師開始尋求第三代功率半導體碳化硅解決方案，以實現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方向，如大功率化（３０ ｋＷ 及以上）以實現新能源汽車的快速充電，雙向充電功能以實現能量的回饋，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，這些新的技術發展方向也給碳化硅半導體提供了巨大的應用機會。

“充電更智能”帶動其他芯片

建設充電樁的智能網絡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節作用，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；充電系統主要控制信號；指示燈控制；電機輸入開關狀態，應急按鈕狀態檢測。

在通信模塊中，ＧＰＲＳ 通信模組通過ＵＡＲＴ 與ＭＣＵ 通信，可以實現數據的上傳，從而聯通充電樁控制器與用戶。在實時監測充電樁的電流、電壓等數據時，通信模塊還可以將實時采集的數據傳輸到服務器。顯示屏能顯示充電量、費用、充電時間等數據。更細化的看，還有一些芯片也會在充電樁中得到應用，如溫度檢測芯片———定量分析電信號與溫度變化的關系，建立溫度預測模型，預防因溫度過高而導致的事故，提升溫控質量。

在上述過程中不難發現， 每個模塊都離不開ＭＣＵ?？偟膩碚f，ＭＣＵ 可以在充電樁中實現ＨＭＩ、計量計費、支付、數據加密解密、充電設備啟?？刂?、車載平臺與互聯網通信等功能。

國內廠商布局情況

在充電樁用功率器件市場中，國內已經有一些公司的產品實現商用。

東微半導的主營產品高壓超級結ＭＯＳＦＥＴ、超級硅ＭＯＳＦＥＴ 和ＴＧＢＴ 等產品已經被廣泛應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、永聯科技等。東微半導已自主研發了１１５０ 款高壓ＭＯＳＦＥＴ 產品型號并覆蓋５００ Ｖ ～ ９５０ Ｖ區間的工作電壓；７１０ 款中低壓屏蔽柵ＭＯＳＦＥＴ 產品型號，覆蓋２５ Ｖ ～ １５０ Ｖ 區間的工作電壓；多系列ＴＧＢＴ 產品９８ 款。

根據斯達半導公告，２０２２ 年斯達半導用于充電的功率器件份額進一步提升。斯達半導的產品廣泛應用于工業控制與電源、新能源汽車、光伏儲能等領域，覆蓋１００ Ｖ～３ ３００ Ｖ 電壓。據Ｏｍｄｉａ 數據統計，２０２０年斯達半導ＩＧＢＴ 模塊市占率居中國第一、全球第六。斯達半導生產的應用于主電機控制器的車規級ＩＧＢＴ模塊持續放量，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，其中碳化硅產品等應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體企業，也有一些新型企業獲得車企融資。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投資機構）在管基金、上汽集團戰略直投基金聯合領投，山高跟投基金、基石資本、中車集團等。不難發現，國內的功率半導體公司的主要思路是新能源汽車與充電樁雙賽道共同發力，這樣更有助于公司與車企和充電樁企業的共同發展。

在其他充電樁用芯片方面，國內芯片公司也已經開始布局。鉅泉科技曾公告，預計２０２３ 年第一季度首顆ＡＦＥ 芯片將流片，預計第一顆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產業發展，且出臺了多項充換電設備設施相關行業政策和發展規劃。政策紅利下，主流車企積極自建充電網絡配套，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，有多少國產半導體公司能夠抓住機遇，我們拭目以待。